La materia oscura, aquello que nos invade y no podemos ver

Desde la primera mitad del siglo XX, los científicos se han preguntado cómo es que la materia oscura solo interactúa gravitacionalmente sin absorber o emitir luz. ¿Entenderemos su naturaleza?

Se estima que el 31,5% de la densidad del universo proviene de la materia normal y oscura | Foto: ABC
Se estima que el 31,5% de la densidad del universo proviene de la materia normal y oscura | Foto: ABC
Bruno Cueva V.

Tratar de explicar absolutamente todos los eventos que suceden en el universo es comparable a ingresar en un laberinto con puerta de entrada pero no de salida, por ahora. Aún vemos lejana la posibilidad de establecer esa teoría unitaria tan ansiada; ni siquiera sabemos si vamos por la vía correcta o si la ciencia madurará a niveles superlativos para dar respuesta a miles de cuestionamientos. El primer escaño será comprender a la materia oscura, un trabajo de perseverancia.

Según el artículo ‘La materia oscura del universo: retos y perspectivas’, firmado por lo investigadores A. Vázquez-González y T. Matos, del Departamento de Física en el Instituto Politécnico Nacional (IPN-México), entender la procedencia de la denominada materia oscura “es uno de los retos más importantes de la física actual”.

En ese mismo documento, los expertos resaltan que la persecución a la materia oscura data desde 1922, cuando Ernst Julius Opik encabezó estudios acerca de movimientos de cuerpos celestes. Opik, en ese entonces, observó a la galaxia Andrómeda: debía contener más masa en comparación a la captada. Como no había suficientes conocimientos, asumió que sus resultados estaban errados.

En 1933, Fritz Zwicky, astrofísico suizo de origen búlgaro, formuló las primeras características de la materia oscura al examinar un cúmulo de más de 1.000 galaxias llamado Coma o Caballera de Berenice. Aquel científico determinó que la masa vista no correspondía a la calculada por el Observatorio del Monte Wilson, Estados Unidos. Planteó una especie de ‘materia faltante’.

La extensión del Cúmulo de Coma recién se descubrió en 1950 por los astrónomos | Foto: NASA

Pasaron más de 44 años hasta que, en 1977, la astrónoma Vera Cooper Rubin, de la Universidad de Georgetown, pionera en medir la rotación de las estrellas dentro de las galaxias, retomó el trabajo de investigación. Comprobó que la estabilidad de los cúmulos galácticos se asocia a una mayor cantidad de masa.

Por ejemplo, las estrellas de la Vía Láctea se mueven a 240 km/s. Si se consideran solo los efectos de la gravedad, la velocidad no guarda relación con la lógica aplicada en astrofísica.

Vera Rubin obtuvo varios premios importantes en su carrera como la Medalla de Oro de la Real Sociedad Astronómica | Foto: Carnegie Institution for Science (California)

Proyectos que buscan materia oscura

El Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi fue lanzado el 11 de junio de 2008 y financiado por la NASA y agencias europeas. Su misión es buscar espectros surgidos por el choque de partículas producto de la materia oscura.

Científicos del Laboratorio Acelerador Nacional Fermi (Fermilab), el Centro Harvard-Smithsoniano para Astrofísica (CFA), el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y la Universidad de Chicago idearon un mapa de zonas espaciales con altas concentraciones de rayos gamma. Ese exceso, de acuerdo con BBC Mundo, sugiere indicios de la sustancia desconocida o al menos rubrica una pauta.

En esa misma línea, la misión Euclides de la Agencia Espacial Europa (ESA) en desarrollo, complementaria al proyecto Plank, tiene como objetivo comprender a la materia oscura después de su lanzamiento en 2021. Euclides forma parte del programa Visión Cósmica, con un presupuesto de 500 millones de euros, por lo que también medirá la aceleración del universo: la energía oscura.

Modelo estructural de la misión Euclides, que durará seis años | Foto: ESA

Se calcula que Euclides mapeará un tercio del firmamento, casi 2.000 millones de galaxias. Además, los datos de la nave nos remontarán a diez mil millones de años.

El Espectrómetro Magnético Alfa (AMS-02), implementado en la Estación Espacial Internacional, se unió a la búsqueda desde el 2011. Según la web oficial de la Administración Nacional de Aeronáutica y el Espacio de Estados Unidos, el dispositivo es un detector de materia oscura y antimateria. En 2019, los astronautas Andrew Morgan (NASA) y Luca Parmitano (ESA) hicieron una caminata espacial a fin de garantizar la continuidad de sus operaciones.

El AMC pertenece a la Expedición 61 de la ISS. Está envuelto en blindaje con su acrónimo | Foto: NASA

WIMPs, las partículas masivas donde se escondería la materia oscura

En el terreno de la astrofísica, los WIMPs son partículas hipotéticas, es decir, no han comprobado su existencia, pero se cree que responderían las dudas sobre la materia oscura. Se mueven lento y, por lo tanto, serían fríos. Además, interactuarían solo con la fuerza nuclear débil —desintegración de partículas— y la gravedad.

El Instituto de Física Corpuscular (IFIC) de la Universidad de Valencia (UV) remarca a los WIMPs como los candidatos que establecen puentes hacia la materia ordinaria desde una clase de materia que no se puede visualizar con aparatos convencionales.

“El movimiento de las estrellas en las galaxias, de las galaxias en los cúmulos, los datos de la distribución de la materia de galaxias que interactúan, obtenidos a través de medidas de la focalización gravitatoria débil, el fondo cósmico de microondas remanente del Big Bang y el tiempo de formación de las estructuras en el universo; todos estos procesos parecen indicar que hay mucha más materia de la que podemos ver a través del espectro electromagnético”, resumen los científicos de la UV en su plataforma digital.

¿Cómo pudo haberse creado la materia oscura?

Un estudio de las universidades de Melbourne en Australia, Rice de Texas y Johannes Gutenberg de Mainz en Alemania, subido a The Physical Review Letters el 9 de octubre de 2020, propuso que la materia oscura se filtró a partir de burbujas cósmicas.

“Además de todas las partículas elementales conocidas hoy en día, hay razones para imaginar que hubo otras partículas presentes durante el universo temprano, como la materia oscura”, acotó Andrew J. Long, tercer autor del artículo.

Long apunta a descubrir los rastros de dichas burbujas en ondas gravitacionales. Incluso, Albert Einstein creía en esos movimientos. Conforme a la NASA, las ondulaciones se disparan a la velocidad de la luz y habría tres posibles causas:

  • La supernova asimétrica de una estrella
  • Sistemas binarios (dos estrellas orbitando entre sí)
  • La fusión de dos agujeros negros

Michael Baker, becario de investigación postdoctoral en física de partículas, desde otro ángulo, apuesta por detectar partículas desconocidas en la laboratorios. Por ejemplo, los especialistas del CERN (Organización Europea para la Investigación Nuclear) señalan un potencial vínculo entre el desequilibrio de la materia, materia oscura y antimateria.

¿En lo que resta de este siglo podremos construir esa ‘lámpara cosmológica’ que nos muestre qué se escabulle en las sombras del universo? Lo más probable es que esta generación no sea testigo.