La materia oscura es, casi seguro, una forma de partícula elemental que aún no se descubre en el laboratorio: Carlos Frenk

En los últimos 30 años, y a través de diversos estudios, ha ido ganando consenso entre la comunidad astronómica, que el 25% del contenido del Universo es materia oscura, tema del cual es experto Carlos Frenk Mora, director del Institute for Computational Cosmology Physics Department, University of Durham, Reino Unido, que el día de hoy ingresó a la Academia Mexicana de Ciencias (AMC) como miembro correspondiente, en una ceremonia realizada en el Instituto de Astronomía (IA) de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM).

El astrofísico, pionero en simulaciones cosmológicas, ha creado modelos a gran precisión con computadoras súper potentes en las que recrea el origen del Universo, desde 10^-35 segundos después del Big Bang, cuando el Universo experimentó el fenómeno de inflación cósmica durante el cual se expandió de forma exponencial.

Durante la inflación cósmica, el Universo —cuya edad se estima en 13 mil 798 millones de años—, “creció del tamaño de un núcleo atómico al de una pelota de futbol. Este fenómeno fue ocasionado por la nada, pero la nada en física tiene un significado muy preciso, técnicamente es vacío, y el vacío en física no está vacío, sino que está lleno de energía: la energía del vacío”, comentó Frenk Mora.

La energía del vacío se debe a un fenómeno cuántico: en ese vacío se producían partículas de materia y antimateria, que aparecen y desaparecen continuamente. Durante el periodo de la inflación, esas fluctuaciones cuánticas dieron lugar a diversas propiedades macroscópicas del Universo como energía, densidad y temperatura. “La proposición de la cosmología moderna es que todo lo que vemos en el Universo: galaxias, estrellas, planetas, nubes de gas, etcétera, proviene de esas fluctuaciones cuánticas”, indicó el científico.

Las partículas de materia oscura habrían aparecido en 10^-10 segundos. “No sabemos en definitivo qué es la materia oscura, pero casi seguramente es una forma de partícula elemental que todavía no se ha descubierto en el laboratorio, creada muy cerca del Big Bang. Este componente, conformado por partículas elementales que —aunque no producen ningún tipo de luz del espectro electromagnético— cumplen el papel fundamental de atraer a la materia y dar lugar a la formación de estructuras cósmicas, como las galaxias.

Uno de los momentos cruciales en la evolución del cosmos ocurrió 350 mil años después del Big Bang, cuando la radiación primordial producida por la explosión pudo escapar. A medida que el Universo se expande la temperatura de la radiación disminuye y hoy en día, 13 mil 798 millones de años después, aparece en forma de microondas.

Esa radiación de microondas fue predicha en la pasada década de los 30, descubierta en 1964 por Arno Penzias y Robert Wilson y observada con gran detalle en el satélite COBE, que reportó los resultados el 24 de abril de 1992. Aparece a muy baja temperatura, 2.7ºC, porque se ha ido enfriando en la medida que el Universo se expande y nos proporciona información acerca de las fluctuaciones cuánticas que dejaron una huella en la radiación que consiste en zonas con manchas un poco más calientes o frías que el promedio.

“Si hacemos un mapa de la temperatura, la predicción teórica es que hay zonas con una temperatura un poco menor al promedio que corresponden a zonas un poco más densas que el promedio. Ahí, la materia oscura amplificó esas pequeñas fluctuaciones desde la época de la inflación a través de la fuerza de gravedad, dando lugar a la formación de las galaxias”.

El científico, miembro de la Royal Society, coautor junto con Simon White y otros investigadores del modelo de Materia Oscura Fría con Constante Cosmológica, dividió la conferencia “Todo de la nada: cómo se formó nuestro Universo”, que ofreció hoy en el auditorio del IA con motivo de su ingreso, en tres puntos:

Explicó el contenido del Universo —5% del cual es materia ordinaria, de la que están hechos los átomos, los elementos de la tabla periódica, estrellas, planetas y el ser humano; 25% es materia oscura y 70% energía oscura—.

Como segundo punto reseñó las evidencias que se tienen al día de hoy para proponer la existencia de materia oscura y que dan sustento al modelo cosmológico, y en el tercer punto habló de los instrumentos que se están desarrollando para buscar la materia oscura.

Respecto a esto último Frenk Mora dijo que las preguntas más importantes y que siguen abiertas son ¿qué es la materia oscura?, ¿qué partículas son?, ¿qué es la energía oscura?, y ¿cómo empezó el Universo? Para las dos primeras cuestiones se proponen dos tipos de partículas elementales: materia oscura fría y materia oscura tibia, a partir de las cuales ya se han realizado simulaciones.

Ceremonia de ingreso

El presidente de la AMC, Jaime Urrutia Fucugauchi, indicó durante la ceremonia de ingreso, que “las contribuciones a la ciencia mexicana que hace el doctor Frenk son enormes. Apoya las actividades que tiene la red de estudiantes mexicanos en el Reino Unido”, además de ser integrante de la Royal Society, asociación con la que la Academia estableció uno de sus más antiguos convenios de colaboración internacional que data desde los años ochenta.

“Una de las tareas que tiene la AMC y que comparte con otras academias de ciencias de distintos países, son las relaciones y colaboración internacional, es parte de las actividades que es necesario enfaticemos su valor”, indicó Urrutia.

Añadió que Carlos Frenk es uno de los investigadores más destacados y ha mantenido contacto con los investigadores y estudiantes de México, lo cual es parte de los requisitos que tiene la Academia para su ingreso. “Estamos seguros que esta colaboración no solo se mantendrá, sino que se multiplicará en los siguientes años”.

Por su parte el director del IA, José de Jesús González González, sostuvo que la ciencia básica es un pilar que junto con la educación y tecnología son necesarios para la solución de los grandes problemas de la humanidad. “México como país requiere invertir en esos tres pilares, “sí es una inversión a largo plazo, pero es lo único que garantiza nuestro sólido futuro. Sin ciencia no hay futuro y nuestro país tiene en el doctor Frenk un referente propio y cercano”.

Celebró su ingreso a la Academia porque el reconocido científico, además de tener una carrera excepcional en el extranjero, ha tenido importantes aportes y ha influenciado amplia y significativamente a la ciencia mexicana.

Vladimir Ávila Reese, investigador del IA y quien propuso al cosmólogo como miembro correspondiente de la AMC, reseñó la trayectoria científica del nuevo integrante. Señaló que durante el doctorado Carlos Frenk inició una estrecha colaboración científica con su colega y amigo Simon White. Ambos son los principales artífices del modelo de Materia Oscura Fría con Constante Cosmológica, “el más aceptado actualmente”.

“A pesar de que hace 30 años sus proposiciones en torno a la materia oscura no eran muy aceptadas por la comunidad científica, Carlos Frenk y su equipo de trabajo proporcionaron simulaciones numéricas en súper computadoras y modelos semianalíticos que coinciden ampliamente con las observaciones y lograron formular un paradigma cosmológico integrador y altamente predictivo a nivel astrofísico, cosmológico y de física de partículas elementales, logrando hacer una comunión entre el micro y macrocosmos”, destacó Reese.

La ciencia es crítica y asume riesgos

Previo al inicio de su plática, Frenk Mora recordó que durante sus épocas universitarias en México fue cuando obtuvo las bases de su carrera. “Me acuerdo muy bien de cuando era estudiante de la UNAM, y ser miembro de la AMC era de esos sueños intangibles que diría uno: quizá, pero poco probable. El día de hoy es un sueño hecho realidad. He estado en muchas universidades en el extranjero, pero siempre me he sentido miembro de la UNAM, siempre he sido universitario, esta es mi primera alma mater”.

Acerca de la investigación científica dijo que aprendió de ella en su etapa formativa, pero reconoció que quizá los dos factores más importantes fueron el ser crítico totalmente al punto casi de ser grosero con los colegas, ya que la crítica —apuntó— es base de la ciencia, “la ciencia es simplemente escepticismo organizado”, y la otra enseñanza que aprendió de sus maestros es que la investigación científica es asumir riesgos. “Lo aprendí en México y esto siempre ha iluminado mi carrera científica”.