Vera Rubin y la materia oscura

¿Habéis oído hablar de la materia oscura? La materia oscura está compuesta por partículas que no absorben, reflejan o emiten luz. No puede ser detectada por interacción con la radiación electromagnética, sino por la atracción gravitatoria que genera y su interacción con la materia “normal”. Pues fue Vera Rubin quien consiguió, con sus estudios de la rotación de las galaxias, convencer a la comunidad científica de la existencia de la materia oscura (planteada por primera vez por Fritz Zwicky en 1933), aún hoy uno de los grandes misterios del Universo.

Vera Florence Cooper nació el 23 de julio de 1928 en Filadelfia, y su interés por la astronomía estuvo presente desde muy pequeña. Con 10 años construyó junto a su padre un pequeño telescopio de cartón para observar meteoros y con tan sólo 14 años, ya participaba en una asociación de astronomía amateur, y tenía claro que quería estudiar esa carrera en la universidad. Sin embargo, esto chocaba con las convenciones sociales de la época “una señorita no debe pretender tener un trabajo de hombres”, “ser astrónoma resulta demasiado difícil, no lo conseguirá, sería mejor que escogiese una profesión de letras”, incluso le sugirieron que “si le gustaba la astronomía podía dedicarse a pintar escenas astronómicas decorativas”.

Obtuvo su licenciatura en Astronomía en 1948, tras lo cual, intentó inscribirse en un programa de posgrado en Astronomía de la Universidad de Princeton, pero no fue aceptada, no aceptarían mujeres hasta 1975. Ese mismo año se casó con Robert Joshua Rubin, quizá el motivo por el que rechazó una oferta de la Universidad de Harvard para matricularse en la Universidad de Cornell. Cuando comunicó su cambio de opinión a Harvard, en su carta de respuesta le dijeron “este es el problema con las mujeres. Cada vez que hay una realmente buena, lo deja para casarse”. En 1951 obtuvo las primeras observaciones de galaxias que no seguían el Flujo Hubble (describe el movimiento de cada galaxia en relación con el resto del cosmos), un dogma indiscutible, hasta ese momento, basado en las fórmulas de la relatividad y las ecuaciones de Newton. En su trabajo de fin de Máster, investigó cómo se movían 108 galaxias en el universo, buscando desviaciones en los patrones de luz que insinuasen una rotación, y encontró que, al restar el ritmo de expansión de Hubble, aún quedaban unos movimientos residuales sin explicación aparente. Cuando Vera mostró sus conclusiones al jefe del departamento de Astronomía, este creyó que se trataba de un trabajo absurdo y que la joven había interpretado mal los datos. Aun así, y ante la insistencia de ella, consintió en que Vera lo presentase públicamente en la reunión de la Sociedad Americana de Astronomía, advirtiéndole que podía hacer el ridículo ¡una graduada de 22 años que ni siquiera es doctora va a presentar un estudio contrario a todas las teorías delante de la flor y nata de la astronomía estadounidense, y embarazada! La conferencia titulada “Rotación del Universo” resultó un desastre. Ninguna revista especializada quiso publicar el trabajo, pero sí un periódico local se hizo eco, con el titular: “Joven madre encuentra el centro de la creación o algo parecido”, donde se hacía más hincapié en que había dejado solo a su bebé de dos semanas que en los argumentos científicos expuestos en la charla.

El golpe fue tan duro, que decidió abandonar la Astronomía, dedicándose a ser madre y ama de casa, y afrontando una crisis de autoestima. Ella definió esta etapa, como la peor de su vida. Afortunadamente, la lectura de un artículo “Velocidades Radiales y Masas de las Galaxias Dobles” en la revista Astrophysical Journal, la despertó de su letargo y además, un mes más tarde recibió una llamada de teléfono que le dio fuerzas para reemprender el camino de la Astronomía. Recibió una llamada de George Gamow, conocido promotor de la teoría del Big Bang, quien le pedía si podía facilitarle más información sobre el trabajo desarrollado en el Máster para utilizarlo en una charla en The Applied Physics Laboratory. No pudo asistir a aquella charla porque no estaba permitida la asistencia de las esposas o acompañantes, debido a que era un laboratorio militar.

Vera tenía un hijo pequeño, 23 años y además estaba embarazada, cuando empezó su doctorado bajo la supervisión de George Gamow, y por fin, en junio de 1954 tuvo pruebas concluyentes de que las galaxias no se distribuían aleatoriamente por el universo, sino que tenían patrones. La gravedad había formado grupos de galaxias unidas entre ellas que se movían como una totalidad (clusters o cúmulos) enlazados por la fuerza gravitatoria y separados del resto por una enormidad de espacio casi absolutamente vacío. Bueno, tampoco esta vez la creyeron. De hecho, solo la presencia de George Gamow como director de tesis le permitió que aprobaran su trabajo y fue doctora en septiembre de 1954.

En 1955 Vera aceptó una plaza de investigadora en el departamento de Astronomía de la Universidad de Georgetown, donde permaneció durante diez años. Allí, junto a sus colaboradores, descubrió que las curvas de rotación de numerosas galaxias discrepaban de las predicciones teóricas. Sus velocidades debían ir decreciendo al alejarse del centro de la galaxia, pero las observaciones indicaban un aplanamiento de las curvas de rotación, lo que en los años setenta llegó a conocerse como “El problema de la rotación galáctica”.

En 1960 en un Simposio sobre Agrupaciones Galácticas en la ciudad de Santa Bárbara, al que Vera asistió, descubrió que muchos “colegas” hacían como que la idea de la existencia de cúmulos se les había ocurrido a ellos y que era una posibilidad “evidentemente deducible de las observaciones”. Por fortuna en ese congreso conoce a Fritz Zwicky, que valora sus investigaciones sobre los cúmulos de galaxias, teoría de la que es un gran defensor, y cuya autoría, le reconoce a ella. Y resulta que Zwicky en 1933 había observado, sin que nadie le hiciera el menor caso, que grupos de estrellas de ciertas galaxias del cúmulo de Coma giraban a una velocidad muy superior a la esperada según la masa presente, los números no le cuadraban, la velocidad de rotación global era mucho mayor que la prevista por las leyes gravitatorias.

Posteriormente, Vera se unió al Instituto Carnegie, donde conoció a Kent Ford, con quien retomó sus antiguas investigaciones sobre la rotación global de las galaxias entorno a un eje central del universo, en particular la galaxia de Andrómeda. Con el espectrógrafo de Ford, de gran sensibilidad, midieron la velocidad de las estrellas en las galaxias espirales en función de su distancia al centro, obteniendo la evidencia más clara hasta ese momento, de la existencia de materia oscura. El experimento consistía en recoger el brillo de la galaxia de Andrómeda y distinguir, no solo la contribución de cada estrella en particular, sino también las variaciones en el brillo de cada estrella. Después de dos años de trabajo y mediciones, lo que Vera encuentra es que las estrellas que componen Andrómeda se mueven todas prácticamente a la misma velocidad, sin importar su cercanía o su lejanía al centro de la galaxia. Por si se trataba de una anomalía en Andrómeda, durante los tres años siguientes estudian el movimiento interno de sesenta galaxias espirales más, y en todos los casos obtienen resultados similares, parecía que la disminución de la masa luminosa con la distancia al centro quedaba compensada por un aumento de una masa no luminosa de la que había aproximadamente 10 veces más (Vera recordó que ya había evidencias anteriores de una masa invisible en el universo, Fritz Zwicky en 1933). Y en 1970, Vera publica los resultados de su estudio en la revista Astrophysical Journal, bajo el título “Estudio cinemático de estrellas tempranas”, por tercera vez, tampoco la creen.

En un encuentro de la Sociedad Americana de Astronomía en 1975, Vera proporciona un número: la materia que falta para explicar el movimiento interno de las galaxias es el 50 por ciento del total (hoy día sabemos que ese número es mucho mayor). Además, la materia que no vemos ha de situarse, sobre todo, en las zonas exteriores de las galaxias. La materia visible se acumula hacia el centro de las galaxias y la invisible hacia el exterior. Las evidencias se van acumulando poco a poco y hacia 1980 los datos impiden seguir negando un hecho claro: la velocidad de las curvas de rotación galácticas es estable a lo largo de todos esos mares de estrellas. Ahora sabemos también que, la materia oscura y la materia “normal” parecen rechazarse entre ellas: donde una se acumula, la otra escapa. Por eso los centros de las galaxias están formados por materia visible en forma de planetas, estrellas y nubes de gas, mientras que los halos exteriores, sin apenas astros, presentan una enorme cantidad de materia oscura. Incluso se ha encontrado galaxias invisibles formadas únicamente por materia oscura.

Su último trabajo, publicado en 2014, indicaba otra inesperada revelación: algunas galaxias contienen estrellas que giran en direcciones opuestas, un misterio aún por resolver. Vera murió el 25 de diciembre de 2016, por complicaciones asociadas a la demencia que padecía.

Para terminar, me gustaría incluir algunos datos sobre Vera Rubin: En 1965, se convirtió en la primera mujer de la historia autorizada a utilizar los telescopios del Observatorio de Monte Palomar. En 1996 fue la segunda mujer astrónoma elegida como miembro de la Academia de la Ciencias y la segunda mujer en recibir la medalla de oro de la Royal Astronomical Society. El efecto Rubin-Ford, llamado así por ellos, describe el movimiento relativo de la Vía Láctea y sugiere que la diferencia en su movimiento relativo se debe a radiación de fondo de microondas. En 2002, la revista Discover la reconoció como una de las 50 mujeres más importantes en la historia de la ciencia, pese a que nunca llegó a recibir el premio Nobel (fue la eterna candidata). El asteroide 5726 fue nombrado en su honor, así como el Observatorio Vera C. Rubin.

Las pruebas observacionales de la existencia de materia oscura no han dejado de crecer durante los últimos años, aunque aún queda por resolver de qué esta hecha. Os dejo los candidatos propuestos hasta ahora a formar la materia oscura: el axón, el camaleón y la supersimetría.

Patricia Mazón Canales

Referencias

1. https://cdn.mitma.gob.es/portal-web-drupal/8m/cartel_vera_rubin.pdf Ministerio de transporte, movilidad y agencia urbana
2. Pérez Torres, M.A. “Vera Rubin, curvas de rotación galáctica y materia oscura” revista IAA.es, 50, 2016
3. Benitez Herrera, S. “La mitad del cielo: mujeres en la astronomía” Astronomía, 2019 https://www.globalastronomia.com/la-mitad-del-cielo-mujeres-en-la-astronomia/
4. Bolivar, J. “Científicas. Ahí hay algo invisible y extraño: Vera Rubin” Ed. Guadalmazán 2018