Nadie ha descubierto la materia oscura y la energía oscura, pero hay muchas evidencias de su existencia (ha habido algunos documentos que afirman la observación de una señal de aniquilación de materia oscura). Actualmente, la comunidad científica no sabe si su presencia se debe a una partícula o a una nueva física que surge en estas escalas. Así que presento algunas de las evidencias de observación que conducen a la aceptación del modelo actual del Universo con materia oscura y energía oscura.
- La evidencia principal de la materia oscura provino de las observaciones del grupo Coma por Fritz Zwicky en la década de 1930. Un cúmulo es una región densa del Universo que alberga una gran cantidad de galaxias (100-1000 de ellas). Con la ayuda de la dispersión de velocidad de las galaxias en el cúmulo y usando el teorema virial, se puede estimar cuál debería ser la masa contenida dentro del cúmulo. Otra forma de estimar la masa es usar la materia visible en las galaxias, es decir, las estrellas. Zwicky observó que hay una discrepancia entre ellos. Por lo tanto, se vio que la masa requerida para mantener unido el grupo era más de cien veces mayor que la masa del grupo observado. En realidad, esto no llevó a la comunidad científica a ponerse de acuerdo sobre el hecho de que hay una parte de la materia que no es visible.
- El mayor desarrollo fue cuando Vera Rubin publicó sus datos sobre curvas de rotación de galaxias espirales a principios de la década de 1970. Si se observa cualquiera de las curvas de rotación de la galaxia al observar las estrellas y la línea de hidrógeno de 21 cm, las líneas aparecen casi planas incluso a grandes distancias desde el centro de la galaxia. Esto no augura nada bueno con la curva teórica. Según las leyes de Newton, cuando se aleja del centro galáctico, la velocidad de rotación del objeto es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de la distancia desde el centro. Esto lleva a la conclusión lógica de que hay más materia presente no solo en los cúmulos de galaxias, sino en todas las galaxias. Esto significa que las galaxias están incrustadas en grandes estructuras de materia invisible, que están más extendidas que las galaxias mismas, llamadas halo de materia oscura.
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- Otra fuerte evidencia de la materia oscura proviene de las observaciones del cúmulo Bullet, que consiste en dos cúmulos colisionantes. Se observó que la mayor parte de la luz visible, es decir, las estrellas, no se vieron muy afectadas por la colisión. Pasaron sin mucha desviación. El gas caliente que interactuaba electromagnéticamente se dejó en el centro, visto en los mapas de rayos X. Usando lentes gravitacionales, es posible crear un mapa de densidad de masa de la región. Entonces, si la mayor parte de la materia bariónica o el gas caliente se dejaran en el centro, el mapa de lentes sería más fuerte en el centro, pero la lente es más fuerte en las regiones de los cúmulos de galaxias. Esto elimina la mayoría de las soluciones de Dinámica Newtoniana Modificada (MOND), ya que tales teorías seguirían naturalmente la materia bariónica. Hay nuevas teorías como la gravedad emergente que esperan eliminar la necesidad de halos de materia oscura.
- Otra evidencia de la presencia de materia oscura proviene de las observaciones del fondo cósmico de microondas (CMB). Para que esto tenga más sentido, uno debe estar familiarizado con la teoría de la formación de estructuras cósmicas. Ahora, si nos fijamos en uno de los mapas CMB de los documentos de colaboración de PLANCK, la diferencia de temperatura por minuto entre las regiones oscila entre [matemática] \ sim -500 \ mu K – 500 \ mu K [/ matemática]. Esto representa la fuerza de las fluctuaciones de densidad cuando se lanzó el CMB. El crecimiento de estas fluctuaciones en las estructuras (> [matemáticas] 10 ^ 2 [/ matemáticas]) que vemos hoy no puede interpretarse por el crecimiento de las fluctuaciones de densidad bariónica por sí solo. Los picos de la Oscilación Acústica de Baryon (BAO) se pueden usar para estimar la cantidad de materia oscura presente.
Energía oscura
- Estudios de supernova: el equipo de búsqueda de supernova de High-z y el proyecto de cosmología de supernova ganaron el Premio Nobel de Física por el descubrimiento de la expansión acelerada del universo. Se encontró que la distancia de luminosidad medida a las supernovas Tipo 1a (que son velas estándar) es consistente con un universo acelerado. O las supernovas observadas en galaxias distantes se ven más débiles de lo esperado, incluso para un universo vacío, lo que indica que el universo se está acelerando. Esta aceleración ahora se explica con la hipótesis de la energía oscura, que suministra la energía necesaria requerida para la expansión acelerada.
- CMB: el primer pico acústico en el CMB indica que el universo está cerca de plano. Pero otras evidencias observacionales (proporción de bariones y materia total en Galaxy Clusters, efecto Kaiser) indican que la densidad de materia ([matemáticas] \ Omega_m [/ matemáticas]) es [matemáticas] \ sim [/ matemáticas] 0.3 con el resto de en energía oscura
- Efecto Sachs-Wolfe integrado en los últimos tiempos: cuando los fotones CMB cruzan regiones colapsadas, ganan energía cayendo en el potencial y pierden energía al salir. Si la profundidad sigue siendo la misma, no habrá pérdida de energía. Pero debido a la expansión acelerada, las regiones sobredensas (grupos) tienen fotones más energéticos (más calientes) mientras que los subdensos (vacíos) tienen fotones menos energéticos (más fríos) que nos alcanzan. A partir de los estudios de galaxias, es posible encontrar dónde deberían estar estos puntos fríos y calientes en el CMB y se pueden usar para restringir la cantidad de energía oscura presente en el Universo.
