Qué es la materia oscura: el ingrediente invisible que domina el universo

Si te dijeran que casi todo lo que puedes ver, tocar o medir —las estrellas, los planetas, el gas interestelar, tú mismo— representa apenas el 5 % de todo lo que existe en el universo, probablemente lo pondrías en duda. Sin embargo, eso es exactamente lo que sugieren décadas de observaciones astronómicas. El resto del contenido del cosmos se divide entre la energía oscura (aproximadamente el 70 %) y la materia oscura (alrededor del 25 %). Y ninguna de las dos la podemos ver directamente.

Las galaxias giran demasiado rápido

La historia de la materia oscura comienza en los años treinta del siglo pasado, cuando el astrónomo Fritz Zwicky observó que los cúmulos de galaxias se comportaban de manera extraña: las galaxias en los bordes de esos cúmulos se movían mucho más rápido de lo que cabría esperar si solo hubiera la masa visible. Algo no encajaba.

Décadas después, la astrónoma Vera Rubin confirmó el problema al medir las curvas de rotación de galaxias espirales. Según la física newtoniana, las estrellas en los brazos exteriores de una galaxia deberían moverse más despacio que las del centro —igual que los planetas más alejados del Sol tardan más en orbitar—. Pero no lo hacen: todas las estrellas giran a velocidades similares, sea cual sea su distancia al núcleo. Esto solo tiene sentido si hay una enorme cantidad de masa invisible que no vemos pero que ejerce atracción gravitatoria.

Qué sabemos con certeza

La materia oscura no emite, absorbe ni refleja luz de ningún tipo, lo que la hace imposible de detectar con telescopios ópticos, de radio o de rayos X. Su existencia se infiere de sus efectos gravitatorios:

• Lentes gravitacionales: cuando la luz de objetos lejanos pasa cerca de grandes concentraciones de materia oscura, se curva. Este efecto, predicho por la relatividad general, nos permite “ver” la materia oscura por cómo distorsiona la luz de fondo.
• Formación de galaxias: los modelos de simulación del universo solo reproducen la distribución actual de galaxias si se incluye la materia oscura como ingrediente.
• Radiación de fondo de microondas: las fluctuaciones en la radiación cósmica de fondo, el eco del Big Bang, son coherentes con la presencia de materia oscura.

Las hipótesis más sólidas

No se sabe qué es exactamente la materia oscura, pero hay varias candidatas bien estudiadas:

• WIMPs (Partículas Masivas de Interacción Débil): partículas hipotéticas que interactuarían con la materia normal solo a través de la gravedad y la fuerza nuclear débil. Decenas de experimentos subterráneos las buscan sin haberlas detectado aún de forma concluyente.
• Axiones: partículas muy ligeras propuestas originalmente para resolver un problema de la física de partículas. Hay experimentos activos que intentan detectarlas.
• Agujeros negros primordiales: formados justo después del Big Bang, podrían contribuir a la masa oscura del universo, aunque los estudios sugieren que no pueden explicar la totalidad.

Lo que no es

Conviene despejar un malentendido frecuente: la materia oscura no es gas oscuro, polvo o estrellas apagadas. Toda esa materia bariónica ordinaria —aunque no brille— interactúa con la luz de maneras que podemos detectar. La materia oscura, en cambio, parece ser algo fundamentalmente diferente, quizás una clase de partícula que aún no figura en el modelo estándar de la física.

Un misterio en el centro de la cosmología moderna

La materia oscura no es una rareza marginal de la ciencia: es el andamio invisible sobre el que se construyó la estructura del universo. Sin ella, las galaxias no se habrían formado tal como las vemos. Entender su naturaleza es uno de los retos más apasionantes de la física contemporánea, y su resolución, cuando llegue, probablemente transformará nuestra comprensión de las leyes fundamentales que rigen el cosmos.

Lo fascinante y perturbador a la vez: la mayor parte de la realidad es algo que todavía no sabemos nombrar.