Las cinco claves para entender qué es la materia oscura y por qué define la arquitectura del Universo

La humanidad logró mirar galaxias muy antiguas, fotografiar un agujero negro y detectar miles de mundos fuera del Sistema Solar, pero todavía tropieza con un vacío central: la mayor parte del Universo permanece fuera de la vista y fuera de la comprensión directa. Dentro de ese territorio desconocido, la materia oscura ocupa un lugar decisivo.

La relevancia de su búsqueda cobra nuevo protagonismo luego de que un experimento instalado a 1,6 kilómetros de profundidad en Dakota del Sur registró un evento de alta energía que no coincide con las fuentes de fondo conocidas. El resultado aún está lejos de confirmar un descubrimiento, pero abrió una nueva línea de análisis.

Los cálculos más aceptados indican que la materia ordinaria, la que forma estrellas, planetas, océanos y cuerpos humanos, representa apenas cerca del 5% del cosmos. El resto se reparte entre materia oscura, con alrededor del 27%, y energía oscura, con cerca del 68% o 70%, según distintas estimaciones citadas en las fuentes consultadas.

Ese reparto explica por qué la pregunta por la materia oscura excede la curiosidad académica. Si los científicos no saben de qué está hecha la mayor parte de la materia del Universo, tampoco cuentan todavía con una explicación completa sobre cómo nacieron las galaxias, por qué se mantienen unidas o de qué manera se organizó la arquitectura cósmica desde los primeros tiempos posteriores al Big Bang.

La doctora en Ciencias Físicas Estefanía Coluccio Leskow lo resumió en una reciente visita a Infobae en Vivo, con una frase que condensa el problema: “Sabemos que un 5% es materia ordinaria, un 27% es materia oscura y un 68% es energía oscura. Pero no sabemos qué son”.

Las 5 claves de la materia oscura y sus huellas en el cosmos

La primera clave para entender este enigma consiste en aceptar una idea incómoda para el sentido común. La materia oscura no se ve, no se toca y no absorbe, refleja ni emite luz. Por eso recibe ese nombre. No porque tenga color negro, sino porque permanece fuera de cualquier observación directa basada en radiación electromagnética.

La NASA la define como un componente invisible del universo cuya presencia solo se detecta a través de la gravedad que ejerce sobre la materia ordinaria. En otras palabras, los científicos no la observan de frente: la reconstruyen a partir de sus efectos.

La segunda clave surge de esa forma indirecta de conocimiento. Aunque nadie la detectó en un laboratorio de manera concluyente, la comunidad científica sostiene que existe porque hay fenómenos cósmicos que no cierran con la masa visible. Uno de los ejemplos clásicos aparece en la velocidad de rotación de las galaxias.

Las estrellas ubicadas en las regiones externas giran a una velocidad que no debería ser posible si solo contara la materia observable. Con la gravedad que aportan estrellas, gas y polvo visibles, muchas de esas estrellas tendrían que escapar. Sin embargo, permanecen en órbita. La conclusión resulta directa: hay una masa adicional que no se ve.

Ese punto quedó asociado de forma histórica a los trabajos de la astrónoma Vera Rubin, que en la década de 1970 estudió anomalías en la rotación galáctica. Su aporte consolidó una sospecha previa y la transformó en uno de los pilares de la cosmología contemporánea. A partir de entonces, la materia oscura dejó de ser una especulación marginal y pasó a funcionar como la explicación más sólida para ese faltante gravitatorio.

El astrónomo Gabriel Bengochea definió esa idea con precisión en diálogo con Infobae: “Materia oscura es, en rigor, un nombre para una evidencia gravitatoria. O sea, un nombre que le damos a un faltante gravitatorio”. La frase ordena el debate con claridad. Antes que una sustancia identificada, la materia oscura es hoy la mejor respuesta disponible para explicar por qué el Universo muestra más gravedad de la que la materia visible puede producir.

Otra pista aparece en las lentes gravitacionales, uno de los recursos más potentes de la astronomía moderna. La luz de galaxias lejanas se curva cuando atraviesa regiones con gran masa. En muchos casos, la deformación observada supera por mucho la que podría generar solo la materia visible. Esa distorsión actúa como una señal de alarma: allí hay una concentración de masa oculta.

La curvatura de la luz permite mapear materia invisible y ofrece una prueba independiente de que el cosmos contiene mucho más de lo que los telescopios pueden registrar en forma directa.

La tercera clave apunta a la composición. Todo lo conocido en la vida cotidiana y en buena parte del cielo forma parte de la materia ordinaria o bariónica, integrada por átomos con protones y neutrones. La materia oscura no encaja en esa familia.

El astrónomo Diego Bagú, de la Universidad Nacional de La Plata, explicó: “La materia oscura también produce gravedad, pero no está conformada por átomos con protones y neutrones. Es decir, es materia no bariónica, la cual nos hace imposible detectarla”.

Esa diferencia la vuelve especialmente esquiva. Si no interactúa con la luz y tampoco comparte la estructura de la materia común, las herramientas clásicas de observación y medición pierden eficacia.

Aun así, decir que es invisible no implica decir que carece de masa. De hecho, ocurre lo contrario. La materia oscura ocupa espacio y posee masa. Por eso influye en el movimiento de galaxias, cúmulos galácticos y grandes redes cósmicas.

Según la NASA, esa sustancia funciona como una especie de pegamento invisible que mantiene unido al universo. La metáfora ayuda, aunque conviene afinarla: más que unir piezas ya formadas, la materia oscura parece haber ofrecido el andamiaje gravitatorio sobre el cual se organizaron las estructuras cósmicas.

En ese punto aparece la cuarta clave, tal vez la más importante para comprender su relevancia. La materia oscura no solo explica por qué las galaxias no se desarman. También ayuda a entender cómo se formaron y por qué el Universo adquirió su aspecto actual.

Daniel Carpintero, del Instituto de Astrofísica de La Plata (IALP), lo planteó de esta manera: “La teoría cosmológica más aceptada hoy en día predice la densidad de materia que debería tener actualmente el Universo para expandirse a la velocidad que lo hace. Pero esa densidad es mucho mayor que la que se obtiene con la materia visible”.

Sin esa masa oculta, la formación de galaxias pierde una explicación convincente

La imagen que surge de esos datos muestra a la materia oscura como una estructura de base. Bengochea lo expresó con una comparación concreta: “La materia oscura actúa como el andamiaje gravitatorio. Forma halos que crean ‘pozos’ donde cae el gas, se enfría y se forman las galaxias”.

En ese esquema, primero aparece el halo de materia oscura y luego la materia visible se organiza dentro de ese pozo gravitatorio. Sin esa ayuda, la rapidez con la que crecieron las estructuras en el universo temprano resultaría difícil de justificar.

Esa función estructural también permite separarla de la energía oscura, un concepto que suele confundirse con facilidad. La materia oscura atrae por gravedad y favorece la cohesión de galaxias y cúmulos. La energía oscura, en cambio, se asocia con la expansión acelerada del Universo. Una empuja a la unión de estructuras; la otra se vincula con la expansión del espacio a gran escala. Materia oscura y energía oscura no son lo mismo y responden a problemas distintos dentro de la cosmología.

La quinta clave remite a la gran pregunta abierta: de qué está hecha. Esa incógnita sigue intacta. Entre los candidatos más estudiados figuran las partículas WIMP, sigla en inglés de partículas masivas de interacción débil. Según varias teorías, tendrían masa y podrían chocar de forma ocasional con núcleos atómicos comunes, lo que dejaría una señal detectable. Hasta ahora, ningún experimento ofreció una confirmación definitiva.

Uno de los intentos más recientes llegó desde LUX-ZEPLIN (LZ), una colaboración internacional que reúne a 250 científicos e ingenieros de 39 instituciones. Un análisis presentado el 1 de septiembre en la conferencia TeV Particle Astrophysics, en Tendo, Japón, registró un evento inusual que los investigadores no lograron explicar con ninguna fuente conocida.

El trabajo se publicó como preimpresión y fue enviado a Physical Review Letters. Ese resultado no prueba por sí solo la existencia de una partícula de materia oscura, pero sí muestra que la búsqueda sigue activa y que los detectores actuales ya operan en un nivel de sensibilidad extraordinario.

En esa carrera también aparece Ezequiel Alvarez, científico del Conicet especializado en física de altas energías y aprendizaje automático. Alvarez estudió fallas en el detector de ondas gravitacionales LIGO, en Estados Unidos, para inferir nuevas cotas sobre la posible presencia de materia oscura.

“Lograr detectarla en forma directa con un experimento que se active cuando pasa sería un hito fantástico”, afirmó. Su trabajo se concentró en los llamados “glitches”, activaciones de origen desconocido dentro de un instrumento tan sensible que puede reaccionar tanto a colisiones de agujeros negros como a perturbaciones mínimas del entorno. La hipótesis no resolvió el enigma, pero amplió el campo de búsqueda.

El interés por esta cuestión no obedece solo a un afán descriptivo. Si la física identifica por fin la naturaleza de la materia oscura, el impacto sería enorme. Carpintero lo dijo sin rodeos: “Si se llegara a saber de qué está compuesta la materia oscura y pudiera detectarse, sería un cambio de rumbo tan grande como el que impulsaron Kepler, Copérnico, Galileo, Newton, o como el que provocó Einstein”.

Una detección de ese tipo marcaría la aparición de una física que hoy queda fuera del Modelo Estándar, la teoría que organiza el catálogo de partículas y fuerzas conocidas.

Mientras tanto, nuevos instrumentos intentan ampliar el mapa. Entre ellos figura el reciéntemente lanzado telescopio espacial Nancy Grace Roman de la NASA, pensado para estudiar, entre otros temas, la distribución de materia oscura a partir de la microlente gravitacional.

Ese método usa la gravedad como lupa natural para revelar objetos o concentraciones de masa que no emiten luz. Los datos que produzca esa misión pueden aportar piezas valiosas para un rompecabezas que todavía luce incompleto.

La materia oscura conserva, por ahora, su doble condición de certeza e incógnita. Certeza, porque sus efectos gravitatorios aparecen una y otra vez en observaciones independientes. Incógnita, porque nadie logró aislarla, verla o definir su composición.

En esa tensión se juega una parte central de la cosmología actual. Comprenderla no equivale a sumar un dato más sobre el espacio: implica acercarse a la trama profunda que hizo posible galaxias, estrellas, planetas y, en última instancia, el lugar que ocupa la humanidad dentro del Universo.