El Universo Invisible

En las navidades del año pasado falleció la astrónoma estadounidense Vera Rubin a la edad de 88 años. Sus trabajos han sido capitales para que hoy en día se asuma que la mayoría de la masa del Universo nos sea invisible.

Algunas pasiones empiezan a edad temprana. De niña, Vera Rubin se fabricó su primer telescopio de cartón con la ayuda de su padre. Sus padres eran inmigrantes judíos de Besarabia por parte de madre y de Lituania por parte de padre. Cuando terminó de estudiar la carrera de astronomía en el Vasar College en 1948, Vera Rubin quiso matricularse en la Universidad de Princeton, pero no le fue posible porque no ha estado permitido la matriculación de mujeres hasta 1975. Al final, hizo el doctorado en la Universidad de Georgetown a la vez que crió a sus cuatro hijos. «A día de hoy ¡no se sabe en qué consiste la materia oscura»

Ya en su tesis demostró originalidad, proponiendo que las galaxias estaban juntas en racimos y no distribuidas al azar. Lo que le interesaba era entender el movimiento propio de las galaxias, es decir el flujo galáctico que no es fruto exclusivamente de la expansión del Universo. Su trabajo no fue ni bien recibido ni aceptado en revistas astronómicas importantes. Sin embargo, décadas después, sus ideas fueron confirmadas.

Fue la primera mujer que obtuvo autorización para observar en el importante observatorio al sur de California, el Observatorio Palomar. Antes de esto, las mujeres no tenían permiso para acceder con facilidad. Al ver que no había baño para mujeres ahí, añadió una falda de papel a uno de los monigotes en la puerta.

A finales de los sesenta y principios de los setenta junto con Kent Ford estudió la galaxia vecina Andrómeda. En particular, estudiaron las velocidades orbitales de las estrellas en función de su distancia al centro de la galaxia. Según las leyes de Kepler, cuanto más lejos está un objeto de la masa central más despacio órbita. Esto no cambia aunque uno se vaya del marco teórico de Newton al marco de Einstein.

La sorpresa que se encontraron Rubin y Ford es que los objetos que estaban lejos y cerca del centro se movían aproximadamente a la misma velocidad, contradiciendo aparentemente las leyes conocidas.«O las leyes de Newton son erróneas o más del 50% de la masa de la galaxia es invisible»

¿A lo mejor había algo raro y particular en M31, otro nombre por el que se conoce a la galaxia Andrómeda?

Sin embargo, el estudio de docenas de otras galaxias daba los mismos resultados. Esto implicaba que o bien las leyes de Newton son erróneas, o bien que más del 50% de la masa de la galaxia es invisible y se encontraba en el halo de la galaxia.

Los resultados de Rubin fueron recibidos con mucho escepticismo, pero la insistencia de Rubin y el tiempo le han dado la razón. Una vez tomados en serio estos resultados, se ha comprobado que otros astrofísicos habían hecho propuestas similares a la de Rubin y se habían referido a la materia oscura. El astrónomo holandés Jan Hendrik Oort y el astrónomo suizo Fritz Zwicky habían introducido de manera independiente ese concepto para explicar ciertos fenómenos galácticos. Pero fueron los extensos trabajos de Rubin y de su colaborador lo que obligó a la comunidad a tomarse en serio la cuestión.

De hecho, hoy en día, la llamada materia oscura es parte fundamental del modelo estándar de cosmología. Se asume que aproximadamente hay 5 veces más materia oscura que materia ordinaria. Con “materia ordinaria” nos referimos a las partículas que se conocen. Y a día de hoy ¡no se sabe en qué consiste la materia oscura! Se conocen algunas propiedades que tiene que tener, a parte de ser invisible, pero sigue siendo una incógnita saber exactamente qué tipo de partícula es.

Sin embargo, por múltiples observaciones y especialmente por los trabajos de Rubin, en la comunidad astrofísica estamos convencido de su existencia y de que es una cuestión de tiempo averiguar en qué consiste exactamente.

La materia oscura no se necesita solamente para explicar los trabajos de Rubin. También se asume para poder explicar diferentes fenómenos relacionados con la desviación de luz por campos gravitatorios.

La idea central de porqué se piensa que hay materia oscura es porque muchos fenómenos sólo tienen explicación si en cierta región del espacio existe materia que crea un campo gravitatorio. El único ¨problema¨ es que, excepto por sus efectos gravitatorios, esa materia no se puede observar. Por ejemplo, se observa que la luz de una galaxia lejana se desvía o se distorsiona, y se piensa que es por el efecto de la masa que hay entre la galaxia y nosotros. Este fenómeno de la desviación está muy bien entendido. En algunos casos lo observado, sólo se puede entender postulando la existencia de materia oscura.

Un minoría de científicos propone teorías alternativas que modifican las leyes de Newton de diferentes formas. Una de las más populares es la teoría MOND (Dinámica Newtoniana Modificada), pero ha quedado descartada como explicación de los resultados de Rubin. Ella misma se mostró decepcionada por ese hecho, ya que le gustaba más la idea de modificar las leyes de Newton que la idea de tener el Universo lleno de una materia que no se sabe exactamente qué es.

Antecedentes históricos hay para las dos cosas. El planeta Neptuno, por ejemplo, fue descubierto porque las órbitas de Urano, Saturno y Júpiter no encajaban con los cálculos según las leyes de Kepler. Adams y Le Verrier, de manera independiente, postularon la posición de un hipotético planeta que al final fue encontrado y que hoy conocemos como Neptuno. Se encontró pues la existencia de una masa, antes de haber sido observada, por los efectos gravitatorios que tenía que producir. La diferencia con la materia oscura es que Neptuno está formado por materia ordinaria, mientras que la materia oscura, si existe, tiene que estar formada por una materia hasta ahora desconocida.

Por otra parte, el perihelio de Mercurio fue durante mucho tiempo una incógnita. El perihelio es el punto más cercano al Sol de la órbita de un cuerpo celeste. Las distancias de la órbita de Mercurio no encajaban y para explicarlo se postuló la existencia de un planeta, llamado Vulcano que sin embargo, nunca fue encontrado.

Las modificaciones de las leyes de Newton tampoco tuvieron éxito para explicar este fenómeno, que no se entendió hasta que se descubrió la relatividad general.

Solamente se pudo explicar satisfactoriamente la distancia exacta del perihelio de Mercurio con la nueva teoría de Einstein. De hecho, Einstein era consciente de esa conocida anomalía. Una vez establecida las bases de la relatividad general, hizo los cálculos y comprobó que con su nueva teoría se obtenía el resultado correcto. Esta observación le produjo un estado de euforia que no lo permitió dormir durante varias noches.

Actualmente, por mucho que a la teoría actual del cosmos se le llame ¨estándar¨, está claro que hay algo profundo que se desconoce. Ya sea una materia hasta ahora desconocida o lo que sería más revolucionario aún, la necesidad de una nueva teoría.

De ahí podemos valorar la magnitud de la contribución de Vera Rubin, cuyos trabajos nos han enfrentado con este problema. De hecho, antes de su reciente muerte, varias científicas y científicos hicieron campaña para que Rubin obtuviese el premio nobel. Algunos atribuyen su no nominación al hecho de que fuese mujer. Es un hecho que solamente dos mujeres, Marie Skłodowska-Curie y Maria Goeppert-Mayer, han recibido hasta ahora el premio nobel de física.

En cualquier caso, lo que es evidente es que a lo largo de su vida Rubin se tuvo que sobreponer a diferentes obstáculos debido exclusivamente a su género. También es evidente que sus trabajos han sido cruciales como mínimo para poner sobre la mesa una gran incógnita sobre nuestro Universo, hasta ahora no resuelta. Vera Rubin siempre afirmó que para ella el mayor premio era que se utilizasen sus datos y sus trabajos. Ese premio no hay quien se lo quite.