¿Que sucede?

Estamos rodeados de materia. De hecho, somos materia. Todo lo que detectamos en el universo también es materia. Es tan fundamental que simplemente aceptamos que todo está hecho de materia. Es el componente fundamental de todo: la vida en la Tierra, el planeta en el que vivimos, las estrellas y las galaxias. Normalmente se define como cualquier cosa que tenga masa y ocupe un volumen de espacio..

Los componentes básicos de la materia se llaman "átomos" y "moléculas". Ellos también son materia. La materia que podemos detectar normalmente se llama materia "bariónica". Sin embargo, existe otro tipo de materia que no se puede detectar directamente. Pero su influencia puede. Se llama materia oscura. 

Materia normal

Es fácil estudiar la materia normal o "materia bariónica". Se puede descomponer en partículas subatómicas llamadas leptones (electrones, por ejemplo) y quarks (los bloques de construcción de protones y neutrones). Estos son los que forman los átomos y las moléculas que son los componentes de todo, desde los humanos hasta las estrellas..

Ilustración de computadora de un modelo atómico que contiene átomos, protones, neutrones y electrones. Estos son los componentes básicos de la materia normal. Science Photo Library / Getty Images

La materia normal es luminosa, es decir, interactúa electromagnéticamente y gravitacionalmente con otra materia y con radiación. No necesariamente brilla como pensamos en una estrella brillando. Puede emitir otra radiación (como infrarroja).

Otro aspecto que surge cuando se discute el asunto es algo llamado antimateria. Piense en ello como el reverso de la materia normal (o quizás una imagen especular). A menudo escuchamos sobre eso cuando los científicos hablan de reacciones de materia / antimateria como fuentes de energía. La idea básica detrás de la antimateria es que todas las partículas tienen una antipartícula que tiene la misma masa pero rotación y carga opuestas. Cuando la materia y la antimateria chocan, se aniquilan entre sí y crean energía pura en forma de rayos gamma. Esa creación de energía, si pudiera aprovecharse, proporcionaría enormes cantidades de energía para cualquier civilización que pudiera descubrir cómo hacerlo de manera segura.

Materia oscura

En contraste con la materia normal, la materia oscura es un material que no es luminoso. Es decir, no interactúa electromagnéticamente y, por lo tanto, parece oscuro (es decir, no reflejará ni emitirá luz). La naturaleza exacta de la materia oscura no se conoce bien, aunque su efecto sobre otras masas (como las galaxias) ha sido notado por astrónomos como el Dr. Vera Rubin y otros. Sin embargo, su presencia puede detectarse por el efecto gravitacional que tiene sobre la materia normal. Por ejemplo, su presencia puede restringir los movimientos de las estrellas en una galaxia, por ejemplo.

Materia oscura en el universo. ¿Podría estar hecho de WIMP? Esta imagen Hyper Suprime-Cam muestra una pequeña sección (14 minutos de arco por 9,5 minutos de arco) de cúmulos de galaxias con los contornos de una concentración de materia oscura y parte de otra trazada con líneas de contorno. Telescopio Subaru / Observatorio Astronómico Nacional de Japón

Actualmente hay tres posibilidades básicas para "cosas" que componen la materia oscura:

• Materia oscura fría (MDL): Hay un candidato llamado partícula masiva de interacción débil (WIMP) que podría ser la base de la materia oscura fría. Sin embargo, los científicos no saben mucho al respecto o cómo podría haberse formado temprano en la historia del universo. Otras posibilidades para las partículas de CDM incluyen axiones, sin embargo, nunca se han detectado. Finalmente, hay MACHO (objetos de halo compactos masivos), podrían explicar la masa medida de materia oscura. Estos objetos incluyen agujeros negros, antiguas estrellas de neutrones y objetos planetarios que no son luminosos (o casi) pero que aún contienen una cantidad significativa de masa. Eso explicaría convenientemente la materia oscura, pero hay un problema. Tendría que haber muchos de ellos (más de lo que se esperaría dada la edad de ciertas galaxias) y su distribución tendría que estar increíblemente bien distribuida por todo el universo para explicar la materia oscura que los astrónomos han encontrado "allá afuera". Entonces, la materia oscura fría sigue siendo un "trabajo en progreso".
• Materia oscura cálida (WDM): Se cree que está compuesto de neutrinos estériles. Estas son partículas similares a los neutrinos normales, salvo por el hecho de que son mucho más masivas y no interactúan a través de la fuerza débil. Otro candidato para WDM es el gravitino. Esta es una partícula teórica que existiría si la teoría de la supergravedad, una combinación de relatividad general y supersimetría, ganara tracción. WDM también es un candidato atractivo para explicar la materia oscura, pero la existencia de neutrinos o gravitinos estériles es especulativa en el mejor de los casos..
• Materia oscura caliente (HDM): las partículas consideradas materia oscura caliente ya existen. Se llaman "neutrinos". Viajan a casi la velocidad de la luz y no se "agrupan" de la forma en que proyectamos que lo haría la materia oscura. También dado que el neutrino es casi sin masa, se necesitaría una cantidad increíble de ellos para compensar la cantidad de materia oscura que se sabe que existe. Una explicación es que hay un tipo o sabor de neutrino aún no detectado que sería similar a los que ya se sabe que existen. Sin embargo, tendría una masa significativamente mayor (y, por lo tanto, tal vez una velocidad más lenta). Pero esto probablemente sería más similar a la materia oscura cálida.

La conexión entre la materia y la radiación

La materia no existe exactamente sin influencia en el universo y hay una conexión curiosa entre la radiación y la materia. Esa conexión no se entendió bien hasta principios del siglo XX. Fue entonces cuando Albert Einstein comenzó a pensar en la conexión entre la materia y la energía y la radiación. Esto es lo que se le ocurrió: de acuerdo con su teoría de la relatividad, la masa y la energía son equivalentes. Si suficiente radiación (luz) colisiona con otros fotones (otra palabra para "partículas" de luz) de energía suficientemente alta, se puede crear masa. Este proceso es lo que los científicos estudian en laboratorios gigantes con colisionadores de partículas. Su trabajo profundiza en el corazón de la materia, buscando las partículas más pequeñas que se sabe que existen..

Entonces, si bien la radiación no se considera explícitamente materia (no tiene masa ni ocupa volumen, al menos no de una manera bien definida), está conectada a la materia. Esto se debe a que la radiación crea materia y la materia crea radiación (como cuando la materia y la antimateria chocan).

Energía oscura

Llevando la conexión materia-radiación un paso más allá, los teóricos también proponen que existe una misteriosa radiación en nuestro universo. Se llama energía oscura. Su naturaleza no se entiende en absoluto. Quizás cuando se entienda la materia oscura, entenderemos también la naturaleza de la energía oscura..

Editado y actualizado por Carolyn Collins Petersen.