Para la triloga de novelas fantsticas de Philip Pullman, vase La materia oscura.Imagen compuesta del cmulo de galaxias CL0024+17 tomada por el telescopio espacial Hubble muestra la creacin de un efecto delente graitacional producto! en gran parte! de la interaccin graitatoria con la materia oscura"#n astrof$sica % cosmolog$a f$sica se llama materia oscura a la materia &ipot'tica de composicin desconocida (ue no emite o refle)a suficiente radiacin electromagn'tica para ser obserada directamente con los medios t'cnicos actuales pero cu%a existencia puede inferirse a partir de los efectosgraitacionales (ue causa en la materia isible! tales como las estrellas o lasgalaxias! as$ como en las anisotrop$as del fondo csmico de microondas" *o se debe confundir la materia oscura con la energ$a oscura" +e acuerdo con las obseraciones actuales de estructuras ma%ores (ue una galaxia! as$ como la cosmolog$a del ,ig ,ang! la materia oscura constitu%e la gran ma%or$a de la masa en el -nierso obserable" .rit/ 01ic2% la utili/ por primera e/ para declarar el fenmeno obserado consistente con las obseraciones de materia oscura como la elocidad rotacional de las galaxias % las elocidades orbitales de las galaxias en los cmulos! laslentes graitacionales de ob)etos de fondo por los cmulos de gal3xias as$ como el Cmulo ,ala41# 05677658 % la distribucin de temperatura de gas caliente en galaxias % cmulos de galaxias" La materia oscura tambi'n )uega un papel central en la formacin de estructuras % la eolucin de galaxias % tiene efectos medibles en la anisotrop$a de la radiacin de fondo de microondas" 9odas estas l$neas de pruebas sugieren (ue las galaxias! los cmulos de galaxias % el -nierso como un todo contienen muc&a m3s materia (ue la (ue interacta conla radiacin electromagn'tica: lo restante es llamado ;el componente de materia oscura;"La composicin de la materia oscura se desconoce! pero puede incluir neutrinos ordinarios % pesados! part$culas elementales recientemente postuladas como los s % los axiones! cuerpos astronmicos como las estrellas enanas % los planetas 4colectiamente llamados =?CH@s8 % las nubes de gases no luminosos" Las pruebas actuales faorecen los modelos en (ue el componente primario de la materia oscura son las nueas part$culas elementales llamadas colectiamente materia oscura no barinica"#l componente de materia oscura tiene bastante m3s masa (ue el componente ;isible; del -nierso"1 #n el presente! la densidad de barionesordinarios % la radiacin en el -nierso se estima (ue son e(uialentes aproximadamente a un 3tomo de &idrgeno por metro cbico de espacio" Alo aproximadamente el 6B de la densidad de energ$a total en el -nierso 4inferido de los efectos graitacionales8 se puede obserar directamente" Ae piensa (ue en torno al 2CB est3 compuesto de materia oscura" #l 72B restante se piensa (ue consiste de energ$a oscura! un componente incluso m3s extraDo! distribuido difusamente en el espacio"2 ?lguna materia barinica dif$cil de detectar reali/a una contribucin a la materia oscura! aun(ue algunos autores defienden (ue constitu%e slo una pe(ueDa porcin"C 4 ?un as$! &a% (ue tener en cuenta (ue del 6B de materia barinica estimada! la mitad de ella toda$a no se &a encontrado! por lo (ue se puede considerar materia oscura barinica: 9odas las estrellas! galaxias % gas obserable forman menos de la mitad de los bariones (ue se supone deber$a &aber % se cree (ue toda esta materia puede estar distribuida en filamentos gaseosos de ba)a densidad formando una red por todo el unierso % en cu%os nodos se encuentran los diersos cmulos de galaxias"Eecientemente 4ma%o de 200F8 el telescopio G==7*e1ton de la agencia espacial europea &a encontrado pruebas de la existencia de dic&a red de filamentos"6La determinacin de la naturale/a de esta masa ausente es uno de los problemas m3s importantes de la cosmolog$a moderna % la f$sica de part$culas" Ae &a puesto de manifiesto (ue los nombres ;materia oscura; % la ;energ$a oscura; siren principalmente como expresiones de nuestra ignorancia! casi como los primeros mapas eti(uetados como ;9erra incgnita;"2La primera persona en proporcionar pruebas e inferir la existencia del fenmeno (ue se &a llamado ;materia oscura; fue el astrof$sico sui/o .rit/ 01ic2%! del Instituto 9ecnolgico de California 4Caltec&8 en 1HCC"5?plic el teorema de irial al cmulo de galaxias Coma % obtuo pruebas de masas no isibles" 01ic2% estim la masa total del cmulo basada en los moimientos de las galaxias cerca de su borde" Cuando compar esta masa estimada con una basada en el nmero de galaxias % con el brillo total del cmulo! encontr (ue &ab$a unas 400 eces m3s masa de la esperada" La graedad de las galaxias isibles en elcmulo estar$a le)os de ser demasiado pe(ueDa para tal elocidad de rbita! con lo (ue se necesita algo adicional" #sto es conocido como el ;problema de la masa desaparecida;" ,as3ndose en estas conclusiones! 01ic2% infiri (ue tendr$a (ue &aber alguna forma de materia no isible (ue proporcionar$a suficiente masa % graedad para soportar el cmulo con)untamente"=uc&as de las pruebas de la materia oscura ienen del estudio de los moimientos de las galaxias" =uc&as de estas parecen ser bastante uniformes! con lo (ue el teorema de irial de la energ$a cin'tica total deber$a ser la mitad del total de la energ$a graitacional de enlace de las galaxias" #xperimentalmente! sin embargo! se &a &allado (ue la energ$a cin'tica total es muc&o ma%or: en particular! asumiendo (ue la masa graitacional es debida slo a la materia isible de la galaxia! las estrellas ale)adas del centro de las galaxias tienen elocidades muc&o ma%ores (ue las predic&as por el teorema de irial" La cura de rotacin gal3ctica (ue ilustra la elocidad de rotacin frente a la distancia del centro de la galaxia! no se puede explicar slo mediante la materia isible" ?sumiendo (ue la materia isible forma slo una pe(ueDa parte del cmulo es la manera m3s sencilla de tener en cuenta esto" Las galaxias muestran signos de estar compuestas principalmente de un &alo de materia oscura concentradocentralmente con una simetr$a casi esf'rica con la materia isible concentrada en un disco en el centro" Las galaxias de brillo d'bil superficial son fuentes importantes de informacin para el estudio de la materia oscura! %a (ue tienen una ba)a relacin de materia isible frente a materia oscura % tienen unas cuantas estrellas brillantes en el centro (ue daDa las obseraciones de la cura de rotacin de estrellas perif'ricas"+e acuerdo con los resultados publicados en agosto de 2005! la materia oscura se &a obserado por separado de la materia ordinaria7 F a tra's de medidas del Cmulo ,ala! realmente dos cmulos de galaxias cercanos (ue colisionaron &ace unos 160 millones de aDos"H Los inestigadores anali/aron los efectos de las lentes graitacionales para determinar la masa total de la distribucin en la pare)a % compararon con los mapas de ra%os G de gases calientes! (ue se pensaban (ue constitu$an la gran ma%or$a de la materia ordinaria en los cmulos" Los gases calientes interactuaron durante la colisin % permanecieron cerca del centro" Las galaxias indiiduales % la materia oscura no interactuaron % est3n m3s ale)adas del centro"#l +r" =%ung2oo2 Iames Iee % sus colegas anunciaron el 16 de ma%o de 2007 el descubrimiento de un anillo pe(ueDo de materia oscura de 2!5 millones de aDos lu/ de anc&o (ue enuele al CL0024+17! un gran cmulo de galaxias a unos 6"000 millones de aDos lu/"10 La obseracin de su materia oscura estaba en el camino de su efecto de lente graitacional en la lu/ (ue en$a desde detr3s del cmulo como si fue ista por la a&ora rota C3mara aan/ada para sondeos 4?CA8 del 9elescopio #spacial Hubble" Eic&ard =asse% del Caltec&! editor de un mapa de materia oscura con medio milln de Jalaxias!dice (ue este anuncio slo iene de un instrumento % (ue ;la seDal es mu% d'bil" ?lgunas personas an creen (ue no es m3s (ue un truco;" Los estudios (ue lo confirmen tendr3n (ue esperar &asta (ue el Iames agels % >rimac2 1HF2P ,ond! A/ala% % 9urner 1HF28K""LCual(uier part$cula (ue se conierta en no7relatiista mu% pronto % as$ pueda refle)arse a una distancia insignificante! es llamada materia oscura fr$a" Ha% muc&os candidatos para la materia oscura fr$a como las part$culas supersim'tricas17La materia oscura caliente consiste en part$culas (ue ia)an con elocidades relatiistas" Ae conoce un tipo de materia oscura caliente! elneutrino" Los neutrinos tienen una masa mu% pe(ueDa! no interactan a tra's de fuer/as electromagn'ticas o de la fuer/a nuclear fuerte % son por tanto! mu% dif$ciles de detectar" #sto es lo (ue les &ace atractio como materia oscura" Ain embargo! los l$mites de los neutrinosindican (ue los neutrinos ordinarios slo &ace una pe(ueDa contribucin a la densidad de materia oscura"La materia oscura caliente no puede explicar cmo las galaxias indiiduales se formaron del ,ig ,ang" La radiacin de fondo de microondasmedida por el C@,# % el ! es incre$blemente lisa! indica (ue la materia se &a agrupado en escalas mu% pe(ueDas" Las part$culas de moimiento r3pido! sin embargo! no pueden agruparse en tales pe(ueDas escalas %! de &ec&o! suprimen la agrupacin de otra materia" Lamateria oscura caliente! aun(ue ciertamente existe en nuestro -nierso en forma de neutrinos! es por tanto! la nica parte de la &istoria"+istribucin estimada de materia % energ$a oscura en el -nierso"#l =odelo de Concordancia necesita (ue! para explicar la estructura en el -nierso! es necesario inocarla materia oscura fr$a 4no7relatiista8" Las grandes masas! como los agu)eros negros del tamaDo de galaxias pueden ser descartados con las bases de los datos de las lentes graitacionales" Las posibilidades inolucrando materia barinica normal inclu%en enanas marrones o tal e/ pe(ueDos % densos peda/os de elementos pesados! como ob)etos (ue son conocidos como "#$etos de tipo halo masivos compactos %massive compact halo o#$ect& o ;=?CH@s;" Ain embargo! los estudios de la *ucleos$ntesis del ,ig ,ang&an conencido a muc&os cient$ficos de (ue la materia barinica como los =?CH@s no pueden ser m3s (ue una pe(ueDa fraccin de la materia oscura total"#n el presente! el punto de ista m3s comn es (ue la materia oscura es principalmente no7barinica! compuesta de una o m3s part$culas elementales distintas de las normales electrones! protones! neutrones % los neutrinos conocidos" Las part$culas propuestas m3s comunes son los axiones! neutrinos est'riles % s 4part$culas masias de interaccin d'bil! inclu%endo neutralinos8" *inguna de 'stas es parte delmodelo est3ndar de f$sica de part$culas! pero pueden aparecer en extensiones al modelo est3ndar" =uc&os modelos supersim'tricosocasionan naturalmente los s en forma de neutralinos" Los pesados! neutrinos est'riles existen en extensiones del modelo est3ndar (ue explica la pe(ueDa masa de los neutrinos a tra's del mecanismo del balanc$n"Las bs(uedas experimentales de estos candidatos a materia oscura &an sido lleadas a cabo % siguen adelante" #stos esfuer/os se pueden diidir en dos grandes categor$as: deteccin directa! en los (ue las part$culas de materia oscuras se obseran en un detector % la deteccin indirecta! (ue busca los productos de las ani(uilaciones de materia oscura" Los experimentos de deteccin de materia oscura &an descartado algunos modelos de % axiones" 9ambi'n &a% arios experimentos reclamando pruebas positias de la deteccin de materia oscura! como el +?=?O*aI % el #gret! pero estas est3n le)os de ser confirmadas % dif$ciles de reconciliar con los resultados negatios de otros experimentos" Marias bs(uedas de la materia oscura est3n actualmente en proceso! como la Cr%ogenic +ar2 =atter Aearc& en la =ina de Aoudan % el experimento G#*@* en Jran Aasso % muc&as nueas tecnolog$as (ue est3n en desarrollo! como el experimento ?r+="#n inestigaciones publicadas completamente en la primaera de 2005! los inestigadores del Instituto de ?stronom$a de la -niersidad de Cambridge afirman &aber calculado (ue la energ$a oscura slo ieneen cmulos ma%ores de 1"000 aDos lu/ de radio! implicando una elocidad media para las part$culas de materia oscura de H 2mOs! una densidad de 20 amuOcmQ % una temperatura de 10"000 2elins"1F>roblema de la materia oscura KeditarL#stimaciones basadas en los efectos graitacionales de la cantidad de materia presente en el -nierso sugieren! consistentemente! (ue &a% muc&a m3s materia de la (ue es posible obserar directamente" ?dem3s! la existencia de materia oscura resoler$a arias inconsistencias en la teor$a del ,ig ,ang" Ae cree (ue la ma%or$a de la masa del -nierso existe en esta forma" +eterminar cu3l es la naturale/a de la materia oscura es el llamado ;problema de la materia oscura; o ;problema de la masa desaparecida; % es uno de los m3s importantes de lacosmolog$a moderna"La cuestin de la existencia de la materia oscura puede parecer irreleante para nuestra existencia en la 9ierra pero el &ec&o de (ue exista o no afecta al destino ltimo del -nierso" Ae sabe (ue el -nierso est3 expandi'ndose! por el corrimiento al ro)o (ue presenta la lu/ de los cuerpos celestes distantes" Ai no&ubiera materia oscura! esta expansin continuar$a para siempre" Ai la actual &iptesis de la materia oscura es correcta! % dependiendo de la cantidad de materia oscura (ue &a%a! la expansin del -nierso podr$a ralenti/arse! detenerse o! incluso! inertirse 4lo (ue producir$a el fenmeno conocido como ,ig Crunc&8" La importancia de la materia oscura para el destino final del -nierso! sin embargo! se &a relatii/ado en los ltimos aDos! en (ue la existencia de una constante cosmolgica % de una energ$a oscura parece tener an ma%or importancia" Aegn las mediciones reali/adas en el 200C % en 2005 por el sat'lite ! la expansin del -nierso se est3 acelerando! % se seguir3 acelerando debido a la existencia de la energ$a oscura! aun(ue sin causar un ,ig Eip"#xplicaciones alternatias KeditarLModificaciones de la gravedad KeditarL-na explicacin alternatia a las incgnitas planteadas por la materia oscura es suponer (ue las inconsistencias obseradas son debidas a una comprensin incompleta de la Jraedad" >ara explicar las obseraciones! a grandes distancias! las fuer/as graitacionales son m3s fuertes de lo (ue nos indicar$an la mec3nica ne1toniana" >or e)emplo! esto podr$a ocurrir si asume un alor negatio a la constante cosmolgica 4el alor de la cual se cree positio en funcin de recientes obseraciones8 o si se asume la teor$a de la +in3mica ne1toniana modificada 4=@*+8!1H (ue corrige las Le%es de *e1ton para aceleraciones pe(ueDas" Ain embargo! las construccin de una teor$a =@*+ relatiista &a sido problem3tica % no est3 claro como se puede reconciliar con las medidas de lentes graitacionales enla reflexin de la lu/ alrededor de las galaxias" La principal teor$a =@*+ relatiista! propuesta por Iacob ,e2enstein en 2004 es llamada 9eMeA 49ensor7Mector7Acalar8 % resuele muc&os de los problemas de los primeros intentos" -na teor$a de graedad modificada 4=@J8 propuesta por Io&n =offat! basada en la 9eor$a Jraitacional *o7Aim'trica 4*J98! es tambi'n una alternatia a la materia oscura"@tra teor$a es la #xpansin cosmica en escala 4A#C8"20 @tra aproximacin! propuesta por ?rrigo .in/i en 1H5C % por Eobert Aanders en 1HF4! es reempla/ar el potencial graitacional por la siguiente expresin:donde ' % son par3metros a)ustables"#n cual(uier caso! tales aproximaciones tienen dificultades explicando la diferencia en el comportamiento de las distintas galaxias % clsteres! en cambio! tales discordancias pueden ser f3cilmente comprendidas asumiendo diferentes cantidades de materia oscura" Las obseraciones sobre la rotacin de las galaxias indican (ue alrededor del H0B de la masa de una galaxia no es isible % slo puede ser detectada por sus efectos graitacionales"?lexander =a%er acaba de anunciar una &iptesis basada en las inconsistencias obseradas en la sincroni/acin del sistema J>A % otras anomal$as" #n dic&a &iptesis el aumento del corrimiento &acia el ro)o obserado en galaxias le)anas % el aparente exceso de masa del unierso (ue &ace necesario dic&a materia oscura no son m3s (ue errores de medida fruto de una incorrecta formulacin de la 9eor$a de la Eelatiidad Jeneral" Aegn la nuea formulacin de ?lexander =a%erel unierso no precisa de la existencia ni de energ$a ni de materia oscura"#l problema principal con estas explicaciones alternatias es (ue no explican las anisotrop$as del fondo csmico de microondas! (ue por otro lado! s$ predicen la existencia de materia oscura no barinica"#n agosto de 2005! un estudio de colisin de cmulos de galaxias afirmaba demostrar (ue! incluso en una &iptesis de graedad modificada! la ma%or$a de la masa tiene (ue ser alguna forma de materia oscura demostrando (ue cuando la materia regular es ;barrida; de un cmulo! los efectos graitacionales de la materia oscura 4(ue se pensaba (ue no interactuaba aparte de su efecto graitacional8 permanecen"21 -n estudio afirma (ue 9eMeA puede producir el efecto obserado! pero esto contina necesitando (ue la ma%or$a de la masa est' en forma de materia oscura! posiblemente en forma de neutrinos ordinarios"22 9ambi'n la 9eor$a Jraitacional *o7Aim'trica &a afirmado (ue cualitatiamente enca)a con las obseraciones sin necesitar la extica materia oscura"2CExplicaciones de mecnica cuntica KeditarL#n otra clase de teor$as se intenta reconciliar la Jraedad con la =ec3nica cu3ntica % se obtienen correcciones a la interaccin graitacional conencional" #n teor$as escalar7tensoriales! los campos escalares como el campo de Higgs se acopla a la curatura dada a tra's del tensor de Eiemann o sus tra/as" #n muc&as de tales teor$as! el campo escalar es igual al campo de inflacin! (ue es necesario para explicar lainflacin csmica del -nierso despu's del ,ig ,ang! como el factor dominante de la (uintaesencia o energ$a oscura" -tili/ando una isin basada en el Jrupo de Eenormali/acin! =" Eeuter % H" erdida! la materia oscura aparece como un material (ue puede ser utili/ado para fabricar armas % escudos" #n el ideo)uego de rime 2: #c&oes la &istoria transcurre entre un planeta % su seme)ante creado a partir de energ$a oscura" 9anto la protagonista como algunos enemigos soncapaces de usar materia oscura como armamento" #n el ideo)uego para A*#A C&rono 9rigger! =agus tiene la ltima t'cnica denominada dar2 matter 4o en espaDol ;materia oscura;8"