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La expansión del Universo
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El futuro del Universo
El futuro de las estrellas, galaxias y cúmulos
La evaporación de los agujeros negros
La desaparición de la materia
La posibilidad de un Big Crunch

 

 

 

 

Hubble_ultra_deep_field

El campo ultra profundo de Hubble, una imagen de una pequeña porción del cielo en la constelación Fornax (el horno), tomada por el telescopio espacial Hubble del 3 de septiembre de 2003 al 16 de julio de 2004. Se eligió la porción de cielo, ya que posee pocas estrellas brillantes cercanas. Crédito: NASA and the European Space Agency.

 

La materia oscura en las galaxias

Desde los años treinta, ciertas observaciones mostraron que la materia visible hecha de estrellas, gas y polvo, representa sólo una pequeña fracción de la masa presente en las galaxias, así pues, el Universo.

La curva de rotación de las galaxias espirales

La manifestación más aparente de la presencia de una masa oculta se produce cuando se estudia la distribución de la materia en el seno de una galaxia espiral. Existe, en efecto, un medio relativamente simple de conocer la distribución de masa en tal galaxia. Consiste en estudiar cuidadosamente el movimiento de las estrellas y del gas en su seno.

Recordemos que en el sistema solar los planetas se desplazan obedeciendo las leyes de Kepler. En particular, la velocidad de un planeta sobre su órbita es inversamente proporcional a su distancia al centro, un resultado que es verdadero en todo sistema dominado por un cuerpo central como el Sol. Este principio puede generalizarse a cualquier conjunto, en particular a una galaxia espiral. La forma en la que la velocidad de las estrellas y del gas varía con la distancia al centro —la curva de rotación— puede permitirnos determinar la distribución de la masa en el interior de esta galaxia.

Los astrónomos pensaban saber a qué atenerse cuando comenzaron a aplicar este método. La velocidad de las estrellas y del gas debía ser escasa en el centro y aumentar con la distancia. Aparte de la galaxia, la curva de rotación debía invertirse y caer la velocidad. En efecto, el gas fuera de la galaxia puede ser considerado como en órbita alrededor de un cuerpo central y debería, pues, seguir una ley similar a la que rige la velocidad de los planetas del sistema solar.

 

GalacticRotation.jpg

 

Curva de rotación de una galaxia espiral: se predice (A) y se observa (B). La discrepancia entre las curvas se produce al tener en cuenta un componente de materia oscura en la galaxia.

 

Curvas planas

La dificultad de observación principal residía en el hecho de que la cantidad de materia fuera de los límites visibles de una galaxia es muy escasa. Se trata, sobre todo, de gas hidrógeno que se extiende dos o tres veces más lejos que los límites visibles de la galaxia. Para poder estudiar este gas, fue necesario recurrir, como en el caso del hidrógeno interestelar, a observaciones en las ondas de radio a una longitud de onda de 21 centímetros. Comenzaron observaciones con ayuda de potentes radiotelescopios y se publicaron los primeros resultados al final de los años setenta.

Los resultados fueron sorprendentes. Las curvas de rotación no caían fuera de las galaxias, sino quedaban obstinadamente planas. La velocidad del gas seguía siendo constante en vez de disminuir. Esto implicaba que la materia de las galaxias se extendía mucho más allá de los límites visibles. Cada galaxia debía rodearse de un halo de materia invisible, cuya masa debía ser muchas veces superior a la de la parte visible.

Estos resultados ponían en evidencia que lo esencial de la masa de las galaxias, así pues, de la materia del Universo, nos es invisible, de ahí el nombre de materia oscura.

Estas observaciones eran sólo una confirmación para todas las galaxias de una anomalía ya detectada en 1932 por el astrónomo neerlandés Jan Oort. Éste había observado que el movimiento de las estrellas en la cercanía de nuestra Vía láctea era más rápido que lo previsto, y había, pues, sugerido la presencia de una gran cantidad de materia invisible en la Galaxia.

El caso de las galaxias elípticas

Las galaxias espirales no son las únicas en sumergirse en un halo invisible. Así como las galaxias elípticas no presentan rotación global, el método aquí arriba no se aplica. Es, sin embargo, posible apoyarse en el movimiento aleatorio de las estrellas en su seno.

Estos movimientos aleatorios nos proporcionan un medio de determinar la distribución de masa en general. Por ejemplo, cuanto más masiva es una galaxia elíptica, más potente es su fuerza de gravedad; así pues, las estrellas deben moverse rápidamente para no caer hacia el centro. De manera más general, el estudio de la agitación estelar en función de la distancia al centro nos permite calcular la distribución de materia.

Este método ha sido aplicado a varias galaxias elípticas y ha mostrado que la materia se agitaba incluso más allá de sus límites visibles, lo que confirma la existencia de un halo masivo de materia oscura alrededor de este tipo de galaxias.

¿Si la materia oscura está presente alrededor de las galaxias, qué es del espacio intergaláctico?

 

 

ASTRONOMÍA Y ASTROFÍSICA - ANTONIO HERAS - SON FERRER (CALVIÁ)

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