La materia oscura a la luz de los rayos gamma

La luz más energética del universo podría esconder la clave para descifrar uno de los grandes misterios de la cosmología.

Hace casi un siglo que los astrónomos saben que la mayor parte de la masa existente en el universo no se compone de átomos, sino de materia oscura, una misteriosa sustancia que no absorbe ni emite luz. Sin embargo, en algunos lugares, como el centro galáctico (imagen), la materia oscura podría revelar su naturaleza en forma de sutiles destellos de rayos gamma. Hace años que los físicos intentan encontrar esa codiciada aguja en el pajar de la Vía Láctea. [NASA/LABORATORIO DE PROPULSIÓN A CHORRO/INSTITUTO DE TECNOLOGÍA DE CALIFORNIA/SUSAN STOLOVY ET AL.]

En síntesis

La mayor parte de la masa del universo se compone de materia oscura, una sustancia de naturaleza desconocida. La hipótesis más aceptada postula que dicha sustancia consta de partículas que apenas interaccionarían con el resto.

En las raras ocasiones en que las partículas de materia oscura chocasen entre sí, podrían emitir tenues destellos de rayos gamma. En la última década, distintos observatorios han estado explorando el cielo en busca de esas señales.

Hasta hoy se han detectado algunas señales procedentes del centro galáctico, pero su interpretación no está clara. Ahora, una nueva estrategia propone estudiar los «subhalos» de la Vía Láctea: pequeñas regiones que solo contendrían materia oscura.

Cuando miramos el cielo nocturno, la mayor parte de él es de un negro absoluto. Destacan solo unos cuantos puntos luminosos: estrellas y, tal vez, algunos de los planetas de nuestro sistema solar. Si tenemos la suerte de vivir en el lugar apropiado o de contar con la ayuda de unos prismáticos o de un pequeño telescopio, podremos distinguir cientos o incluso miles de esos puntos de luz. No obstante, estos seguirán siendo minoría frente al oscuro mar de fondo. Un telescopio mayor comenzará a revelarnos un número muy elevado de fuentes luminosas allí donde antes no veíamos nada, sobre todo estrellas tenues y galaxias lejanas. Pero, a pesar de todo, la mayor parte del firmamento seguirá vistiendo un profundo negro.

Es tentador pensar que eso indica que el universo se encuentra esencialmente vacío. Y aunque esto podría ser correcto hasta cierto punto, para sorpresa mayúscula, resulta que todo lo que podemos ver tan solo constituye el 5 por ciento del universo. El 70 por ciento corresponde a la llamada energía oscura, responsable de la expansión acelerada del cosmos. Y el 25 por ciento restante —cinco veces más que la materia ordinaria que todos conocemos y amamos— es materia oscura: una sustancia invisible y de naturaleza desconocida que, sin embargo, delata su presencia por el tirón gravitatorio que ejerce sobre las estrellas y las galaxias.

Desde los años treinta del siglo XX, y especialmente desde la década de los setenta, hemos acumulado una abrumadora cantidad de pruebas sobre la existencia de materia oscura, desde la manera en que se mueven las estrellas dentro de una galaxia hasta las propiedades del fondo cósmico de microondas, la radiación que fue emitida poco después de la gran explosión. Todo ello ha servido para perfilar el modelo cosmológico estándar, la teoría usada actualmente por los físicos para describir la evolución del universo. No en vano, este modelo se conoce como LCDM, donde L hace referencia a la energía oscura y CDM proviene de las siglas en inglés de «materia oscura fría». Ello se debe a que pensamos que la materia oscura se compone de algún tipo de partículas hasta ahora desconocidas, y todos los datos indican que tales partículas han de moverse a velocidades muy inferiores a la de la luz, razón por la que decimos que es «fría».

Pero si la materia oscura se compone de partículas, ¿por qué no podemos verlas? La razón es que tales partículas serían muy distintas de todas las que conocemos hasta ahora y, en concreto, no experimentarían la interacción electromagnética. Como consecuencia, no podrían emitir, absorber ni reflejar luz, por lo que serían literalmente invisibles. De hecho, tal vez la materia oscura debería en realidad llamarse, de forma mucho más intuitiva, «materia transparente». Pero, aunque no podamos verla, el papel desempeñado por la materia oscura en la evolución del universo es tan relevante que, sin ella, no llegarían a formarse las grandes estructuras como las galaxias y muy posiblemente no estaríamos aquí hoy.

Desde la humildad del científico, creemos justo decir que, tras décadas de estudios observacionales, es mucho lo que sabemos sobre la materia oscura: su abundancia cosmológica, que no puede tener carga eléctrica, que sus partículas apenas colisionan... Sin embargo, su naturaleza última sigue siendo totalmente desconocida. Hay incluso quienes defienden que no existe una materia oscura como tal y que, para dar cuenta de las observaciones, basta con modificar las leyes de la gravedad. Sin duda, resulta lógico intentar explicar los datos a partir de la materia que ya conocemos. Pero, en la práctica, tales modificaciones de la gravedad no logran dar cuenta de todos los efectos observados a distintas escalas y épocas cósmicas, acarrean múltiples problemas adicionales y, paradójicamente, en la actualidad han evolucionado hasta requerir también una cierta cantidad de materia oscura.

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