Materia oscura: la masa invisible
En 1970, Vera Rubin y Kent Ford midieron cuán rápido gira Andrómeda y encontraron algo imposible: las afueras giran tan rápido como el centro. Aquí tienes el mismo problema. Ajusta la masa visible y verás que no alcanza; añade un halo de materia oscura hasta que el modelo calce con los datos. Es el mismo ejercicio que convenció a la astronomía de que la mayor parte del universo no brilla.
Los puntos "observados" son sintéticos, modelados sobre galaxias reales como NGC 3198: velocidades planas de ~170 km/s hasta mucho más allá del disco luminoso. Dos honestidades: la materia oscura domina aún más lejos de lo que muestra este gráfico (el halo sigue creciendo), y existe una alternativa minoritaria (MOND, una gravedad modificada) que también aplana curvas — aunque no explica igual de bien los cúmulos ni el fondo cósmico.
La masa que no brilla
El problema de Rubin. Si casi toda la masa estuviera en las estrellas que vemos, las afueras de una galaxia deberían girar cada vez más lento, como los planetas lejanos del Sol: es la ley de Kepler, v² = GM/r. Vera Rubin y Kent Ford midieron Andrómeda en 1970 — y luego decenas de espirales más — y las curvas salían planas: las estrellas del borde corren tan rápido como las del centro. O la gravedad estaba mal, o había mucha más masa de la que brillaba.
La solución incómoda. Para mantener plana la curva hace falta que la masa encerrada crezca con el radio, M(r) ∝ r, mucho después de que las estrellas se acaban. Esa masa extra no emite luz, ni radio, ni rayos X: solo gravita. Los recuentos actuales dan unas cinco veces más materia oscura que ordinaria en el universo. Cada galaxia espiral vive dentro de un halo invisible unas diez veces más extenso que su disco de estrellas.
Qué puede ser — y qué no. No es gas (brillaría en rayos X), no es polvo (bloquearía la luz), no son estrellas fallidas en cantidad suficiente (los microlentes lo descartaron). Los candidatos favoritos son partículas nuevas — WIMPs, axiones — que atraviesan la materia ordinaria sin apenas tocarla. Detectores bajo tierra, aceleradores y telescopios las buscan desde hace décadas: aún nada. Es uno de los grandes problemas abiertos de la física.
Chile busca en la oscuridad. El Observatorio Vera C. Rubin, en el cerro Pachón, fotografía el cielo austral completo cada pocas noches: su censo de miles de millones de galaxias — cómo se agrupan y cómo sus imágenes se deforman por lentes gravitacionales — es el mapa más ambicioso jamás intentado de la materia oscura. La astrónoma que dio nombre al problema da nombre también al telescopio que, desde Chile, intenta resolverlo.