¿Es cierto que sabemos que la materia oscura existe solo por sus efectos gravitacionales?

Es cierto, aparte de algunas sugerencias posibles de experimentos de detección de materia oscura directa e indirecta. Sin embargo, entendemos la fuerza de la gravedad extremadamente bien a través de la relatividad general, y la materia oscura se introduce sin problemas significativos.

Puede medir la densidad de materia bariónica (no oscura) del universo en una variedad de formas muy diferentes, y luego comparar eso con la densidad de materia de materia total (oscura + no oscura), que también se puede obtener en múltiples diferentes formas. Puede encontrar una lista exhaustiva de mediciones de densidad de materia bariónica aquí [1], pero permítame resumir los métodos y una estimación no técnica de la densidad de materia general no oscura (calculada por mí):

1. Abundancia de helio-4 de galaxias enanas compactas azules – 3.8%
2. Abundancia de helio-3 en la Vía Láctea – 4.5%
3. Abundancia de litio-7 – 3.3%
4. Abundancia de deuterio primordial basada en cuásares – 4.5%
5. Espectro de energía de fondo cósmico de microondas: 4.9%

Incluyendo los errores, todos son consistentes entre sí, a pesar de ser medidas muy, muy diferentes.

También puede hacer lo mismo para la densidad de materia total, y le daré los aspectos más destacados [2]:

1. Supernovas de tipo Ia con y sin espectro de potencia de fondo de microondas cósmico: 28% y 32%
2. Relación masa-luz de los grupos de galaxias: 19% y 16%
3. Velocidad peculiar de galaxias y cúmulos: 34%

Tenga en cuenta que algunas de estas son mediciones muy difíciles, y algunas tienen grandes incertidumbres, pero puede ver un resumen de los resultados en la fuente que cité, y el panorama general es bastante claro: la densidad de materia total es aproximadamente del 30%.

Cuando obtienes experimentos radicalmente diferentes que te dicen lo mismo (~ 5% de la densidad de energía es materia regular, ~ 30% es para todo tipo de materia), es un muy buen caso para postular que el marco teórico para todo funciona, pero es solo que hay algo que no sabes.

Por supuesto, puede llegar a nuevos modelos que digan que hay una nueva fuerza, o que la relatividad general está mal, pero todo lo que se le ocurra tiene que satisfacer simultáneamente todas nuestras mediciones, que son consistentes entre sí asumiendo nuestra comprensión actual de física, siendo de alguna manera más persuasiva que el argumento de la materia oscura. Es casi imposible, de verdad.

[1] Los parámetros dinámicos del universo
[2] Página en cds.cern.ch

Hay algunos indicadores de su existencia (ver: materia oscura en Wikipedia), pero entiendo que nadie sabe realmente qué es y el término materia oscura es más una descripción del problema, en lugar de una solución precisa.

Todo lo que saben los científicos es que hay una carga de más materia en el universo de lo que es observable, por lo que ‘algo’ debe estar allí.

De la NASA: Energía Oscura, Materia Oscura

Estamos mucho más seguros de lo que no es la materia oscura que de lo que es. Primero, está oscuro, lo que significa que no tenemos la forma de estrellas y planetas que vemos. Las observaciones muestran que hay muy poca materia visible en el Universo para constituir el 27% requerido por las observaciones. Segundo, no tiene la forma de nubes oscuras de materia normal, materia compuesta de partículas llamadas bariones. Sabemos esto porque podríamos detectar nubes bariónicas por su absorción de la radiación que pasa a través de ellas. Tercero, la materia oscura no es antimateria, porque no vemos los rayos gamma únicos que se producen cuando la antimateria se aniquila con la materia. Finalmente, podemos descartar grandes agujeros negros del tamaño de una galaxia en función de la cantidad de lentes gravitacionales que vemos. Las altas concentraciones de materia doblan la luz que pasa cerca de ellos desde objetos más alejados, pero no vemos suficientes eventos de lentes para sugerir que dichos objetos constituyan la contribución requerida de 25% de materia oscura.

Sin embargo, en este punto, todavía hay algunas posibilidades de materia oscura que son viables. La materia bariónica aún podría formar la materia oscura si estuviera todo atado en enanas marrones o en pequeños y densos trozos de elementos pesados. Estas posibilidades se conocen como objetos de halo compactos masivos, o ” MACHO “. Pero la opinión más común es que la materia oscura no es bariónica en absoluto, sino que está formada por otras partículas más exóticas como axiones o WIMPS (partículas masivas que interactúan débilmente)

Solo hay una forma de obtener información sobre el mundo y es a través de interacciones electromagnéticas. Usando esas observaciones podemos deducir otros entendimientos.

Entendemos que hay más “cosas” en las galaxias que no interactúan con el electromagnetismo (materia oscura) porque deducimos que si no hubiera más cosas, las galaxias simplemente volarían en pedazos dadas sus velocidades orbitales.

Deducimos que estas cosas deben tener masa deformando el espacio-tiempo de tal manera que las galaxias permanezcan juntas. Este es el enfoque más directo.

Deducir una fuerza fundamental completamente nueva que opera sobre distancias galácticas es mucho menos plausible que proponer que hay algún tipo de materia “oscura” que no interactúa con el electromagnetismo o que interactúa muy débilmente.

Una nueva fuerza fundamental lanzaría la física al caos. Puede ser necesario, pero todavía no tenemos que ir allí.

La materia oscura es una entidad funcional inventada por seres racionales para justificar la aparente anomalía de la rotación galáctica, que requería materia adicional en la galaxia para mantener la velocidad de giro observada. Como no se pudo observar materia adicional, se inventó la materia oscura imaginaria para proporcionar una explicación adecuada a la anomalía de la rotación galáctica. Como la materia oscura no está definida, se le asignan diferentes significados en diferentes teorías. La materia oscura existe solo en las mentes de los seres racionales y en los análisis matemáticos. Nuestra creencia es la única base de su existencia. ver: Anomalía de rotación galáctica

Excelente respuesta del Sr. Varghese como de costumbre. Solo para agregar un poco más, Dark Matter y Dark Energy no están científicamente comprobadas y, por lo tanto, actualmente, estrictamente hablando, están en el ámbito de la filosofía. Pero el concepto es aceptable para la mayoría de los científicos y fue creado por ellos.

Bueno, la verdad es que aún no existe si existe o no. La materia oscura y la energía oscura son teorías que aún no se han probado. Estas teorías surgieron porque no sabemos por qué las galaxias se alejan unas de otras a pesar de la atracción gravitacional entre ellas. Los otros han proporcionado algunas respuestas geniales sobre lo que realmente es la materia oscura, así que creo que no necesito responder eso.

Sí, ese es el factor principal. De hecho, el único factor. La existencia de materia oscura también se confirmó a través del fondo cósmico de microondas, pero finalmente se rechazó su relevancia.

Entonces sí, la gravitación parece ser el único factor a través del cual tenemos la teoría de la materia oscura.

Fuente: ¿Cómo sabemos que existe la materia oscura?