Matèria fosca

Encara que pugui sonar estrany, els astrònoms encara no saben de què està fet l’Univers. Els objectes que emeten radiació —estrelles, quàsars o galàxies— són una petita fracció de la matèria de l’Univers. El gruix de la matèria és obscur i inexplicable, per això se l’anomena matèria fosca. Si no interactua amb la llum, i per tant no és visible, ¿per què es creu que existeix? Doncs pels seus efectes gravitacionals. 

Quan s’observa la rotació de les galàxies, l’energia cinètica total hauria de ser igual a la meitat de l’energia potencial gravitatòria de lligam entre les estrelles de la galàxia. En canvi, experimentalment es troba que l’energia cinètica és molt superior. La velocitat de rotació de tot el disc d’una galàxia com la Via Làctia és constant —totes les estrelles giren a la mateixa velocitat independentment de la seva distància al centre—cosa que vol dir que el disc sencer d’estrelles brillants està immers en un halo molt més gran de material fosc que arrossega la galàxia brillant. És a dir, el fet que les galàxies es moguin molt més de pressa del que correspon a la massa observada porta a pensar que la massa visible només és una part de la massa total. 

Aleshores ens podem preguntar, ¿on és la matèria fosca? 

Les galàxies roten i es desplacen agrupades en cúmuls, com si una formidable quantitat de matèria invisible hi fos present. La seva dinàmica requereix una quantitat de matèria superior a la que es veu brillar. Tot indica que la immensa gravetat de la matèria fosca atrau cap a ella la matèria ordinària visible.

matfosc

Cúmul de dues galàxies gegants, CL0025 i 1654. La massa total del cúmul de galàxies CL0025 i 1654, que és la suma de les mateixes galàxies més la matèria fosca que conté, corba la llum i produeix un efecte de lent gravitatòria que forma imatges de les galàxies més distants del fons. Els investigadors van analitzar-ne les propietats de lent gravitatòria per traçar la distribució de la matèria fosca. El mapa resultant mostra, en blau, la matèria fosca, que en realitat és invisible, i en color groc assenyala les galàxies del cúmul. El treball revela que la matèria fosca del cúmul no està distribuïda de manera aleatòria, sinó que s’assembla molt a l’aglomeració de la matèria lluminosa. 

Moltes dades fan pensar que la matèria fosca s’agrupa al voltant de les galàxies i els cúmuls, però recentment, un equip internacional d’astrònoms va aportar dades segons les quals VIRGOHI21, un objecte de la grandària d’una galàxia, però constituïda íntegrament per matèria fosca, és una «galàxia fosca».  

ngc4254

Galàxia espiral NGC 4254

Mentre els astrònoms observaven la galàxia NGC 4254 es van adonar que un dels seus braços espirals era molt més llarg que els altres, cosa que sol ser per la influència d’una altra galàxia, però aquesta no apareixia per enlloc. Es calculava que aquest objecte misteriós tindria uns 100 mil milions de masses solars. Després d’una recerca detallada el van trobar situat al cúmul de Verge, a 50 milions d’anys llum de la Terra, i el van anomenar VIRGOHI21. 

VIRGOHI21 té la grandària d’una galàxia però ni el Hubble no hi ha observat cap estrella. Només un 1% de la seva massa es detecta com a hidrogen neutre, la resta podria tractar-se de matèria fosca. Alguns apunten que VIRGOHI21 pot ser només el residu d’una col·lisió entre cúmuls galàctics; un tros de matèria fosca llançada a l’espai. 

¿De què es compon la matèria fosca? 

La majoria d’astrònoms creu que la matèria fosca es compon de partícules elementals exòtiques que no interactuen amb la llum i que són restes de la gran explosió, però la naturalesa de la matèria fosca no es coneix i s’han proposat les següents possibilitats:

Matèria fosca bariònica, seria matèria ordinària però que emet molt poca radiació. Són els objectes compactes i pesants residents a l’halo de la galàxia coneguts com a MACHO per les seves sigles en anglès: nanes marrons, nanes blanques, planetes com Júpiter, estrelles de neutrons, forats negres… Actualment es considera que representarien un part molt petita de la matèria fosca.

La matèria fosca no bariònica s’agrupa en dues categories:

Matèria fosca calenta, serien partícules lleugeres que interaccionen dèbilment, els neutrins. 

Matèria fosca freda, serien partícules hipotètiques més pesades que les anteriors i encara que són moltes les proposades, les millor conegudes i estudiades són els WIMP o partícules que interaccionen feblement, entre les quals es troben el neutralí i l’axió. 

Per explicar l’estructura a gran escala de l’Univers cal una gran quantitat de matèria no bariònica (diferent de protons i neutrons). Segons els models cosmològics, la matèria bariònica ordinària tenia massa temperatura i pressió com per poder començar a formar estructures com les estrelles. Una possible solució és suposar que hi havia grans quantitats de matèria no bariònica. Simulacions realitzades amb aquesta hipòtesi confirmen que és consistent amb l’estructura actual de l’Univers. 

¿Com observar la matèria fosca?

La matèria fosca revela la seva existència indirectament, a través de la força gravitatòria que exerceix sobre els raigs de llum que hi passen a prop fent-los corbar. Aquesta curvatura de la llum és conseqüència de la distorsió de l’espai temps proper a un objecte de gran massa, tal com prediu la teoria de la relativitat.

abell2218

Efecte de lent gravitatòria

El cúmul de galàxies Abell 2218, que està format per les galàxies grogues i grans que es veuen a la foto, actua com a lent gravitatòria i engendra arcs de llum. Les galàxies primes que formen un arc, en realitat estan situades molt més lluny, darrere del cúmul Abell 2218.

Agost del 2006, l’evidència directa de l’existència de la matèria fosca

darkmatter

Al cúmul galàctic 1E0657-56 la matèria fosca (blau) i la matèria normal (roig) han estat separades per una col·lisió tremenda de dues grans agrupacions galàctiques. Aquesta col·lisió ha permès separar cada cúmul en dos components: la matèria fosca en blau i l’ordinària en roig i és la primera vegada que s’observa. Els dos cúmuls es van creuar fa 150 milions d’anys a una velocitat d’uns 16 milions de quilòmetres per hora. Les estrelles van passar unes a través de les altres sense cap interacció especial. Però el gas intergalàctic (roig) d’un cúmul va interaccionar amb el gas intergalàctic de l’altre i, a causa de la frenada, els dos grups de gas (roig) han quedat enrere. En canvi, durant la col·lisió els dos grups de matèria fosca (blau) no van interaccionar i continuen endavant perquè la col·lisió no els ha frenat.

Maria Lluïsa Latorre (1 de juliol de 2007)

Deixa un comentari

L'adreça electrònica no es publicarà.