Lo que la Dra. Vera Rubin vio en las galaxias espirales cambió la física para siempre

Si está siquiera vagamente interesado en cómo funciona el universo, probablemente haya leído sobre una sustancia misteriosa propuesta por los físicos llamada «materia oscura».

La materia oscura es materia invisible que no emite, refleja ni absorbe luz y sólo interactúa con la materia normal a través de la gravedad. Nunca lo hemos detectado directamente, pero los físicos están muy seguros de su existencia y creen que hay aproximadamente cinco veces más en el universo observable que la materia normal que forma las estrellas, los planetas, el polvo y todo lo que disfrutamos ( por ejemplo, pasteles).

Quizás se pregunte cómo saben los físicos que debe existir esta materia invisible si no podemos detectarla directamente. La respuesta se remonta al trabajo de Fritz Zwicky en la década de 1930 y a las observaciones de Vera Rubin y Kent Ford en la década de 1970.

En 1933, el astrónomo suizo Fritz Zwicky estudió el cúmulo de coma (un gran cúmulo de galaxias de más de 20 millones de años luz de diámetro que contiene miles de galaxias) y encontró algo bastante extraño. Las galaxias dentro del cúmulo se movían a velocidades tan altas que deberían alejarse unas de otras, dada la cantidad de masa visible dentro de las galaxias y del cúmulo. Planteó la hipótesis de que la región debe contener una gran cantidad de «Dunkle Materie» (materia oscura) para mantener estable el cúmulo.

Aunque desconcertante, el estudio no cambió la cosmología demasiado rápido. Pero se obtuvieron resultados similares al observar otros cúmulos y luego estrellas dentro de las propias galaxias.

«Utilizando la ley de gravitación de Newton y la fuerza centrífuga se puede calcular la velocidad de rotación de una masa en movimiento circular alrededor de otra en función de la distancia al centro de rotación», explica un artículo sobre el tema. «A través de estos sencillos cálculos se demuestra que la velocidad de rotación disminuye cuando la distancia crece».

Esto funciona cuando miramos nuestro propio sistema solar. Cuanto más lejos esté un objeto del centro de rotación (nuestro Sol), más lenta será su rotación alrededor del centro.

Pero cuando Vera Rubin y Kent Ford trazaron las velocidades de las estrellas dentro de las galaxias espirales (observando el cambio en las longitudes de onda de la luz a medida que se acercan y se alejan de nosotros) encontraron el mismo extraño fenómeno que Zwicky. Como las galaxias espirales contienen la mayor masa (visible) hacia el centro, esperaban que las estrellas hacia el centro de la galaxia giraran más rápido que las del borde de la galaxia. Si las estrellas en los bordes de las galaxias giraran a las mismas altas velocidades que en el centro (y la masa visible es todo lo que hay dentro de ellas), se esperaría que esas estrellas se separaran de la galaxia, sin suficiente gravedad para mantenerlas dentro de ella. .

Y, sin embargo, esto es precisamente lo que encontraron. Las estrellas en los bordes escasamente poblados de las galaxias espirales se movían tan rápido como las estrellas hacia sus centros galácticos. Al estudiar más de 60 galaxias, encontraron el mismo resultado y Rubin concluyó que las galaxias deben contener alrededor de 10 veces más masa de la visible para explicar estos movimientos.

Cuanto más estudiamos las galaxias, más encontramos una discrepancia entre la masa visible que tienen y las velocidades a las que esperaríamos que se movieran sus estrellas, dada su masa visible. Ahora se acepta ampliamente que el universo contiene «materia oscura», cuya masa supera ampliamente a la materia visible que vemos, aunque el debate sobre qué es esa materia aún está en curso y la detección sigue estando fuera de nuestro alcance.

Existen alternativas a la materia oscura (como MOND, que postula de manera un tanto arbitraria que la gravedad se vuelve más débil a grandes distancias), pero cualquier teoría sobre la dinámica de nuestro universo debe ahora explicar por qué las estrellas en el borde exterior de una galaxia giran tan rápido como lo hacen, sin dejar de estar obligados a ello.

“Hemos asomado a un mundo nuevo”, escribió Rubin sobre esa observación que cambió la física, “y hemos visto que es más misterioso y más complejo de lo que habíamos imaginado. Todavía quedan ocultos más misterios del universo. Su descubrimiento espera a los científicos aventureros del futuro. Me gusta así.»