El Universo en 1 minuto: ¿Qué es la materia oscura?

He tenido el honor de escribir el guión del quinto capítulo de la serie de vídeos "El Universo en 1 minuto" de Vector Producciones, titulado "¿Qué es la materia oscura?", 23 de febrero de 2016. Espero que lo disfrutéis.

Para el que no conozca la serie "El Universo en 1 minuto", se trata de una propuesta de Vector Producciones, una joven productora dirigida por Rubén Lijó, cuyo objetivo es contar la historia del Universo hasta nuestros días con vídeos de un minuto. Como complemento a los vídeos, la propuesta incluye también un material didáctico que los profesores pueden usar como apoyo en sus clases de ciencia.

Esta iniciativa cuenta con la colaboración de tres de las plataformas más importantes y activas de la divulgación científica en español, como son Naukas, Hablando de Ciencia y la Sociedad para el Avance del Pensamiento Crítico. Algunos de sus colaboradores habituales han creado y supervisado el contenido de los vídeos y fichas para asegurar la calidad y el rigor de los mismo, sin perder el punto de vista ameno. Entre los expertos se encuentran profesores, doctores e incluso catedráticos de materias tan diversas como la física, la química, la biología y la biotecnología. El proyecto es totalmente altruista.

Por si alguien lo dudaba, la distribución está sujeta a una licencia Creative Commons (by-nc-nd) que permite su visualización libre sin ningún tipo de intención comercial. Todo el material producido en el proyecto estará disponible íntegramente online sin restricciones. Cualquier profesor, alumno o particular podrá reproducir los contenidos y acceder a las fichas de forma gratuita, usando esta información de la manera que considere más apropiada, ya sea en las aulas, en eventos de ciencia o bien a modo personal para ampliar conocimientos.

Los primeros capítulos se empezaron a publicar a finales del pasado mes de febrero, a ritmo de uno por semana, hasta terminar el presente 2016. Estas "píldoras" científicas están encuadradas en tres grandes bloques: El Universo, La Tierra y la Vida, y El Ser Humano. Puedes seguir la serie en Twitter a través del hashtag #Universo1min, en Naukas, en Hablando de Ciencia y en el canal de YouTube de Rubén Lijó, entre otras fuentes.

Os dejo para terminar más información publicada en Hablando de Ciencia, así como los enlaces a los capítulos aparecidos hasta ahora:

• Promo “El Universo en 1 Minuto“.
• Promo “Material didáctico para profesores“.
• Capítulo 1 – Pero, ¿qué es realmente el Big Bang?, Ficha docente.
• Capítulo 2 – ¿De qué está hecho el Universo?, Ficha docente.
• Capítulo 3 – ¿Cómo se forman las galaxias?, Ficha docente.
• Capítulo 4 – ¿Qué edad tienen las estrellas?, Ficha docente.
• Capítulo 5 - ¿Qué es la materia oscura?, Ficha docente.

Vera Rubin y el lado oscuro del universo

(Esta entrada se publicó primero en el número 20 de la revista Buk Magazín, que puedes leer online.)

Vera Rubin nació en 1928 en Filadelfia (Pensilvania). Sus padres, Philip y Rose, se habían conocido en la Bell Telephone Company. En 1933, Philip, ingeniero electrónico, abandonó la empresa porque no se sentía útil. Después de pasar por varios empleos temporales, consiguió trabajo en Washington, adonde se trasladó la familia en 1938.

La habitación de Vera tenía una enorme ventana orientado al norte. Acostada en su cama, observaba las estrellas durante horas, y llegó a pasar noches en vela esperando la visión fugaz de un meteorito. Con ayuda de su padre, construyó un telescopio con el que seguir descubriendo los secretos del cielo nocturno. Aunque apenas tenía once años, ya sabía que dedicaría su vida a la astronomía.

Su paso por la escuela fue más bien discreto. Destacaba en matemáticas, otra de sus pasiones, pero no consiguió hacerlo en ciencias. Le concedieron una beca para estudiar en la Universidad femenina de Vasaar. Cuando su profesor de física se enteró, le dio un consejo: “Mientras permanezcas alejada de la ciencia, todo irá bien”. Vera demostraría lo equivocado que estaba.

Después del terrible paréntesis de la Segunda Guerra Mundial, Vera retomó sus estudios. Entró como ayudante en el Departamento de Astronomía y aprendió a manejar los instrumentos propios de su profesión. Hizo un máster en la Universidad de Cornell en 1950. Su tesis planteaba una hipótesis audaz para la época, según la cual el universo experimenta un movimiento de rotación alrededor de un eje central, y no se limitaba a expandirse desde un punto, tal y como postulaba el Big Bang.

La tesis recibió multitud de críticas, pero Vera no se desanimó. Continuó sus estudios en la Universidad de Georgetown, donde se doctoró en 1954 tras recibir clases nocturnas, mientras su marido la esperaba en el coche porque ella no sabía conducir. Durante los años siguientes se abrió paso en el mundo de la astronomía profesional. Trabajó en Georgetown y en California. Asistió a reuniones y cursos con los mejores astrónomos de la época. Y empezó a manejar los telescopios de los observatorios punteros del país, como Kitt Peak o Palomar.

En 1970, Vera decidió estudiar, junto con el astrónomo Kent Ford, la velocidad de rotación de las estrellas en nuestra vecina galaxia espiral de Andrómeda. Para su sorpresa descubrieron que, a pesar de que la mayoría de las estrellas se acumulaban en el centro, las estrellas de los extremos giraban igual de rápido, aunque la acción de la gravedad debía ser mucho menor. Esto apuntaba a la presencia de una materia invisible, que no interaccionaba con la luz, pero cuyos efectos gravitatorios sí eran apreciables. Los datos de otras decenas de galaxias espirales analizadas por Vera y Kent confirmaron esta asombrosa hipótesis.

La galaxia Andrómeda, vista por el telescopio espacial Spitzer (crédito: NASA)

Con el paso de los años se han ido acumulando numerosas pruebas de la existencia de esta materia oscura, cuya proporción con respecto a la materia ordinaria es de 10 a 1. Todavía se desconoce su naturaleza, pero todo indica que consiste en algún tipo de partícula elemental aún no descubierta, que abriría las puertas de una nueva física.

Mientras tanto, los reconocimientos a la labor de Vera se han ido sucediendo. En 1981 fue elegida miembro de la National Academy of Sciences. En 1993 recibió la National Medal of Science y en el 2008 le concedieron el Richtmyer Memorial Award. A sus 86 años, puede que lo mejor esté todavía por llegar: el día en que sepamos qué es la materia oscura, habrá un Premio Nobel de física esperándola.

Reseñas HdC: El corazón de las tinieblas

(Esta entrada apareció primero en Hablando de Ciencia)

El corazón de las tinieblas. Materia y energía oscuras: los misterios del universo invisible

Autor: Jeremiah P. Ostriker y Simon Mitton

Nº de páginas: 390

Editorial: PASADO & PRESENTE

Lengua: ESPAÑOL

Encuadernación: Tapa blanda

ISBN: 9788494100895

Año edición: 2014

Sinopsis

De entre todos los enigmas científicos que quedan por desvelar probablemente el más atractivo y el de mayor peso filosófico sea el de la materia y la energía oscuras. Pese a constituir la mayor parte del universo (la materia conocida sólo ocupa una ínfima parte en comparación) los conocimientos que de ellas se tienen son aún muy escasos. El profesor Ostriker es el mayor experto mundial en el tema y, ayudado por la gran capacidad explicativa de Simon Mitton, han conseguido que este libro sea a la vez considerado ya como la obra referencial en todo el mundo para dicha investigación y una fantástica puerta de entrada al no iniciado.

A principios del siglo XX, la vida del físico discurría con bastante placidez. La física estaba asentada sobre sólidos pilares; desde el movimiento de los planetas hasta las ondas electromagnéticas, todo se explicaba por las leyes de Isaac Newton y James Clerk Maxwell. Según el modelo cosmológico de la época, el Universo estaba compuesto por una única galaxia, la Vía Láctea, en cuyo centro se encontraba el sistema solar. Cierto es que todavía quedaban pendientes algunos puntos por aclarar, pero todos confiaban en que pronto tendrían una explicación dentro del marco de la física clásica.

No fue así; aquello que se creían fuertes pilares resultaron ser tan endebles como un castillo de naipes. La explicación de algunos de esos puntos oscuros –como el efecto fotoeléctrico o la radiación del cuerpo negro- provocó el derrumbamiento de la física clásica y el nacimiento de una nueva física, la física cuántica. Por otro lado, el extraordinario trabajo de Albert Einstein cambió para siempre los conceptos de espacio y tiempo, estableció la equivalencia entre masa y energía y convirtió a la gravedad en un efecto de la curvatura del espacio-tiempo.

Con el paso de las décadas, también nuestra privilegiada posición en el universo sufrió un vuelco: el Sol pasó a ser una entre los miles de millones de estrellas que forman la Vía Láctea, que a su vez es una de las miles de millones de galaxias que pueblan un universo en expansión. Ya lo dijo el gran Carl Sagan, la astronomía es una lección de humildad.

Enigmas de la actualidad

Aunque durante el siglo XX se han producido enormes avances en nuestro conocimiento del universo, todavía son muchos los enigmas que quedan por resolver. Uno de ellos es el que se trata en este libro de título tan conradiano. Toda la materia ordinaria que nos rodea apenas supone el 4,9% del total que hay en el universo. El resto se la reparten las llamadas materia oscura y energía oscura (26,9% y 68,3%, respectivamente). Y, aunque constituyen la mayor parte del universo, poco es lo que sabemos sobre ellas.

Se les llama oscuras porque no interaccionan con la luz y, por tanto, no podemos verlas directamente. Sólo podemos observar sus efectos de forma indirecta. La presencia de la materia oscura afecta a la velocidad de rotación de las galaxias y a la atracción entre ellas. La energía oscura, por su parte, acelera la expansión del universo, oponiéndose y venciendo a la fuerza de la gravedad.

Pero no adelantemos acontecimientos. Antes de llegar hasta aquí, el libro hace un delicioso repaso a la historia de la cosmología durante el siglo XX. Una historia tan intensa como fascinante. Después de pasar rápidamente por los siglos anteriores en el prólogo, el capítulo 1 empieza con las revoluciones de la relatividad y la mecánica cuántica a principios del siglo XX que, como se comentó al principio, son consecuencia de intentar resolver algunos problemas físicos sin respuesta hasta ese momento. Luego se centra en las primeras décadas del siglo XX, cuando los astrónomos, con Edwin Hubble a la cabeza, consiguieron demostrar que el cielo estaba plagado de galaxias, muchas de ellas similares a nuestra Vía Láctea, y que se movían unas con respecto a las otras. Esto condujo a la teoría del Big Bang, es decir, un universo en expansión que tuvo un origen muy violento y caliente. Durante la segunda mitad del siglo XX se acumularon pruebas a favor del Big Bang. Se descubrió que el cielo está inundado por una radiación de fondo de microondas, que no es otra cosa que el calor remanente de la gran explosión. Y se demostró que los elementos químicos más ligeros debieron originarse en un horno cósmico a millones de grados. De esta manera, el Big Bang se convirtió en el modelo estándar en cosmología.

Y así llegamos al último cuarto del siglo XX, cuando se desarrollaron ideas acerca de la formación de las galaxias y de otras estructuras cosmológicas a gran escala. Entonces se empezó a comprender que existían dos componentes fundamentales adicionales y bastante extraños –la materia oscura y la energía oscura-, "cuya naturaleza era desconocida pero cuya presencia era esencial para el funcionamiento de toda la maquinaria". Finalmente, en los dos últimos capítulos, los autores resumen el camino recorrido y plantean algunas de las cuestiones fundamentales que todavía quedan abiertas.

¿Qué más se puede decir acerca del libro? Además de estar escrito con un estilo claro y accesible, cuenta con un gran número de ilustraciones y diagramas que lo complementan a la perfección. También tiene un glosario de varias páginas que seguro resultará muy útil al lector no iniciado en el tema. Las referencias bibliográficas y el índice alfabético son impecables. E incluso los lectores más osados podrán profundizar en algunas cuestiones técnicas gracias a los dos apéndices que hay al final del libro. 

En definitiva, El corazón de las tinieblas es una excelente manera de adentrarse en el llamado lado oscuro del universo. Un libro que se lee completo una vez, pero que se consulta y hojea muchas más.