¿EXISTEN LA MATERIA OSCURA Y LA ENERGÍA OSCURA?

(Observación: esta es la tercera parte de la investigación de David Pratt sobre la cosmología y cuyo inicio lo pueden encontrar aquí, y le agradezco profundamente a Nicolás por haber traducido un artículo tan grande, pero a la vez tan interesante de leer.)

  ÍNDICE

    1.  La inflación inicial

    2.  La materia oscura

    3.  La energía oscura

1 - LA INFLACIÓN INICIAL

A principios de la década ochenta y para resolver una serie de problemas, los teóricos del Big Bang determinaron que un billón de billones de billones de segundo después de la explosión inicial, el "espacio-tiempo" experimentó un período de inflación híper-rápida que duró unos 5000 millones de billones de billones de segundo, durante el cual se expandió hasta 10⁵⁰ veces más rápido que la velocidad de la luz, creciendo desde un punto minúsculo a un volumen de varios millones de años luz en diámetro ⁽¹⁾, y entonces de alguna manera frenó abruptamente a una tasa más lenta de expansión.

Esta teoría completamente extraña y ad-hoc muestra cuán "creativos" pueden ser los cosmólogos cuando se ve amenazada la teoría en que basan sus carreras y reputaciones.

Se desconoce por completo el mecanismo responsable de la inflación inicial, pero ya ha sido etiquetado como "el inflatón cósmico" (probablemente porque esto suena mejor que decir "no tenemos una pista").

Los teóricos dicen que la expansión superlumínica no transgrede la teoría de la relatividad (que dice que nada puede moverse más rápido que la luz), ya que es el espacio que se está expandiendo en lugar de haber materia que se mueve.

Pero como señala William Mitchell:

« Es un desafío al sentido común pensar en cómo la inflación puede de alguna manera desplazar a toda la masa o energía del Universo sin moverse físicamente. » ⁽²⁾

La inflación se consideró necesaria para explicar cómo la radiación de fondo de microondas en sitios opuestos del Universo puede ser tan uniforme, y por qué el Universo se ve tan plano en lugar de curvado.

Y también se dice que la inflación ha magnificado diferencias de densidad causadas por fluctuaciones cuánticas a tamaño cósmico de modo que pudieran convertirse en las simientes para el crecimiento de la estructura en el Universo.

Todas las diferentes versiones de la teoría de la inflación hacen una predicción comprobable: y es que los protones deben decaer con el paso del tiempo.

Sin embargo todos los experimentos hasta la fecha no han podido detectar algún deterioro, pero este problema fue "resuelto" ajustando las ecuaciones para prolongar la vida útil de los protones.

2 - LA MATERIA OSCURA

El modelo de inflación dicta que la materia en el Universo debe tener una cierta densidad crítica, pero la densidad de la materia visible es sólo una pequeña fracción de este valor.

Sin embargo, la moderna teoría del Big Bang afirma que la materia ordinaria (bariónica) y los neutrinos representan sólo el 4.5% de la masa-energía del Universo, mientras que la materia oscura constituye el 22.7%, y la energía oscura 72.8%.

Antes de la invención de la energía oscura, muchos teóricos del Big Bang solían afirmar que la materia oscura debía componer alrededor del 99% de la masa del Universo.

La evidencia observacional llevó a la mayoría de los astrónomos a la conclusión de que hasta un 90% de la masa del Universo podría consistir en materia oscura.

En nuestro Sistema Solar, la velocidad orbital de los planetas disminuye al aumentar la distancia desde el Sol, por lo que el conjunto planetario tiene una "curva rotacional" de caída.

Sin embargo, muchas galaxias tienen curvas de rotación planas, y las velocidades anormalmente altas de las partes exteriores de las mismas son atribuidas al efecto gravitacional de grandes cantidades de materia invisible.

Se piensa que la materia oscura está concentrada alrededor de las galaxias en grandes halos, y las observaciones de la velocidad con que aquéllas parecen moverse en grupos y cúmulos también son interpretadas como evidencia de la materia oscura.

Existen, sin duda, concentraciones "oscuras" o no luminosas de materia física ordinaria en nuestro Universo, pero los "big-bangers" afirman que la gran mayoría de materia oscura consiste en partículas físicas hipotéticas (como axiones y partículas masivas de interacción débil, o WIMPs en inglés), que a diferencia de toda la otra materia física conocida, no emiten ni absorben luz y pueden ser detectadas solamente por sus efectos gravitatorios.

La razón principal por la que los partidarios del Big Bang postularon la existencia de tanta materia oscura era puramente teórica, pues el Gran Estallido no funcionaría sin ella, y la mayor parte de la materia oscura debía tener propiedades inusuales, porque de lo contrario podría alterar otros aspectos del modelo.

La existencia de esta exótica materia oscura, por lo tanto "se basa en la creencia y no en pruebas contundentes" ⁽³⁾.

Los modelos de materia oscura fría no fueron capaces de simular con precisión la estructura del Universo en escalas tanto galácticas como multigalácticas al mismo tiempo, y tampoco tuvieron éxito los intentos de resolver el problema mediante la adición de un poco de materia oscura caliente (como neutrinos masivos de movimiento rápido) ⁽⁴⁾.

Para explicar la evidencia de materia oscura, Mordehai Milgrom ha propuesto una modificación de la ley de la inversa del cuadrado, conocida como dinámica newtoniana modificada (MOND en inglés) ⁽⁵⁾.

No obstante, no existen pruebas experimentales independientes para apoyarla.

Algunos científicos sostienen que la materia oscura en forma de materia ordinaria y no luminosa puede explicar toda la evidencia observacional ⁽⁶⁾.

Y tal materia incluye nubes de polvo, gas y plasma, estrellas de baja masa (por ejemplo, enanas marrones), planetas y restos de estrellas muertas como enanas blancas, estrellas de neutrones y "agujeros negros" (a veces llamados objetos astrofísicos masivos del halo compacto, o MACHOs en inglés).

Se ha estimado que el gas interestelar, los plasmas de baja energía y las enanas marrones podrían exceder la masa de estrellas luminosas en nuestra galaxia ⁽⁷⁾.

Y las averiguaciones basadas en microlentes gravitatorias sugieren que puede haber 100’000 veces más "planetas nómadas" que estrellas deambulando en la Vía Láctea ⁽⁸⁾.

Otros investigadores explican las curvas de rotación planas invocando la operación de fuerzas electromagnéticas a escala galáctica ⁽⁹⁾.

Y otro enfoque cuestiona si las partes externas de las galaxias (incluyendo la Vía Láctea) realmente están girando anormalmente rápido.

Entonces como lo pueden constatar, existen otras opciones a parte de la materia oscura.

La única evidencia para respaldar la materia oscura son las frecuencias alteradas de luz que se interpretan como desplazamientos Doppler causados por movimientos de retroceso o aproximación como se ven desde la Tierra.

Pero una explicación alternativa de los datos espectroscópicos es que las frecuencias alteradas son producidas por partículas en las partes exteriores de las galaxias que tienen masas (y por lo tanto velocidades de reloj) ligeramente diferentes que aquéllas más cercanas al centro.

Sobre este asunto H.R. Drew escribe:

« Tal gradiente de energía o frecuencia es bien conocida en la biología, y comúnmente se llama “gradiente de desarrollo”, como se aprecia mediante las anchuras de los embriones en crecimiento. »

Y lo mismo puede ser cierto para cualquier sistema de materia altamente organizado, incluyendo una galaxia en desarrollo ⁽¹⁰⁾.

Referente a los movimientos galácticos en grupos y cúmulos, se requieren grandes cantidades de materia oscura sólo si las galaxias cuyos movimientos están siendo utilizados para determinar la masa hipotéticamente son parte de sistemas consolidados y estables. Y en ciertos casos algunas de las galaxias realmente pueden no pertenecer al grupo o clúster, y el conglomerado puede estar separándose y experimentando desintegración ⁽¹¹⁾.

Más aún, el hecho de que las galaxias compañeras tienen exceso de desplazamientos al rojo y que éstos a menudo se cuantifican sugiere fuertemente que no son simplemente velocidades.

La cuantización del desplazamiento hacia el rojo parece indicar que las velocidades orbitales de las galaxias deben ser inferiores a 20 km/s, pues de otro modo la periodicidad desaparecería, y si esto fuera cierto, se desvanecería la necesidad de la materia oscura.

Mapa que muestra la distribución de materia oscura durante más de mil millones de años luz, en base a la lente gravitacional de la luz de galaxias distantes (www.space.com). Aunque hay que precisar que los datos no dicen nada acerca de la naturaleza u origen de la materia oscura. Y algunos científicos creen que puede ser materia ordinaria y radiación emanando de las galaxias ⁽¹²⁾.

3 - LA ENERGÍA OSCURA

En 1998 se encontró que el tipo Ia de supernovas remotas (explosiones de estrellas) era más tenue de lo esperado en el supuesto de que son "velas estándar", o sea que todas ellas tienen el mismo brillo intrínseco y explotan exactamente de la misma manera.

Los "big-bangers" interpretaron esto como resultado de la dilatación del tiempo, y concluyeron que lejos de ser frenado por la gravitación (como habrían esperado), la expansión del Universo se está acelerando y que ha estado así durante unos 7 mil millones de años.

Para explicar la supuesta expansión acelerada, los "big-bangers" inventaron la noción de "energía oscura", una fuerza repulsiva presente en todas partes del espacio, ya sea asociada con la constante cosmológica de Einstein o con un nuevo campo escalar conocido como quintaesencia, y de esta manera una explicación más razonable es que las supernovas tipo Ia no son "velas estándar" ⁽¹³⁾.

"El juego cósmico de 'tirar la cuerda': la fuerza de la energía oscura sobrepasa a la de la materia oscura a medida que pasa el tiempo". Un diagrama que no pasa de ser "bonito" (hubblesite.org).

Michael Disney escribe:

« Para explicar algunas observaciones sorprendentes, los teóricos han tenido que crear nociones heroicas y aún así insustanciales, tales como la “materia oscura” y la “energía oscura”, que supuestamente sobrepasan, por cien a uno, la materia del Universo que podemos detectar directamente.

Los legos están obligados a preguntar si debieran estar más impresionados por las nuevas observaciones o más consternados por los teorías endemoniadas que se han evocado para explicarlos. » ⁽¹⁴⁾

« Y el hecho de que algunos profesionales se aferren a una teoría tan débil (...) no tiene por qué persuadirnos de adoptar una postura mucho más prudente. » ⁽¹⁵⁾

Referencias

1. "Inflation (cosmology)", en.wikipedia.org; Mitchell, Bye Bye Big Bang, Hello Reality, pág. 214.
2. Bye Bye Big Bang, Hello Reality, pág. 220.
3. Hoyle, Burbidge y Narlikar, A Different Approach to Cosmology, págs. 293, 307.
4. Peter Coles, "The end of the old model universe", Nature, vol. 393, 25 junio 1998, págs. 741-4.
5. "The Mond Pages", astro.umd.edu/~ssm/mond.
6. Narlikar y Burbidge, Facts and Speculations in Cosmology, págs. 213-8; A Different Approach to Cosmology, págs. 281-93; C.F. Gallo y J.Q. Feng, "Galactic rotation described with bulge + disk gravitational models", 2008, arxiv.org; bigbangneverhappened.org.
7. Timothy E. Eastman, "Cosmic agnosticism, revisited", Journal of Cosmology, vol. 4, 2010, págs. 655-63, journalofcosmology.com.
8. Andy Freeberg, "Researchers say galaxy may swarm with 'nomad planets'", 23 febrero 2012, news.stanford.edu.
9. Eric J. Lerner, The Big Bang Never Happened, Vintage Books, 1992, págs. 240-1. 1
10. H.R. Drew, Apeiron, vol. 4, nro. 1, 1997, págs. 26-32, redshift.vif.com.
11. A Different Approach to Cosmology, págs. 287-93; The Big Bang Never Happened, págs. 32-5.
12. Bye Bye Big Bang, Hello Reality, pág. 311.
13. Ratcliffe, The Static Universe, págs. 166-71.
14. Disney, "Modern cosmology: science or folktale?", americanscientist.org.
15. "Modern cosmology: science or folk tale?", astro.umd.edu.