No vemos todo lo que existe

Una aurora boreal en el cielo de Noruega.
Una aurora boreal en el cielo de Noruega. Deniz / Unsplash

La materia oscura existe sí o sí. Otra cosa es el exotismo de la materia oscura. La composición de nuestro universo, según el modelo más aceptado por los científicos, requiere que más del 80% de la materia, es decir, de todo aquello que tiene masa y ocupa un volumen, tiene que ser de naturaleza diferente a la que conocemos. Sin embargo, los astrofísicos y los físicos de partículas llevamos años intentando detectar directamente esta materia exótica sin mucho éxito, por lo que su existencia está empezando a ser puesta en duda. Para defender la afirmación con la que abrimos este artículo hay que empezar por explicar qué entendemos por materia oscura.

No es exactamente lo que hoy tenemos en mente los astrofísicos cuando hablamos de materia oscura, pero sí es la definición más básica: todo lo que no vemos es materia oscura. ¿Por qué no vemos algo? Según la RAE, porque carece de luz o claridad. Para contestar desde un punto de vista más científico tenemos que diseccionar la definición. Lo primero: ¿qué es ver? Y para explicar la visión hay que ir a algo más básico, un concepto de los que más gustan a los físicos y especialmente a los astrofísicos: la interacción de la luz con la materia. Y seguimos diseccionando el tema: ¿qué es la luz? El comportamiento de la luz se puede estudiar considerando que es un conjunto de partículas, los llamados fotones, viajando a 300.000 kilómetros por segundo, o es un campo eléctrico y magnético (electromagnético) que varía en el tiempo periódicamente y se transmite por el espacio a la citada velocidad. Para explicar la interacción de la materia con la luz quizás lo mejor es considerar esta como fotones. La propiedad básica de un fotón es su energía, que no depende de otra cosa nada más que de su frecuencia, que sería la velocidad a la que varía el campo electromagnético. También se suele hablar de fotones de una determinada longitud de onda, relacionada con la frecuencia y que podríamos considerar como una distancia característica de variación de la onda electromagnética.

Podemos ver una cosa con nuestros ojos básicamente porque esa cosa emite fotones o porque refleja los creados por otra cosa. La materia también puede desviar fotones ligeramente sin llegar a reflejarlos como un espejo, o puede absorberlos y hacerlos desaparecer. ¿Qué cosas emiten fotones? Pues una bombilla, el Sol, las estrellas, la Tierra misma, o Marte, tan bonito en estos días que es visible durante toda la noche, emiten fotones, ¡y nosotros!, todos emitimos fotones, ¡pero no los que vemos con nuestros ojos! La luz que vemos de los planetas y de otras personas o cosas en la Tierra son fotones reflejados, creados por el Sol o la iluminación artificial. Aquí está la otra parte del fenómeno de la visión: los fotones que nos vienen de las cosas nosotros los detectamos con nuestra retina, que es un detector de luz natural, análogo, aunque muchísimo peor, que los detectores de luz de nuestras cámaras fotográficas. La retina es peor, entre otras cosas, porque solo es sensible a fotones con energías específicas, los correspondientes a lo que se denomina rango óptico. Nuestra retina es un detector de ondas de campo electromagnético que varía del orden de 400 a 750 billones de veces por segundo (o 400-750 terahercios). Si nos llega un campo electromagnético que varía más rápido o más despacio, nuestro nervio óptico ni se entera (salvo que podemos quemar los receptores). Si nos llega muy poca luz tampoco nos enteramos, porque en realidad la retina solo detecta del orden de dos de cada 100 fotones ópticos que recibe. Solo esos producen una reacción química que se convierte en corriente eléctrica y que provoca nuestra percepción visual.

Si nos restringimos a lo que nuestro ojo ve, la realidad solo serían aquellas cosas que emiten o reflejan fotones en el rango óptico, que abarca todo el conocido arcoíris, del violeta hasta el rojo, con cada color correspondiente a un estrecho rango de frecuencias

Por tanto, si nos restringimos a lo que nuestro ojo ve, la realidad solo serían aquellas cosas que emiten o reflejan fotones en el rango óptico, que abarca todo el conocido arcoíris, del violeta hasta el rojo, con cada color correspondiente a un estrecho rango de frecuencias. Además, esa realidad estaría limitada a lo que tiene un brillo suficiente como para que los fotones que llegan a nuestra retina provoquen la excitación de nuestros receptores. Así que muchas cosas muy cotidianas serían materia oscura. Empezando por el aire de la atmósfera porque no lo vemos, es transparente para nuestro ojo, no nos llegan (normalmente) fotones ópticos de él. Los virus serían también materia oscura, tampoco los vemos. Pero el aire existe e incluso podemos percibirlo cuando el efecto de las turbulencias de la atmósfera se deja notar en la trayectoria de los fotones en un día caluroso sobre el asfalto o cuando vemos titilar las estrellas por el efecto del seeing, que ya explicamos en otro artículo. También podemos verlo, al menos una componente del aire, gracias al fenómeno de las auroras boreales, cuando el oxígeno del aire emite luz en el óptico, en el color rojo o, más comúnmente, verde, o el nitrógeno emite luz azul.

En cuanto a los virus, podemos hacer imágenes de ellos con microscopios electrónicos y ver ampliaciones en una pantalla de ordenador, pero no los vemos en sí, los fotones ópticos no interaccionan con los virus, podríamos decir que tienen escalas diferentes en el sentido de que la llamada longitud de onda de los fotones ópticos, que abarca desde 400 a 750 milmillonésima de metro, es más grande que el tamaño de los virus, que es del orden unas 10 milmillonésimas de metro. Es como intentar darle a una mosca con una raqueta de tenis. En realidad las imágenes de los virus se hacen con haces de electrones, no de fotones, creados por un emisor y que, tras interaccionar con los átomos del virus, nos ayudan a recomponer su estructura y representarla en una imagen digital que sí podemos visualizar.

Las imágenes de los virus se hacen con haces de electrones, no de fotones, creados por un emisor y que, tras interaccionar con los átomos del virus, nos ayudan a recomponer su estructura y representarla en una imagen digital

Así que incluso en la Tierra hay un montón de materia oscura según nuestra definición básica y muy errónea desde el punto de vista astrofísico. Ciertamente hay formas de ver materia que no pasan por detectar fotones ópticos sin más, incluso hay formas de saber de la existencia de materia sin necesidad de la luz. Lamentablemente ahora mismo la mayor parte de la información del universo la debemos obtener a través de fotones, no podemos usar ni haces de electrones ni tampoco tenemos telescopios de ondas gravitatorias suficientemente potentes. En los siguientes artículos hablaremos de materia en el universo que solo vemos a través de fotones a los que nuestro ojo no es sensible. Pero… ¿hay materia que ni emite ni refleja la luz, que pasa de ella completamente?

Pablo G. Pérez González es investigador del Centro de Astrobiología, dependiente del Consejo Superior de Investigaciones Científicas y del Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (CAB/CSIC-INTA)

Patricia Sánchez Blázquez es profesora titular en la Universidad Complutense de Madrid (UCM)

Vacío Cósmico es una sección en la que se presenta nuestro conocimiento sobre el universo de una forma cualitativa y cuantitativa. Se pretende explicar la importancia de entender el cosmos no solo desde el punto de vista científico sino también filosófico, social y económico. El nombre “vacío cósmico” hace referencia al hecho de que el universo es y está, en su mayor parte, vacío, con menos de 1 átomo por metro cúbico, a pesar de que en nuestro entorno, paradójicamente, hay quintillones de átomos por metro cúbico, lo que invita a una reflexión sobre nuestra existencia y la presencia de vida en el universo.

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