La materia oscura es uno de los grandes misterios del universo. Nadie la ha visto, nadie sabe lo que es, pero científicos de todo el mundo tratan de localizarla. La observación de una galaxia desconocida y de las primeras estrellas tras el Big Bang abren nuevas incógnitas. Por Lourdes Gómez 

Adivina, adivinanza. Es algo que lo rodea a usted ahora mismo, se encuentra en todo el universo, pero que ni usted ni los científicos pueden ver. ¿Qué es? La materia oscura es uno de los grandes misterios del universo. En realidad nadie sabe lo que es, pero como se sustenta en leyes físicas consolidadas -como, por ejemplo, el denominado ‘principio de conservación del momento angular’ (no se preocupe, no le vamos a soltar más ‘palabros’)-, casi ningún astrofísico duda de su existencia e incluso le atribuyen el muy exacto dato de constituir el 27 por ciento del universo… Todo un logro para ‘un algo’ que nadie sabe lo que es.

La investigación sobre la materia oscura podría acabar echando por tierra las mismísimas leyes físicas de Einstein

Si todo esto ya le parece desconcertante -e inquietante-, siga leyendo porque por algo llaman a la materia oscura ‘el Darth Vader del universo’. En un giro de argumento que supera a George Lucas creando precuelas de La guerra de las galaxias, ahora resulta que dos características que se consideraban esenciales de esa materia oscura han sido cuestionadas por dos recientes investigaciones.

¿Significa eso que ‘Darth Vader/materia oscura’ en realidad no existe? Al contrario, está más viva que nunca. Y en su ‘contraataque’ amenaza con hacer saltar por los aires las mismísimas leyes físicas de Albert Einstein.

Darth Vader: “Yo soy el origen…”

Pero volvamos al principio. La materia oscura es un término genérico para hablar de ‘algo’ (materia) que debe de estar ahí (en el universo), pero que no se puede ver (oscura). Además, ese algo es necesario para la constitución de las galaxias y no interactúa con la materia visible.

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Detector, el DEAP-3600, del laboratorio canadiense Snolab. Con él, se tratan de localizar las partículas con la que estaría hecha la materia oscura, las WIMP

¡Un momento! ¿Por qué se deduce que hay ese ‘algo’ si no hay forma de percibirlo? Pues porque a partir de cierto momento (o lugar en el espacio) las leyes gravitatorias que afectan a nuestra galaxia y que se han comprobado fehacientemente dejan de funcionar… a menos que exista esa materia oscura.

Una breve explicación: los planetas de nuestro sistema solar giran alrededor del Sol sin ser engullidos por él porque hay un equilibrio entre la masa del planeta, su distancia del Sol y la velocidad a la que se mueven en su órbita. Digamos -con permiso de los físicos- que existe una fórmula en la que conjugando esos tres factores se puede establecer una regla universal: si la masa es ‘x’ y la distancia es ‘y’, la velocidad tiene que ser ‘z’.

Pues bien, en 1974 la astrónoma Vera Rubin observó que esto no sucedía de la misma manera a medida que nos alejábamos del centro galáctico (la masa y la velocidad no se relacionaban de la misma forma). Como aquello venía a contradecir todas las leyes físicas concluyó que tiene que haber una masa escondida, la masa que sería necesaria para que esas leyes sigan siendo válidas en todo el universo. Eso vendría a ser la materia oscura, que no se ve porque no emite luz ni radiación electromagnética, pero se infiere, se deduce, de su efecto sobre la gravitación de las galaxias. Vale, pero ¿no podría ser que las leyes físicas con las que trabajamos estén mal o sean insuficientes?

Varios experimentos buscan confirmar la existencia de materia oscura en nuestro propio planeta, en laboratorios subterráneos.

No parece. O no lo parecía, hasta ahora. Hay muchas investigaciones y observaciones que avalan la existencia de la materia oscura, por ejemplo, los estudios del efecto de lente gravitacional (perdón, otro ‘palabro’). Y su existencia, obviamente, no se sustenta en fórmulas tan elementales como la citada unos párrafos antes, sino en complejos enunciados de física que han sido replicados computacionalmente.

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Vera Rubin, la primera en ‘ver’ la materia oscura. Seguramente el nombre no les sonará, pero esta astrónoma nacida en Filadelfia en 1928, realizó unas observaciones que cambiaron la forma de entender el cosmos. 

Pero todo es cuestionable. Ya lo decía la propia Vera Rubin en 2009: «Yo observé que las galaxias giraban de una manera totalmente inesperada según las leyes de Newton y Kepler. Esto se interpretó como la primera evidencia de que la materia oscura existía y continúa siendo la hipótesis más factible, pero también podría ser que arrastráramos un error fundamental en las ecuaciones que utilizamos para describir el movimiento de los cuerpos celestes».

La galaxia ‘traidora’

A Rubin, fallecida hace dos años, le habría fascinado el último hallazgo publicado en la revista Nature hace unas semanas. Hasta hoy, todos los científicos parecían tener claras dos cosas: una, que la existencia de la materia oscura era necesaria para explicar la velocidad de rotación de las galaxias -más rápida de lo que debiera si solo se tiene en cuenta la masa conocida-; y dos, que, puesto que todas las galaxias tenían materia oscura, esta tenía que haber desempeñado un papel fundamental en su formación.

La última alarma se ha producido al hallar una galaxia difusa en la que apenas se detecta materia oscura. ¿Cómo pudo formarse?

Pues bien -giro de guion-. acaban de encontrar una galaxia sin materia oscura.

Un equipo internacional de científicos liderado por Pieter van Dokkum, de la Universidad de Yale (Estados Unidos), ha publicado los resultados de la primera observación de una galaxia muy muy lejana… Se llama NGC1052-DF2 y es una galaxia difusa (emite poca luz) que se encuentra a 65 millones de años luz de nuestro planeta, en la constelación Cetus. Es del tamaño de la Vía Láctea, pero, al contrario que en nuestra galaxia, apenas se detecta en ella materia oscura.

Pero ¿no habíamos quedado en que la materia oscura era clave en la formación de una galaxia? ¿Cómo pudo formarse entonces NGC1052-DF2? No se sabe, pero tiemblan ya Newton y Einstein. «Encontrar una galaxia sin materia oscura es inesperado porque esta sustancia invisible y misteriosa es el aspecto más dominante de cualquier galaxia», se limita a comentar Van Dokkum. «NGC1052-DF2 desafía las ideas estándares sobre cómo creemos que se forman las galaxias».

En cualquier caso, él mismo advierte de que «se trata solo de una observación». Ahora, astrónomos de todo el mundo tratarán de buscar más galaxias sin materia oscura, lo que constituiría una nueva ‘especie galáctica’. Van Dokkum y sus colegas ya han analizado imágenes de 23 galaxias difusas y 3 comparten características con NGC1052-DF2, aunque todavía no hay datos sobre su materia oscura.

De qué está hecha la materia oscura

Y mientras unos miran hacia fuera, aquí en la Tierra otros miran en el subsuelo. Que aún no se sepa qué es la materia oscura no quiere decir que no se haya avanzado en la investigación. Uno de los lugares en los que se busca es en el CERN de Suiza. El colisionador de hadrones podría ‘hacer visible’ la materia oscura como hizo con el bosón de Higgs (una partícula elemental que tiene un papel fundamental en el mecanismo por el que se origina la masa visible).

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Hay ya cierto consenso en que la materia oscura estaría formada por partículas fundamentales semejantes a los quarks y los gluones que conforman los átomos. Pues bien, a las partículas que supuestamente forman la materia oscura se las ha denominado WIMP, siglas en inglés de ‘partículas masivas que interactúan débilmente’.

Las WIMP son extremadamente difíciles de detectar. La única manera de hacerlo sería capturando el impacto de una de ellas sobre el núcleo de un átomo, y que ocurra dicho impacto es altamente improbable. Se han hecho numerosos experimentos en instalaciones de detectores subterráneos, pero no aparece. De ahí que haya cierto escepticismo en la comunidad científica. La astrónoma Catherine Heymans lo reconoce. «Si nuestras teorías sobre lo que es la materia oscura fuesen ciertas, deberíamos haber encontrado ya la partícula que la compone en el CERN. Pero no ha sido así. Eso sugiere que nuestros modelos de la materia oscura no son suficientes y necesitamos teorías más complejas».

Interactúa con la materia visible

Al desconcierto sobre la materia oscura se ha unido una nueva e inesperada investigación: el experimento Edges, llevado a cabo en Australia y cuyo resultado acaba de ser publicado. Edges ha logrado ‘ver’ el reflejo de las primeras estrellas que se crearon en el universo y, teniendo en cuenta ese dato, concluyen que el hidrógeno que una vez llenó el universo tuvo que estar más frío de lo que se pensaba hasta ahora (-270 grados centígrados, por si se lo preguntan). ¿Cómo pudo enfriarse el gas? El principal sospechoso es… ¡bingo!: la materia oscura.

Tras el bosón de Higgs, el desafío del Cern es detectar una wimp, la partícula fundamental de la que estaría hecha la materia oscura

Pero este dato provoca otro interrogante: si la materia oscura es responsable del enfriamiento del hidrógeno originario, eso significa no solo que de verdad existe, sino que además interactuaban de una forma hasta ahora desconocida. Es decir, por primera vez se demostraría que la materia oscura interactúa con la materia visible y no solo con la gravedad.

El físico teórico Avi Loeb, de la Universidad de Harvard, no se lo termina de creer. No solo le escama la intensidad de la señal detectada en Australia, tampoco termina de gustarle su forma. El profesor Rennan Barkana, de la Universidad de Tel Aviv (Israel), también admite que podría haber otra causa del excesivo enfriamiento del gas primordial: «Lo que vemos es absorción, por gas, de ondas de radio. La otra posible explicación es que hubo más ondas de radio y más intensas en el universo temprano de lo que esperamos, producidas por algún proceso cuando comenzaban a formarse las estrellas. Esto también sería una gran sorpresa».

Pero todas estas posibilidades, incluso que gran parte de la astronomía pueda haber arrancado con un error, no parece molestarles. «Así es la ciencia -dice Loeb-. La polémica forma parte de ella».

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