Sobre la noticia que afirma que no hay materia oscura en el entorno del Sol

La importancia de leer la letra pequeña es bien conocida. Igual de importante es leer el artículo técnico que sustenta una noticia. Hay detalles que omiten las noticias de prensa científica, en aras a la brevedad, que son fundamentales para entender su alcance. Sobre todo los artículos sustentados en un modelo teórico, cuyas hipótesis son más importantes que las propias conclusiones derivadas de su comparación con resultados experimentales. Permíteme ponerte un ejemplo muy reciente. Supongo que ya habrás leído “¿Serio golpe a las teorías sobre materia oscura?,” Ciencia Kanija, 18 abril 2012 [Noticias ESO, 18 abril 2012; yo me enteré gracias a la lista de correo interna de Amazings.es]. Permíteme unos extractos.

“El estudio más preciso hecho hasta el momento sobre los movimientos de las estrellas en la Vía Láctea no ha encontrado evidencias de materia oscura en un amplio espacio alrededor del Sol. Las vecindades del Sol deberían estar repletas de materia oscura. Utilizando el telescopio MPG/ESO de 2,2 metros de ESO, en el Observatorio de La Silla, un equipo ha cartografiado los movimientos de más de 400 estrellas situadas a más de 13.000 años luz del Sol. Con estos nuevos datos han calculado la masa de materia en las vecindades de nuestro Sol. “La cantidad de masa derivada encaja muy bien con lo que vemos,” afirma el líder del equipo Christian Moni Bidin (Departamento de Astronomía, Universidad de Concepción, Chile). “Esto no deja espacio para materia extra — la materia oscura — que esperábamos encontrar. Nuestros cálculos muestran que debería haberse visto claramente en nuestras medidas. Pero, simplemente, ¡no estaba allí!”. Todos los intentos por detectar materia oscura en laboratorios en Tierra han sido un fracaso. Los nuevos resultados significan que los intentos por detectar materia oscura en la Tierra para explicar las extrañas interacciones entre las partículas de  materia oscura y la materia “normal” tienen pocas probabilidades de éxito. “Si la materia oscura no está presente donde suponíamos que debía estar, debemos encontrar una nueva solución para el problema de la materia que falta. Nuestros resultados contradicen los modelos aceptados actualmente. El misterio de la materia oscura acaba de hacerse aún más misterioso. Los próximos sondeos, como el de la misión Gaia de la ESA, serán cruciales para dar un paso adelante en este punto”, concluye Christian Moni Bidin.

Las teorías predicen que la cantidad media de materia oscura en la vecindad del Sol en nuestra galaxia debería ser de entre 0,4 y 1 kilogramo en un volumen del tamaño de la Tierra. Las nuevas medidas encuentran 0,00±0,07 kilogramos de materia oscura en un volumen del tamaño de la Tierra” [como densidad media en toda la región estudiada].

El artículo técnico es C. Moni Bidin, G. Carraro, R. A. Mendez, R. Smith, “Kinematical and chemical vertical structure of the Galactic thick disk II. A lack of dark matter in the solar neighborhood,” Accepted for publication in the Astrophysical Journal, arXiv:1204.3924, quienes utilizan un modelo teórico derivado en su artículo previo C. Moni Bidin, G. Carraro, R. A. Mendez, “Kinematical and chemical vertical structure of the Galactic thick disk I. Thick disk kinematics,” Accepted for publication in the Astrophysical Journal, arXiv:1202.1799. Hay un artículo técnico breve que resume el resultado obtenido, C. Moni Bidin, G. Carraro, R. A. Mendez, R. Smith, “No evidence of dark matter in the solar neighborhood,” Proceedings of the first binational Sochias-AAA meeting, held in San Juan, Argentina, arXiv:1204.3919.

Ofrecí mi opinión en la propia lista de correo interna de Amazings.es; quizás era más crítica y más ácida de la cuenta, pero ya sabéis que la mula Francis es muy mulo; he estado muy liado y mi idea era omitir este asunto haciendo mutis por el foro. Los lectores de este blog que creen que la materia oscura no existe me acusarán de que defiendo el modelo cosmológico de consenso ante toda prueba en contra y que debería ser mucho más crítico con todas las pruebas recabadas en los últimos 40 años a favor de la materia oscura. Con toda seguridad dichas pruebas son interpretadas de forma incorrecta por casi todos los astrofísicos y cosmólogos del mundo; este nuevo [y revolucionario] estudio lo deja claro y fuera de toda duda, todos están equivocados. Pero la mula Francis tiene que leer la letra pequeña; mi crítica surgió de mi primera ojeada rápida al artículo de Moni Bidin y sus colegas.
Ahora mismo ya no soy la única voz crítica y todas las fuentes fiables de noticias científicas ofrecen un grano de sal y otro de pimienta respecto a este estudio. Por ejemplo, te recomiendo consultar Ron Cowen, “Survey finds no hint of dark matter near Solar System. Result poses a cosmic dilemma but critics prescribe caution,” Nature News, 19 April 2012, y Adrian Cho, “Has Dark Matter Gone Missing? If a new study is true, then the search for dark matter just got a lot weirder. But some scientists doubt the reliability of the team’s method for measuring the elusive substance,” Science NOW, 19 April 2012. Más noticias de prensa en Google News.

Al grano, el estudio se basa en comparar los resultados de un modelo teórico basado en usar un modelo no relativista para la materia oscura, que se supone que se mueve lentamente; en concreto, substituir la ecuación de Jeans, que modela las fluctuaciones de fluido no relativista, en la ecuación de Poisson para el campo gravitatorio newtoniano. La ecuación de Jeans se basa en varias hipótesis razonables entre las que destacan que la materia oscura esté en un estado estacionario, que la curva de rotación galáctica es plana, que la densidad de materia oscura decae de forma exponencial tanto en la dirección radial como en la vertical, etc. Todas estas hipótesis se resumen en que el modelo teórico asume que la materia oscura en la región estudiada tiene forma más o menos esférica con densidad casi constante. Estas hipótesis son razonables para la materia oscura en el halo galáctico en su conjunto, pero en una región tan pequeña alrededor del Sol genera muchas dudas.

Mi comentario en la lista de correo interna de Amazings.es fue el siguiente.

“Los resultados se basan en un modelo muy simple de la distribución de la materia oscura en nuestra galaxia (una esfera). Hay muchos resultados previos que indican que la materia oscura en nuestra galaxia tiene una distribución bastante irregular (producto del canibalismo galáctico, la Vía Láctea ha robado materia oscura a las galaxias satélite que la rodean formando grandes chorros, según las simulaciones numéricas, de materia oscura en nuestro halo galáctico y el brazo de Orión [la región estudiada] podría ser deficitario, ya que se sabe que el de Sagitario tiene excesos). Los resultados del artículo no comparan sus resultados con los obtenidos mediante simulaciones de la evolución de la Vía Láctea en los últimos miles de millones de años (hay varios grupos españoles especialistas en este campo).

En resumen, tras una ojeada rápida, yo cogería con pinzas este nuevo resultado, aunque se haya publicado en la prestigiosa revista The Astrophysical Journal. Ya os contaré más cuando me lea en detalle este artículo.”

En una galaxia tan complicada como la Vía Láctea, extraer consecuencias sobre la distribución de la materia oscura en la región local alrededor del Sol utilizando el teorema virial y sus variantes, en mi modesta opinión, no está justificado y puede llevar a resultados erróneos. Os recuerdo lo que ya escribí en este blog sobre el canibalismo galáctico utilizando una sola imagen.

Cualquier imagen “realista” de la distribución de materia ordinaria en la Vía Láctea muestra que la región que rodea al Sol no es especialmente típica y por tanto no hay ninguna razón para que la materia oscura del halo galáctico en dicha región sea especialmente esférica; incluso yo lo dudaría respecto a la Vía Láctea en su conjunto.

Ahora mismo recuerdo también el reciente artículo en Investigación y Ciencia (Scientific American) sobre la posibilidad de que el plano galáctico de la Vía Láctea esté curvado. Por ahora es solo una hipótesis razonable, pero lo importante es que nos recuerda que la historia de nuestra galaxia ha sido muy accidentada y que asumir una distribución de materia oscura que no haya sufrido dichos avatares no es ningún modo razonable. Nuestra galaxia ha interaccionado con otras galaxias y sus halos galácticos también han sido afectados (recuerda que aunque la materia ordinaria interacciona con la oscura solo a través de la gravedad, todo el mundo cree que la materia oscura interacciona con la materia oscura de forma similar a como la materia ordinaria interacciona con la materia ordinaria). Te dejo esta imagen extraída del artículo de Leo Blitz, “El lado oscuro de la Vía Láctea,” Investigación y Ciencia, Diciembre 2011.

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15 pensamientos en “Sobre la noticia que afirma que no hay materia oscura en el entorno del Sol

  1. Bueno, me toca hablar. Personalmente, el Dark Matter mantra no me gusta, pero es el paradigma aceptado para la solución de un problema que la Física actual parece incapaz de solucionar.
    Las teorías BSM como SUSY, superstrings, etcétera, una de sus maravillosas propiedades es que predicen la existencia de WIMPs (el milagro WIMP se llama en ocasiones) para sostener la interpretación de materia no luminosa con masa en nuestra galaxia y en otras. Es una receta válida y yo no puedo refutarla.
    El paradigma MOND en cambio, ha luchado contra viento y marea para proponer algo más radical: la modificación de la dinámica Newtoniana usual. Y nadie sabe cómo hacer que reproduzcan todos los datos.
    El paradigma MOG, similar pero distinto a MOND, modifica la ley de la gravedad newtoniana (no la de la segunda ley de Newton como MOND).
    MOND y MOG no pueden reproducir los datos.

    Siempre que hay instaurado un paradigma es difícil de moverlo. Pero así son las teorías. Sólo podemos refutar teorías incorrectas, no se podrá aseverar jamás, con el método científico moderno, decir que una teoría es la verdad absoluta. Éso nos diferencia de otro tipo de “planteamientos” no científicos.

    Sobre que no haya materia oscura, y todo sea una cuestión de la gravedad cuántica, es una posibilidad que no ha sido explorada, hasta donde yo sé, por nadie. La mencioné en twitter porque estoy con ello para no aburrirme mientras preparo las Oposiciones ( si es que al final hay, supongo que sí, pero el panorama que está poniendo el Gobierno me hace dudar hasta de lo que hay escrito en el Boletín de las CCAA, se los comen por el forro).

    Por otra parte, me divierte el asunto de la DM porque es como el gato de Cheshire! Si la DM existe se detectará, pero hay que ser serios con los datos y su interpretación, aunque me parece interesante que la gente empiece a considerar si la DM no es otra cosa que un “éter moderno” que nos evita entender el fenómeno desde la óptica correcta. Afortunadamente, el debate no es baladí y al final un experimento de detección directa en colliders o aceleradores de baja energía, o bien uno de núcleos (cuidado con el análisis del background), o incluso la astronomía de neutrinos incipiente en los próximos años puede dar respuesta a si realmente la Dark Matter es lo que pensamos que puede ser u otra cosa más divertida.

    NOS VAMOS A DIVERTIR.

    PS: LHC ya ha recogido 1 fb inverso de datos Francis. XD. Este verano habrá trabajo y “fiesta” de la buena (para bien o para mal del SM-Higgs) XD.

    • Sí, tengo pendiente escribir la noticia: “LHC ya ha recogido” [más bien suministrado] “1 fb inverso de datos” [recogido solo en CMS, en ATLAS todavía no]. Anoche observé que se lograría hoy, pero he estado muy liado…

      En cuanto a la materia oscura, nadie puede negar que estamos en uno de los momentos más apasionantes de la física del s. XXI. Dentro de unas décadas muchos físicos jóvenes envidiarán a quienes ahora son jóvenes, porque ahora es el momento de la materia oscura. Al ritmo actual de los experimentos (que dividen por 10 la sección eficaz de la interacción entre la materia oscura y la ordinaria cada 2 años), en el año 2020, con toda seguridad, se sabrá si la materia oscura corresponde a nuevas partículas o es una modificación de la gravedad.

      Quizás, como ha pasado muchas veces en el pasado, la idea correcta ya está publicada, pero nadie sabe que es la correcta y como hay tantas ideas en el “mercado” se diluye como una aguja en un pajar. Quien le iba a decir a Steven Weinberg en 1967 que la chorrada de juguete que logró publicar sería la teoría correcta y que diez años más tarde (1977) ya era firme candidato al Premio Nobel. La teoríca cuántica de campos pasó en 5 años de ser un fracaso que no servía absolutamente para nada a ser la teoría correcta en los libros de texto; todo el mundo pensaba en 1967 que la QFT era “basura” y que ideas como la de Weinberg (utilizar el mecanismo de Higgs para dotar de masa a la que no tiene masa) eran “basurillas” de teóricos aburridos. Te diría incluso que en 1972 era la opinión común entre todos los expertos; gente como Veltman que confiaba a ciegas en esta teoría eran la excepción que confirma la regla.

      En resumen, estamos en un momento apasionante y la materia oscura está muy candente…

  2. Sobre la opinión de La Mula, es similar a la de Strassler, yo es que prefiero andar mi propio camino mientras haya posibilidades…Aunque, no dejo lado SUSY (en versión no mínima y no estándar, SUSY TeV está cada vez más complicado con los datos), preones y otras teorías que sí predicen DM, me gustaría mucho que fuera el primer caso de algo que no hemos comprendido “once again”.
    Aquí el post de Strassler:

    http://profmattstrassler.com/2012/04/20/dark-matter-now-you-see-it-now-you-dont/

  3. Es curioso la cantidad de experimentos que últimamente están “fallando” en el sentido de que esperaban encontrar algo y no encontraron nada: LIGO, VIRGO, etc esperaban detectar ondas gravitatorias y no encontraron nada, ICECUBE esperaba encontrar neutrinos de alta energía y nada, RAJOY esperaba calmar a los mercados con las reformas y nada… :D Lo de la materia oscura ya es un puzzle que roza el sinsentido, varios experimentos se contradicen entre si y el tunel sigue tan oscuro como hace 10 años.
    Descartados los neutrinos como el posible integrante principal de la materia oscura parece cierto que el componente principal será una nueva partícula aún no descubierta de algún modelo “beyond SM”.
    Como dice amarashiki, ojalá por fin esta sea una señal de algo nuevo, algo que pueda ser resuelto por el LHC u otros experimentos en curso por que ya son demasiados los indicios de que hay algo fundamental que se nos escapa. La naturaleza no tiene porque “dignarse” a enseñarnos sus leyes más fundamentales aunque hasta ahora, nosotros pobres mortales hemos conseguido desentrañar con la ayuda de la física y las matemáticas muchos de sus secretos, sería una pena que ahora que hemos llegado tan lejos, el Universo escondiese sus más grandes secretos lejos de nuestro alcance…

    • ¿Neutrinos descartados como materia oscura?Una matización para nuestros lectores. Supongo te refieres, al SM neutrino (del que ignoramos aún si tiene un carácter de Dirac,o de Majorana). El neutrino right-handed ( que no existe en el Modelo Estándar) típico de modelos seesaw BSM podría a priori ser un candidato potente a DM: neutro, no conectado al SM por interacciones que NO fueran gravitatorias (debido a su alta masa), y débilmente interactuante con la materia normal. Queda el axión por ahí perdido, pero el axión no puede ser toda la materia oscura, ya que su masa será incluso menor que la de los neutrinos del SM. En 2001, asistí de oyente a varios seminarios cuando era estudiante de mi carrera: entonces el axión y el SM neutrino eran casi los reyes del cotarro, junto a las spartículas ¿Dónde estamos?Posiblemente en un callejón sin salida o buscando la aguja del pajar que menciona Francis.

      ¿SUSY? Según un amigo mío que está en ATLAS, si SUSY fuera la solución a la cuestión de la naturalidad, en el branching ratio del proceso B_s->\mu + \mu -(que se ha medido en LHC durante 2011 y lo será ahora también este año nuevamente) implica o sugiere una tan\beta alta/muy alta, mientras que los SUSY models que solucionan naturalidad y la mayoría de los modelos tipo MSSM predicen \tan \beta baja. Se puede decir, que con permiso de alguna extensión exótica (no conozco ahora mismo ninguna), tales modelos están experimalmente “casi refutados”. La opinión ahora es que tales modelos SUSY lo tienen MUY muy duro para sobrevivir a este año. Ha sido un golpe duro a SUSY (mucho) para los teóricos que trabajaban en esas extensiones (literalmente LHC las manda a la papelera casi para siempre). Y entre los “expertos” del campo, ya se andan moviendo a otros puntos del espacio de parámetros que no ha sido aún “removidos” (perdona el slang Spanish Francis) y modelos no mínimos (no queda otra con el LHC monster, the bitch SUSY killer, actuando).

      Gravedad modificada…TeVeS? Aquí los problemas y críticas: http://en.wikipedia.org/wiki/Tensor%E2%80%93vector%E2%80%93scalar_gravity ¿Teorías tensoescalaras de Brans-Dicke como las que favorecen los modelos inflacionarios, y el dilatón-Higgs como DM?No, al menos el SM Higgs no es estable. El dilatón lo es en ciertos modelos donde no es “el Higgs” y con simetrías conformes de por medio.

      La teoría MOG de Moffat parece mejor que MOND o TeVeS: http://en.wikipedia.org/wiki/Scalar%E2%80%93tensor%E2%80%93vector_gravity Pero parece muy ad-hoc apañar y ajustar así los datos…NO creo que se pueda hacer con todas las galaxias.

      Otra debate muy interesante es si la materia oscura es bosónica o fermiónica. ¿O algo distinto? Hay representaciones del grupo de Poincaré que se han cosiderado no -físicas durante mucho tiempo: los taquiones, las partículas con espín continuo,¿campos de alto espín también?…Y qué decir de esa energía oscura que domina la expansión cósmica ¿es real o realmente no es si no el resultado de inhomogeneidades a gran escala?¿Geometría de Finsler / anisotropía? ¿O es simplemente una constante cosmológica resultado de un campo escalar quintaesencia?

      En todas éstas propuestas quisiera llamar la atención en que el gravitón no está por ninguna parte. NO está y debería estar en la imagen cosmológica ¿o es que no hay gravitones en el espacio?Yo pienso que existen. Incluso con SUSY y el gravitino siendo el candidato a la DM (con sus problemas), el gravitón no es generalmente considerado en los cálculos al carecer(todavía) de la teoría cuántica gravitacional correcta. Me da en la nariz que la incorporación del gravitón a los análisis de lo que hoy entendemos por DM y DE podría cambiar sustancialmente nuestro conocimiento del universo a gran escala, pero…Tachán: los malditos gravitones son tan elusivos y escurridizos que LIGO, VIRGO no los han detectado hasta ahora. Ains…Intrigante…Tanto como la elusividad de la Materia Oscura.

      Un saludo cordial a todos los lectores.

      • Sí claro me refería a los neutrinos del SM cuya ridícula masa no podría explicar ni de lejos la materia oscura. Respecto a los neutrinos dextro como dices muchas teorías “beyond SM” predicen su existencia y muchos físicos están convencidos de que son reales por cuestiones de simetría pero espero que no sean estos los componentes de la DM por que son casi imposibles de detectar ya que ni siquiera interaccionan mediante la fuerza débil y solo sienten la fuerza gravitatoria. La no detección de ondas gravitatorias es bastante intrigante aunque muy pocos físicos consideran seriamente su no existencia debido sobre todo a las pruebas indirectas en sistemas binarios en rotación. Todo es bastante confuso, la energía oscura, la energía del vacío… a ver si el satélite que lleva mi nombre :D publica sus resultados de una puñetera vez y nos aclara algo sobre estas cuestiones cosmológicas. Por otro lado esta claro que no entendemos la gravedad a escalas microscópicas, la mecánica cuántica requiere algún tipo de modificación que aunque despreciable con campos gravitatorios pequeños sería importante cuando estos son grandes.
        Esperemos que las respuestas no tarden demasiado…

      • Planck, no estoy de acuerdo con que “la mecánica cuántica requiere algún tipo de modificación que aunque despreciable con campos gravitatorios pequeños sería importante cuando estos son grandes.” Todas las variantes cuasiclásicas de la gravedad (que mezclan Schrödinger y Newton o Einstein) tienen problemas. Por ahora no lo sabemos, pero yo creo más razonable que la gravedad requiera alguna modificación.

  4. La nota y los comentarios, en mi opinion, son de primer nivel. Los veo como epistemología aplicada.
    En otros tiempos solo se encontraban análisis similares en publicaciones especializadas, y ahora tengo el placer de verlos en un blog.
    ¡Como cambian los tiempos! – Felicitaciones a la mula y sus comentaristas.

  5. (Para Francis en su comentario de arriba)
    Pues quizás tengas razón, hay 2 posibilidades: modificar la RG para incluir a la MC o proceder a la inversa, está claro que todavía nadie ha dado con la respuesta. En mi opinión inexperta la gravedad, a escalas muy pequeñas tiene que manifestar un comportamiento discreto, a nivel fundamental la gravedad tiene que tener un comportamiento cuántico y solo cuando se juntan un número enorme de partículas observamos el comportamiento “continuo” en el que funciona la RG. Existe un experimento realizado en 1975 por Collella, Overhauser y Werner (conocido como experimento COW) de interferencia de neutrones en el que se demuestra que la gravedad produce un desplazamiento de la fase de la función de onda de los neutrones. Desconozco si se han realizado experimentos similares más precisos y recientes pero este experimento parece indicar que la gravedad, a escalas muy pequeñas no se comporta de forma puramente geométrica sino que tiene un comportamiento cuántico.
    Desde este punto de vista parece que lo más lógico es incluir la gravedad dentro de la MC, por supuesto, quizás la teoría de supercuerdas u otras candidatas a teorías de gravedad cuántica tengan algo que decir al respecto…
    Esta claro que este tema sigue siendo el “Santo Grial” de la física y que aún estamos lejos de poder resolver el problema (ojala me equivoque).

    • En memoria a Werner, describen la historia del experimento en R. Colella , A.W. Overhauser, “How the COW happened,” Physica B: Condensed Matter 385–386: 1408–1410, 2006.

      Los interferómetros de neutrones han mejorado mucho en los últimos 40 años y se ha repetido la medida con mayor precisión. Sin embargo, estos experimentos no demuestran que la gravedad sea discreta o cuántica a pequeña escala, lo único que demuestran es un sistema cuántico responde a la gravedad clásica como predice la ecuación de Schrödinger. Nada más y nada menos.

      • Gracias Francis, tienes toda la razón había interpretado incorrectamente el resultado del experimento.

      • En mi opinión, y es subjetiva, tanto QM como GR tendrán que modificarse para su “fusión”. Más bien, diríamos en un enfoque contemporáneo, que serán “extendidas” de alguna forma o “emergerán” de un formalismo común de alguna forma como teorías efectivas de “una teoría mayor” que aún no se nos ha ocurrido…La relatividad general habla de “caminos en el espacio tiempo” / geodésicas…La mecánica cuántica no entiende de un solo camino, sino de muchos “caminos cuánticos” (path integral). Está claro que hay algo de similitud pero enormes diferencias conceptuales.

        Sin embargo, el propio Weinberg en sus libros de QFT da una expresión del principio de equivalencia como “un teorema” en QFT (a partir de la S-matrix). GR no entiende aún de funciones de onda de gravitones o entrelazamiento y es una teoría no lineal. QM es una teoría lineal, aunque admite extensiones nolineales que no se observan en el laboratorio. Así que, quizás es que no acabamos de entender cuál es la clave de entender la gravedad a nivel cuántico. Hay algo, en GR, en QM o en ambas que hace el “matrimonio” difícil (excepción hecha de cuerdas, loop QG, y algunos approaches menos convencionales que derivan algunas propiedades “generales” de cómo será la “teoría gravitacional cuántica”, aunque con no sin problemas).

        Quizás, el punto clave, sobre todo por lo disparatado que resulta (justo como hace casi más de un siglo era la catástrofe UV de la radiación de cuerpo negro), sea entender la constante cosmológica, pues es lo que “toca” ambos mundos (el gravitatorio y el cuántico) y no tiene sentido la disparidad de lo observado con lo que predicen los modelos cuánticos.

  6. Interrogante: hay muchos más neutrinos que protones, neutrones y fotones. Pero ¿cuántos gravitones hay en el Universo? Nadie ha calculado eso todavía…Si pudiéramos hacer ese cálculo, tal vez podríamos responder mejor a las preguntas cosmológicas.

  7. ¿has oído leído algo acerca de la teoría de los primer fields? saludos!

    • No, Curioso, no he leído nada de los “primer fields” ¿qué son? ¿alguna fuente? Como no te refieras a los “prime fields” …

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