Materia oscura

Cuando contemplamos el universo, todo lo que vemos a nuestro alrededor, como las estrellas y las galaxias, son masas que emiten luz y nos envían información. Sin embargo, representan solo el 5% de la materia del universo. El resto no sabemos lo que es y tiene dos componentes: Aproximadamente un 25% es materia oscura y un 75% es energía oscura. Precisamente las llamamos de esta manera porque ignoramos en qué consisten. Aunque se especula con que la energía oscura sea energía de vacío, de la materia oscura no se sabe nada. Ambas juegan papeles contrarios en la expansión acelerada del universo, pues mientras la energía oscura la favorece, la materia oscura la frena por gravedad.

La presencia de la materia oscura es conocida desde 1933 y se debe a un astrofísico nacido en Bulgaria, educado en Suiza y residente en Estados Unidos llamado Fritz Zwiky, que en aquellos años estaba estudiando los movimientos de un grupo de galaxias denominado Grupo Coma. Zwiky trataba de medir la masa del grupo y necesitaba medir los movimientos de cada galaxia, determinados en parte por la fuerza de atracción mutua de sus masas. Al medir y hacer sus cálculos comprobó con asombro que la masa del grupo era muchísimo mayor que la que se obtenía para la materia que emitía luz. Zwiky acababa de descubrir lo que hoy se conoce como materia oscura.

La materia oscura no se sabe lo que es, aunque si se puede decir que es diferente de todo lo que conocemos, puesto que no emite ningún tipo de luz. También se puede afirmar que las partículas que emite interactúan poco con las partículas conocidas, pues de hacerlo ya se habrían manifestado. No obstante, su presencia se puede detectar. Una forma de hacerlo es midiendo la velocidad de las estrellas periféricas de una galaxia. La velocidad de algunas de estas estrellas es tan elevada que por la fuerza centrífuga a la que están sometidas tendrían que escaparse de la galaxia. Como no lo hacen, se deduce que en el centro de la galaxia tiene que haber una masa muy grande que no vemos y que las atrae por gravedad reteniéndolas en la galaxia. También se atribuye a la masa oscura la deformación que vemos a veces cuando se observan galaxias lejanas. Este fenómeno se explica porque entre la galaxia y nosotros se interpone una masa oscura que produce la curvatura de los rayos de nuestra observación, por lo que vemos la galaxia deformada como si la miráramos a través de una lente.

Con estas y otras observaciones y muchos cálculos se puede valorar la cantidad de materia oscura que hay en el universo, pero seguimos sin saber en qué consiste esta materia. El tema de la materia oscura es de gran importancia en la astrofísica actual. Una teoría muy aceptada dice que la materia oscura está formada por unas partículas masivas de interacción débil llamadas WIMP. La interacción débil es la responsable de la radioactividad y la que hace posible que unas partículas muten en otras. Los laboratorios que tratan de detectar estas partículas tienen que estar bajo tierra y a gran profundidad para evitar la interferencia de otras interacciones como pudieran ser las de los neutrinos o los rayos cósmicos.

Recientemente se está reubicando en Ontario (Canadá), un laboratorio que anteriormente estaba situado en Minesota (Estados Unidos). En Minesota estaba a ochocientos metros de profundidad y en Ontario estará a dos mil. Sus temperaturas de trabajo serán muy bajas. Se denomina CDMS II (Búsqueda Criogénica de Materia Oscura) y lo que recogen sus detectores es la pequeña cantidad de energía que se genera cuando una partícula de materia oscura choca con alguno de los átomos de sus cristales de germanio y silicio.

En España también tenemos un laboratorio de este tipo. Está en Canfranc (Huesca), en el Pirineo Aragonés, a ochocientos metros bajo el monte Tobazo. Cuenta con una galería a dos mil quinientos metros, y su actividad principal es la detección de materia oscura. Su nombre es Laboratorio Subterráneo de Canfranc (LSC) y depende del Ministerio de Ciencia e Innovación, de la Diputación General de Aragón y de la Universidad de Zaragoza. Para poder detectar la materia oscura, la Universidad de Zaragoza, en colaboración con el Instituto de Astrofísica Espacial de Francia, ha desarrollado un instrumento denominado “bolómetro centelleador” (figura de cabecera), que consiste básicamente en un cristal de bismuto, germanio y oxígeno, tan puro que es capaz de transmitir la pequeñísima energía que pueda generarse cuando una partícula de materia oscura golpee el núcleo de uno de sus átomos. Esta energía es tan pequeña que para poder detectarla el bolómetro tiene que estar a una temperatura próxima al cero absoluto, a la cual la agitación térmica de los átomos y de las partículas que los componen es prácticamente nula.

Fotografía: «Bolómetro centelleador» del Laboratorio Subterráneo de Canfranc.