Materia oscura, astrónoma brillante: Vera Rubin

Isabel Pérez Martín / 17-12-2009

Continuando con el artículo en el que hablábamos de una de las grandes astrónomas en el campo de la astronomía galáctica, Beatrice Tinsley, quisiera explicar el trabajo y la vida de otra de las grandes pioneras del tema: Vera Rubin

Vera Cooper nació en 1928 en Filadelfia (Pensilvania) y vive en la actualidad en Washington, donde sigue desarrollando una prolífica carrera científica en la Carnegie Institution of Washington. El 15 de junio de este año se celebró en Ontario una conferencia en su honor titulada “Desvelando la masa de las galaxias” para festejar su 81 cumpleaños y celebrar junto con otros astrónomos los logros conseguidos en su exitosa trayectoria.

Desde niña Vera mostró un gran interés en el movimiento de las estrellas que veía desde la ventana de su casa. Su padre, un ingeniero eléctrico, la animó a seguir con su pasión ayudándola a construir un telescopio con el que comenzaría un viaje por las estrellas que aún no ha terminado.

En 1948 se graduó en Astronomía en la Universidad de Vassar y en 1950 obtuvo un máster en la Universidad de Cornell. Ya en este trabajo demostró su atracción por la ciencia sin ataduras a los paradigmas convencionales y dejó entrever la originalidad de su pensamiento. Estudió el movimiento sistémico y el brillo en las galaxias espirales, concluyendo que espirales de magnitud aparente parecida, y por tanto situadas a distancias similares, parecían viajar más rápidamente en una dirección que en otra. Este resultado, muy criticado en la época, fue paradójicamente la idea que condujo a Gerard de Vaucouleurs a desarrollar la idea del supercúmulo.

Hizo un primer intento fallido de comenzar un doctorado en la Universidad de Princeton, donde fue rechazada ya que no aceptaban mujeres en su programa de Astronomía, una política que no se abandonó hasta el año 1975. Posteriormente logró acceder a la Universidad de Georgetown, en la cual comenzó una tesis doctoral bajo la supervisión del físico George Gamow, conocido por haber predicho el Fondo Cósmico de Microondas como una consecuencia del Big Bang. Su tesis buscaba responder a la pregunta de si las galaxias están o no distribuidas uniformemente en el Universo. Para ello, desarrolló un método de descripción estadística de la distribución de galaxias y lo aplicó a un pequeño catálogo que formaba parte de un cartografiado del cielo (el primero de su especie) que se estaba llevando a cabo en el Observatorio de Lick, en California. Concluyó que existía un grado alto de agrupación en la distribución de las galaxias, que se reunían en ciertas zonas y dejaban espacios vacíos entre ellas. Aunque estos resultados no generaron interés cuando se publicaron, fueron confirmados quince años más tarde y constituyen la base del estudio actual de la estructura a gran escala del Universo.

En la década de los cincuenta, Vera compaginó la enseñanza y la investigación en la Universidad de Georgetown con su vida familiar, ya que durante estos años tuvo a sus cuatro hijos. Curiosamente, todos ellos son doctores en alguna especialidad científica, y ha publicado seis artículos científicos junto a su única hija, Judith Young, Doctora en Física, formando uno de los pocos tándemes científicos madre-hija de la Astronomía. En el año 1963 trabajó con Margaret y Geoffrey Burbidge en la Universidad de California. Y posteriormente se trasladó a la Carnegie Institution of Washington donde comenzó a colaborar con Kent Ford en lo que sería la investigación que culminaría su carrera. Ford había desarrollado un espectrógrafo muy sensible que permitía medir la velocidad de las estrellas en las galaxias espirales en función de su distancia al centro. Vera ya se había interesado en el movimiento interno del gas y las estrellas en las galaxias espirales durante su estancia en la Universidad de California, pero no fue hasta esta colaboración que el estudio de la rotación de las estrellas y del gas en los discos de galaxias espirales tomó todo su significado.

La primera galaxia que examinaron fue nuestra vecina Andrómeda. De ella tomaron medidas de cómo se movía el gas en el disco. Hasta ese momento se creía que la distribución de la masa de una galaxia era la misma que la distribución de la luz emitida por las estrellas.

En una galaxia espiral se encuentra una parte central más luminosa y un disco en el que su luminosidad decrece exponencialmente hacia las partes externas. La parte central, más brillante, contiene la mayor parte de la masa, por lo tanto las velocidades de rotación de las estrellas son más altas en el centro y van disminuyendo a medida que nos alejamos del centro de la galaxia. En la práctica, si representamos en un diagrama la velocidad de rotación y la distancia al centro, deberíamos ver una curva con valores más altos de la velocidad en la parte central de la galaxia, y que fuesen decayendo hacia afuera. Cuál sería la sorpresa de ambos investigadores al ver que en vez de eso, la curva de rotación se mantenía plana en todos los puntos observados.

En un principio pensaron que sería una anomalía de la galaxia de Andrómeda. Sin embargo, después de analizar muchos más objetos, concluyeron que era una característica común a todas las galaxias espirales. ¿Qué implicaba entonces todo esto en la distribución de la masa de las galaxias? Recordaron entonces el trabajo del astrónomo suizo Fritz Zwiky. En los años treinta Zwiky ya indicó que faltaba masa para poder explicar el movimiento de las galaxias del cúmulo de Coma y concluyó que debía haber materia que no se veía. Su trabajo no tuvo repercusión en su momento ni se siguió esa línea de investigación.

En la reunión de la Sociedad Estadounidense de Astronomía de 1975, Vera y Kent anunciaron a toda la comunidad científica que la mitad de la masa contenida en las galaxias espirales no era visible sino que estaba en forma de “materia oscura”. Aunque al principio este resultado fue tomado con escepticismo, rápidamente aparecieron trabajos que lo corroboraron. Desde 1978 Vera y su equipo han observado más de 200 galaxias y han estimado que aproximadamente el 90% de la materia del Universo es esta materia “oscura”, no visible pero detectable por el efecto gravitacional que produce.

Desde los trabajos de Vera y de Fritz Zwiky, se han sucedido numerosas pruebas y observaciones para detectar los efectos de la materia oscura, tales como las lentes gravitacionales. En la actualidad todos los modelos de formación de galaxias incluyen la presencia de materia oscura. En el modelo cosmológico actual, la materia oscura es crucial, y se logra reproducir muy bien las estructuras a gran escala, es decir, la distribución de galaxias y cúmulos de galaxias del Universo, tema en el que también Vera puso su granito de arena.

Sobre la naturaleza de la materia oscura se podrían escribir muchos artículos, aunque por ahora la conclusión sería la misma: aún no sabemos en detalle de qué está formada y pese a los muchos experimentos desarrollados para su detección y/o producción, todavía no se ha conseguido ningún resultado positivo. Vera ha contribuido con su investigación y dedicación a desarrollar la Astronomía moderna abriendo, además, la puerta a uno de los grandes misterios astronómicos de todos los tiempos.

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El autor

Isabel Pérez Martín es Doctora en Astrofísica por la Universidad Nacional Australiana. Actualmente trabaja como investigadora en el departamento de Física Teórica y del Cosmos de la Universidad de Granada.

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