Rafael Guzmán, astrofísico: "La materia oscura es capaz de mantener a las galaxias unidas"

El astrofísico Rafael Guzmán es el responsable de la misión ARRAKIHS de la ESA para explorar el halo que rodea a las galaxias y esclarecer el misterio de la materia oscura

¿La materia oscura es un error de cálculo? El problema es que las galaxias que podemos observar desde la Tierra giran demasiado rápido. Calculando la masa de estas galaxias por el número de estrellas que contienen, deberían estar desintegrándose a esa velocidad.

Eso quiere decir que nos falta masa, masa que no podemos ver, y esa es la materia oscura. Para resolver el misterio hay una misión dirigida por el astrofísico español Rafael Guzmán. La misión ARRAKIHS: una sonda que se lanzará en 2030 con el objetivo de analizar el halo que rodea a las galaxias más lejanas y, con un poco de suerte, saber algo más sobre la materia oscura.

Hablamos con Rafael Guzmán el día del eclipse del 12 de agosto en Galáctica, el Centro de Difusión y Práctica de la Astronomía asociado al Observatorio de Javalambre, y nos explicó un poco más sobre la materia oscura y la misión ARRAKIHS.

Darío Pescador: ¿La materia oscura es de verdad real o es que no entendemos bien la gravedad?

Rafael Guzmán: Resuena mucho conmigo porque yo mismo me hago esa pregunta. La materia oscura surge como la necesidad de ajustar las ecuaciones de gravitación de Einstein a las observaciones que tenemos ahora del universo, y no cuadran. Entonces, para que cuadren, tenemos que introducir un término adicional que es materia oscura al principio para estudiar determinados aspectos de la dinámica de galaxias y de cúmulos de galaxias, y que eventualmente necesitan de otro segundo parámetro que es la energía oscura que es para tratar de reconciliar la dinámica del universo en su conjunto, la famosa aceleración de la explosión.

DP: En esa batalla entre la energía oscura y la materia oscura, una está intentando que todo se separe y otra que todo se mantenga unido. ¿Quién gana de momento?

RG: Pues va a depender de la escala en la que estemos considerando. A escalas de galaxias como la Vía Láctea, de grupos o cúmulos de galaxias, la materia oscura gana y la gravedad es capaz de mantener unidas a todas esas galaxias orbitando en torno a esa distribución de materia común. A grandes escalas, a la escala de la gran estructura del universo, la energía oscura gana y como tal la expansión del universo no está ralentizada por la acción gravitatoria que tendría a frenarla, sino que se está acelerando porque la energía oscura ya tiene mayor efecto.

DP: Al otro lado está la muerte térmica del universo, que es una perspectiva un poco desalentadora.

RG: Muy desalentadora, porque no solamente será la muerte térmica en el sentido de que estaremos tan alejados que la energía estará cercana a lo que es el cero Kelvin, sino que además ni siquiera podremos ver diferentes partes del universo debido a las distancias que atravesaría la luz para llegar a nosotros. La luz es el mensajero cósmico, es la que nos proporciona información y la lleva de un lado del universo al otro y de pronto no tendremos la capacidad de ni siquiera explorar partes del universo, aunque nunca pudiéramos ir para allá, pero podríamos desentrañarlos gracias a descodificar el lenguaje de la luz. Aún así, no sé si ese será el final del universo.

DP: Tanto la energía como la materia oscura se llaman oscuras porque no las vemos, no las podemos detectar, no emiten nada, no hemos visto nunca una partícula de materia oscura. ¿Cómo se diseña un instrumento para que nos dé alguna información que tenga significado respecto a la materia oscura?

RG: Pues, como ya dices, la materia oscura ni interacciona, ni genera, ni absorbe luz. Pero sin embargo sí tiene efectos gravitatorios. Entonces, midiendo los movimientos de objetos que sí vemos, como son planetas, estrellas, galaxias, entonces podemos inferir que, para poder justificar de acuerdo a la ley de gravitación el movimiento que estamos observando de esos objetos que podemos ver, necesitamos una contribución de masa adicional y esa sería la materia oscura.

En nuestro caso, en ARRAKIHS, lo que queremos es ver el efecto de la energía sobre componentes del halo de galaxias como nuestra Vía Láctea. Esos componentes son muy, muy, muy difusos, tienen muy bajo brillo superficial, corresponden a lo que son los restos arqueológicos de la formación de nuestra galaxia, ya que nuestra galaxia se forma a través de la acumulación de pequeñas galaxias satélites.

Entonces, todavía podemos ver algunas galaxias satélites que han sobrevivido, podemos ver lo que queda de la destrucción de esas galaxias que dejan una especie de corriente de estrellas en la órbita original de esa galaxia satélite y luego podemos ver ese halo extenso de muy bajo brillo superficial y las características de esos tres componentes del halo estelar nos dicen qué tipo de materia oscura realmente formó parte de la formación de la galaxia Vía Láctea en sus tiempos de formación.

DP: En este caso tenemos que alejarnos del ruido y el ruido aquí es la gravedad de la Tierra. ¿Cuánto tenemos que alejarnos para poder detectar esas variaciones tan pequeñas?

RG: Pues mucho. Tenemos que, bueno, nos alejamos no solamente más allá de la Tierra, sino más allá de nuestra galaxia, de nuestra Vía Láctea. Entonces, en ARRAKIHS lo que estamos haciendo es observar una muestra estadísticamente representativa de galaxias como la Vía Láctea. ¿Por qué? Porque a una cierta distancia podemos ver todo el halo, no solamente parte del halo como podemos hacerlo, inmersos en nuestra Vía Láctea como estamos.

Viendo todo el halo y de una muestra representativa podríamos realmente extraer la información que buscamos sobre si las propiedades que medimos corresponden a un tipo de materia oscura, por ejemplo, la materia fría-oscura, que es la que ahora mismo creemos que realmente domina el universo, es decir, partículas grandes que se mueven lentamente, o sin embargo corresponden a otro tipo de materia oscura, como la materia oscura-tibia, que son partículas más pequeñas que se mueven mucho más rápidamente.

DP: Un eclipse sirvió para comprobar que la teoría de la relatividad era cierta por su capacidad para desviar la luz por los efectos gravitatorios. ¿Este eclipse nos va a servir para entender un poco mejor la gravedad, o eso ya está sabido?

RG: Pues claramente la teoría de la edad de Einstein ha sido todo un éxito. Una y otra vez se han expuesto una serie de pruebas observacionales que incluso cuando Einstein las propuso no tenían la tecnología para llevarla a cabo, y la última ha sido el descubrimiento de las ondas gravitacionales. Es absolutamente espectacular el éxito de esa teoría, pero recuerdo que sigue siendo una teoría y que a lo largo de la historia, en los 3.000 años que llevamos de observación del universo, o 5.000 años incluimos otras culturas, teorías que explicaban muy bien los fenómenos que se observaban con la tecnología del momento, cuando la tecnología avanzó y pudimos tener observaciones más detalladas o nuevas observaciones en nuevos rangos de longitud de onda que te abren nuevas ventanas de observación en el universo, tuvimos que cambiar la teoría.

Así que lo mejor que puedo decir es que a mí lo que me encantaría de ARRAKIHS es que el resultado fuera una inconsistencia clara con la teoría actual y eso obligaría a tener que repensar qué tipo de teoría cósmica podría realmente volver a explicar los fenómenos que conocemos. En cuanto al eclipse creo que no va a ser la información ahora mismo para el tema de la materia oscura.

DP: Bueno, pero si conseguimos que alguien se anime a estudiar la materia oscura por el eclipse lo habríamos conseguido, ¿verdad?

RG: Incluso uno nada más habrá sido un éxito.

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