Pasar al contenido principal
El "fantasma" del universo: qué es y por qué los científicos intentan capturarlo
Lunes, Marzo 28, 2016 - 10:11

La materia oscura, como un fantasma en el universo, no emite ni refleja una radiación electromagnética suficiente para ser observada de manera directa, y es uno de los grandes misterios de la ciencia moderna.

Los cazadores buscan en la oscuridad del universo sin saber cómo luce su presa ni cuándo ni dónde podría aparecer.

Sus mejores claves están ocultas en las cadenas de figuras y diagramas que entran en sus computadoras ubicadas en un edificio blanco que pasa desapercibido en el Observatorio de la Montaña Púrpura en el centro de Nanjing, capital de la provincia de Jiangsu, este de China. Las computadoras están recibiendo datos del Explorador de Partículas de Materia Oscura (DAMPE, por sus siglas en inglés), a 500 kilómetros de distancia en el espacio.

El científico que encabeza el programa DAMPE de China, Chang Jin, describe a la búsqueda de la masa desaparecida del universo al decir que "debe estar allí. Pero no sabemos si seremos lo suficientemente afortunados para atraparla o incluso para saber si se trata de un oso o de un conejo".

Los científicos creen que sólo cerca de 5% de la energía oscura del universo conocido está constituido de materia ordinaria --fotones, neutrones y electrones-- y que la materia y energía oscuras constituyen el resto.

La materia oscura, como un fantasma en el universo, no emite ni refleja una radiación electromagnética suficiente para ser observada de manera directa, y es uno de los grandes misterios de la ciencia moderna.

La materia oscura, una teoría de los científicos incapaces de entender la masa desaparecida y la luz extrañamente curvada de las galaxias lejanas, es aceptada ampliamente en la comunidad de físicos a pesar de que su existencia nunca ha sido demostrada de forma concreta.

Por lo tanto, comprender la materia oscura nos daría una idea más clara sobre el pasado y futuro de las galaxias y del universo y sería revolucionario para las áreas de la física y de la ciencia espacial, dice Chang.

El universo oculta bien sus secretos y los cazadores necesitan una buena "espada".

Los científicos comparan al DAMPE, llamado "Wukong" o "Rey Mono", con una espada que se mueve para alcanzar los restos dejados por el "fantasma" del universo usando el espectro de observación más amplio y el equipo de resolución de energía más alto de cualquier investigación en el mundo.

El satélite fue puesto con éxito en órbita el 17 de diciembre de 2015. Desde el lanzamiento, a Chang le preocupa a diario que sus 76.000 detectores pequeños funcionen apropiadamente, que los datos sean confiables y que la capacidad de almacenaje y de cálculo de la computadora sean suficientes.

DAMPE cuesta apenas una séptima parte del Telescopio Espacial FERMI de la NASA y una veinteava parte del detector de partículas AMS-02 a bordo de la Estación Espacial Internacional.

VISLUMBRAR AL "FANTASMA"

Cuando Chang empezó a trabajar en el Observatorio de la Montaña Púrpura en 1992, optó por especializarse en la observación de electrones de alta energía y en rayos gama porque ningún científico lo había hecho antes.

Sin embargo, eso requería equipo costoso que China no podía costear en la década de los 90. Así que Chang desarrolló un método nuevo y más barato para observar los electrones de alta energía y los rayos gama.

El investigador chino convenció a científicos estadounidenses de que incluyeran su método de observación en el programa ATIC, que liberó un instrumento transportado en un globo sobre la Antártida para medir la energía y la composición de los rayos cósmicos de fines del 2000 a principios del 2001.

El análisis de los datos reveló un excedente inesperado de electrones de alta energía que no podía ser explicado con el modelo estándar del origen de los rayos cósmicos, en el cual los electrones son acelerados en fuentes como restos de supernovas y después propagados a través de la galaxia.

Chang cree que el excedente posiblemente es resultado de la aniquilación de la materia oscura.

En los años siguientes, Chang y sus compañeros mejoraron su equipo y método, y realizaron otras tres observaciones sobre la Antártida.

Chang dedicó cerca de una década al análisis de los datos. Su esposa recuerda cómo entraba casi en trance cuando estaba en casa mientras murmuraba números extraños. Cuando le surgía una idea nueva, corría al laboratorio para escribir un programa para hacer el cálculo.

¿El excedente de los electrones de alta energía eran resultado de la aniquilación de la materia oscura? Los datos de ATIC no podían excluir la interferencia de otros cuerpos celestes. Como el globo está dentro de la atmósfera, las partículas de alta energía chocarían con la atmósfera y causarían bastante "ruido". Chang estaba convencido de que era necesario enviar una sonda al espacio para hacer una observación más clara.

En 2002, Chang solicitó por primera vez una aplicación para el desarrollo de una sonda espacial de materia oscura, pero no recibió respuesta. Lo intentó de nuevo en 2003 y de nuevo fracasó.

Durante esos años, Chang y su equipo participaron en el desarrollo de cargas científicas en la nave espacial china "Shenzhou" y en las sondas lunares Chang'e y ganaron muchos honores.

El científico siempre perseveró en su búsqueda solitaria de la materia oscura. Llevó a cabo innumerables cálculos y experimentos y modernizó tecnologías detalladas.

En 2008, Chang publicó como primer autor un artículo en la prestigiosa revista "Nature". En él presentó el descubrimiento del excedente anormal de electrones de alta energía. El descubrimiento fue considerado como uno de los avances de investigación importantes de la física ese año.

Los expertos dicen que de ser confirmada, la observación sería la primera evidencia de aniquilación de partículas de materia oscura descubierta por la humanidad. El hallazgo generó fervor a nivel mundial para detectar materia oscura.

En 2011, China inauguró un programa para desarrollar una serie de satélites científicos, incluido el DAMPE. El sueño de Chang se estaba haciendo realidad.

PROBANDO LA ESPADA

Desde que el explorador DAMPE fue puesto en órbita, los científicos han estado calibrando el satélite con el fin de producir datos más precisos.

"Ahora la carga parece perfecta, pero es insuficiente. Si la calibración resulta bien, las señales que buscamos surgirán de los datos", afirma Chang.

Wukong está enviando cerca de 20 gigavatios de datos al día. El diseñador del subsistema avanzado de procesamiento de datos DAMPE, Zang Jingjing, dice que todos los datos serán analizados por una computadora especial equipada con 128 CPUs con 10 núcleos.

"Una vez que sean calibrados, los detectores recabarán más datos útiles y eliminarán el ruido en las señales. Eso ahorrará bastante tiempo", dijo Zang.

"La precisión para detectar la dirección de las partículas que se aproximen puede ser de un centésimo del grosor de un cabello", ilustró Zang. "Eso indicará de dónde provienen las partículas. Si son de la materia oscura sabremos la ubicación de la misma".

La muestra del prototipo de las cargas de DAMPE ha sido llevada a CERN, la Organización Europea para Investigación Nuclear, en tres ocasiones para la calibración de rayos, la prueba de una buena "espada".

MARCANDO EL CAMINO

Fan Yizhong de 38 años de edad es el subjefe de diseño del sistema de aplicación científica de DAMPE. Él y su equipo son responsables de analizar las señales detectadas por DAMPE e identificar si son de materia oscura o de otro fenómeno astronómico interesante.

Cuando presentó la solicitud para un empleo en el observatorio en 2010 se le pidió que se incorporara a la investigación de la materia oscura porque el programa DAMPE estaba bajo deliberación.

Desde entonces ha estado obsesionado con la materia oscura. "Realmente es misteriosa. Lo que me atrae más es que no sabemos prácticamente nada de ella", comenta Fan.

El investigador está convencido de que el satélite puede hacer algunos hallazgos emocionantes ya sea sobre la materia oscura o sobre otro fenómeno astronómico, lo que conducirá finalmente a atrapar al fantasma del universo.

Autores

Xinhua