Qué es la materia oscura, la sustancia que constituye aproximadamente el 80 por ciento de todo el universo

A pesar de que la materia que forma los planetas, las estrellas y las galaxias es esencial para nuestro entendimiento del cosmos, algo aún más misterioso y predominante escapa a nuestra vista. La materia oscura es una sustancia invisible que no emite, absorbe ni refleja luz, lo que la hace prácticamente indetectable. Sin embargo, su presencia es fundamental para explicar muchos fenómenos cósmicos que no podrían entenderse de otra manera. De hecho, se estima que la materia oscura constituye alrededor del 80% de toda la materia en el universo, mientras que la materia visible que podemos observar solo representa un 5% de su contenido total.

La existencia de la materia oscura ha sido confirmada a través de sus efectos gravitacionales en los objetos que sí podemos ver, como las galaxias. Estas no giran como deberían según las leyes de la física que conocemos si solo tuviéramos en cuenta la materia visible. Algo más, invisible, debe estar afectando su movimiento.

A pesar de este hallazgo, los científicos aún no han logrado determinar con certeza qué es exactamente la materia oscura, lo que convierte a este fenómeno en uno de los mayores enigmas de la cosmología moderna.

A lo largo de las últimas décadas, se han propuesto diversas teorías para intentar desentrañar el misterio de la materia oscura, pero ninguna de ellas ha sido completamente aceptada. Sin embargo, un reciente estudio de investigadores de la Universidad de Texas en Austin ha abierto nuevas posibilidades sobre cómo esta misteriosa sustancia pudo haberse formado mucho antes de lo que pensábamos, y quizás mucho antes de que naciera nuestro universo tal como lo conocemos.

¿Por qué no podemos ver la materia oscura?

La materia oscura es un componente clave del universo, pero a diferencia de la materia visible, que está formada por partículas como protones, neutrones y electrones, la materia oscura no interactúa con la luz. Esto significa que no emite ni refleja radiación electromagnética, lo que hace que sea completamente invisible. ¿Cómo sabemos entonces que existe? La respuesta se encuentra en su gravitación.

Aunque no podemos ver la materia oscura directamente, los astrónomos han podido inferir su presencia observando cómo afecta el movimiento de las estrellas dentro de las galaxias. Si la materia oscura no existiera, las galaxias se desintegrarían, ya que las estrellas en sus bordes exteriores girarían a una velocidad demasiado alta para permanecer unidas por la gravedad. La gravedad adicional de la materia oscura es lo que mantiene la estructura galáctica intacta, funcionando como una suerte de “pegamento invisible” que une las estrellas y los sistemas planetarios.

Además, se cree que la materia oscura no solo afecta a las galaxias, sino que también juega un papel crucial en la formación del universo tal como lo conocemos. Sin ella, las galaxias no habrían podido formarse ni agruparse, lo que sugiere que esta sustancia es esencial para la creación de las grandes estructuras del cosmos.

Los orígenes de la materia oscura

Los científicos han propuesto varias teorías sobre el origen de la materia oscura, pero una de las más recientes y revolucionarias proviene de un estudio publicado en la revista Physical Review Letters por un equipo de investigación de la Universidad de Texas en Austin. Según estos investigadores, la materia oscura podría haberse formado antes del Big Bang. Esta es una propuesta intrigante, ya que hasta ahora se pensaba que la materia oscura había sido creada durante el evento del Big Bang, cuando el universo comenzó a expandirse y enfriarse hace unos 13.8 mil millones de años.

Este descubrimiento es el resultado de un modelo llamado “inflación cálida mediante congelamiento ultravioleta” (WIFI por sus siglas en inglés), que sugiere que la materia oscura pudo haber sido producida durante un proceso llamado inflación cósmica. La inflación cósmica fue una fase extremadamente breve, pero intensa, de expansión acelerada que ocurrió en los primeros momentos del universo.

Durante esta fase, el universo se expandió exponencialmente en una fracción de segundo, un fenómeno que hasta ahora era entendido principalmente como una explicación para la homogeneidad y la estructura del cosmos.

Según Katherine Freese, una de las coautoras del estudio y directora del Weinberg Institute for Theoretical Physics de la Universidad de Texas, el modelo WIFI ofrece una ventaja sobre otras teorías anteriores. En la mayoría de los modelos previos, todo lo que se creaba durante la inflación cósmica quedaba “inflado” y desaparecía debido a la expansión del universo. Sin embargo, el modelo WIFI sugiere que la materia oscura pudo haber sido una excepción, quedando atrapada durante la inflación y sobreviviendo a la expansión masiva del cosmos.

Modelos previos: “Congelamiento” y “Congelamiento Inverso”

Antes del modelo WIFI, existían dos teorías principales que intentaban explicar cómo surgió la materia oscura en los primeros momentos del universo: el modelo de congelamiento (“freeze-out”) y el modelo de congelamiento inverso (“freeze-in”). Ambas teorías ofrecen explicaciones plausibles, pero ninguna de ellas ha podido dar cuenta de la producción temprana de la materia oscura como lo hace el modelo WIFI.

En el modelo de “congelamiento”, los partículas de materia oscura interactúan con las partículas de materia visible en los primeros momentos del universo. A medida que el universo se expandía y enfriaba, esas interacciones se volvían menos frecuentes hasta que, eventualmente, la materia oscura dejó de interactuar con la materia normal. Esto llevó a un “congelamiento” de las partículas de materia oscura, que quedaron en una proporción fija.

Por otro lado, en el modelo de “congelamiento inverso”, la materia oscura nunca estuvo en equilibrio térmico con la materia visible. En lugar de interactuar frecuentemente con las partículas normales, las interacciones entre materia oscura y materia visible fueron extremadamente raras, lo que llevó a una creación dispersa de estas partículas a lo largo del tiempo.

El modelo WIFI ofrece una nueva forma de pensar sobre la creación de la materia oscura y abre nuevas oportunidades para la investigación cosmológica. Según Barmak Shams Es Haghi, otro de los coautores del estudio, este modelo no solo podría explicar la creación de materia oscura, sino también de otras partículas fundamentales que desempeñaron un papel clave en la evolución del universo primitivo. Este descubrimiento marca el inicio de una nueva fase en la comprensión de la cosmología y la física de partículas.

A medida que los telescopios y los experimentos subterráneos se vuelven más avanzados, los científicos esperan obtener más datos que puedan confirmar o refutar estas nuevas teorías. La materia oscura sigue siendo uno de los mayores misterios del universo, pero estudios como este nos acercan cada vez más a desentrañar sus secretos.

Aunque aún nos queda mucho por aprender sobre la materia oscura, lo que está claro es que su impacto en la estructura del universo es enorme. Ya sea que se haya formado antes del Big Bang, durante la inflación cósmica, o de otra manera, su influencia es vital para el funcionamiento del cosmos tal como lo conocemos. Los avances científicos recientes, como el modelo WIFI, nos muestran que la materia oscura es mucho más antigua y compleja de lo que pensábamos, y las futuras investigaciones podrían revelar nuevas dimensiones de este misterio cósmico.