La materia oscura es una misteriosa sustancia no luminosa que constituye la gran mayoría de la materia del universo. Aunque los expertos han observado los efectos gravitacionales de la materia oscura durante décadas, los científicos siguen desconcertados en cuanto a su verdadera naturaleza.

¿Quién descubrió la materia oscura?

A finales del siglo XIX, los astrónomos empezaron a especular sobre la existencia de un material invisible, ya fueran estrellas tenues o gas y polvo, dispersos por el universo. Los investigadores incluso habían comenzado a estimar su masa, según una revisión de 2018 en la revista Reviews of Modern Physics. La mayoría pensaba que esta misteriosa sustancia era un componente menor de la masa total del cosmos.

No fue hasta 1933 que el astrónomo suizo-estadounidense Fritz Zwicky notó que las galaxias distantes giraban unas alrededor de otras mucho más rápido de lo que debería ser posible dada su materia visible vista en los telescopios. «Si esto se confirmara, obtendríamos el sorprendente resultado de que la materia oscura está presente en mucha mayor cantidad que la materia luminosa», escribió en un artículo publicado en la revista Helvetica Physica Acta ese año.

Pero muchos en el campo permanecieron escépticos de los resultados de Zwicky hasta la década de 1970, cuando los astrónomos Kent Ford y Vera Rubin realizaron estudios detallados de las estrellas en las regiones exteriores de la vecina galaxia de Andrómeda. Estas estrellas orbitaban el núcleo galáctico con demasiada rapidez, casi como si algún material invisible tirara de ellas gravitatoriamente y las empujara, una observación que los científicos no tardaron en observar en galaxias de todo el universo.

Los investigadores no tenían ni idea de en qué consistía esta masa invisible, y algunos astrónomos especularon con que la materia oscura estaba formada por pequeños agujeros negros u otros objetos compactos que emitían muy poca luz como para aparecer en los telescopios. Los resultados se volvieron aún más extraños en la década de 1990, cuando un telescopio espacial llamado Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) demostró que esta materia oscura superaba a la materia visible ordinaria en una proporción de cinco a uno, según la NASA.

Por qué la materia oscura sigue siendo un misterio

Los estudios con telescopios nunca fueron capaces de encontrar suficientes objetos compactos pequeños para explicar esta enorme profusión de material. La mayoría de los astrónomos actuales piensan que la materia oscura probablemente esté formada por partículas subatómicas con propiedades bastante diferentes a las de los protones y neutrones más familiares.

El candidato actual para la materia oscura se llama partícula masiva de interacción débil o WIMP. Estas entidades especulativas no se encuentran en el Modelo Estándar de la física de partículas, que describe casi todas las partículas y fuerzas. Las WIMP serían más parecidas al neutrino fantasma, con la salvedad de que pesarían entre 10 y 100 veces más que un protón. (Se desconoce la masa exacta de los neutrinos, pero son mucho más ligeros que los electrones).

Al igual que los neutrinos, los WIMP sólo interactuarían con dos de las cuatro fuerzas fundamentales del universo: La gravedad y la fuerza débil nuclear, que media en la desintegración de los núcleos atómicos radiactivos. Estas partículas de materia oscura serían eléctricamente neutras, lo que significa que no interactuarían con el electromagnetismo, la base de la luz, y por tanto permanecerían invisibles.

Los físicos han construido enormes detectores y los han colocado a gran profundidad para protegerlos de las interferencias de los rayos cósmicos en sus esfuerzos por detectar las WIMP, pero hasta ahora ningún experimento ha descubierto pruebas de su existencia. En los últimos años, este fracaso ha llevado a algunos en el campo a comenzar a preguntarse si se han dirigido a una salvaje persecución de partículas sin un final real.

Por ello, algunos científicos están dirigiendo su atención a un nuevo candidato a materia oscura llamado axión, que tendría una millonésima o incluso una milmillonésima parte de la masa de un electrón, informó la revista Proceedings of the National Academy of Science. Estas hipotéticas partículas son especialmente atractivas para los investigadores porque también podrían resolver otro problema pendiente en la física, al interactuar potencialmente con los neutrones para explicar por qué pueden sentir los campos magnéticos pero no los eléctricos.

En junio de 2020, los miembros del experimento XENON1T con sede en el Laboratorio Nacional de Gran Sasso (Italia), un detector construido originalmente para intentar capturar WIMPs, anunciaron que habían encontrado una pequeña pero inesperada señal que podría explicarse por la presencia de axiones. Los resultados conmocionaron a la comunidad científica, pero aún no han sido confirmados por otros experimentos.

¿Es real la materia oscura?

Esto significa que los investigadores siguen rascándose la cabeza sobre qué es la materia oscura. Algunos teóricos se han preguntado si existe todo un sector oscuro del universo, con múltiples partículas e incluso fuerzas oscuras que sólo afectan a la materia oscura, similar a la complejidad subatómica que se observa en el cosmos visible.

Al mismo tiempo, una minoría de científicos cree que la materia oscura es un espejismo. Suscriben una idea conocida como versión modificada de la inercia, o MOND, que conjetura que, a grandes escalas, la gravedad actúa de forma diferente a la esperada y esto explica las rotaciones observadas de estrellas y galaxias. Pero la mayoría de los expertos no están convencidos de la necesidad de apartarse tan radicalmente de la física conocida, lo que también exigiría modificar nuestra comprensión de grandes partes de la realidad.

La materia oscura no está, que se sepa, relacionada con la energía oscura, otro misterioso fenómeno responsable de acelerar la expansión del cosmos. Los dos comparten simplemente la palabra «oscura», que los científicos suelen utilizar como marcador de posición para cosas que no entienden del todo.