Todo lo que vemos (estrellas, planetas, gas, nosotros) representa solo una pequeña parte de la materia del universo. El resto no emite ni absorbe luz, pero ejerce gravedad. Se llama materia oscura y es uno de los grandes enigmas de la física.
¿Qué es la materia oscura?
La materia oscura es una forma de materia que no emite, absorbe ni refleja luz detectable pero cuya presencia se deduce por su efecto gravitatorio sobre galaxias, cúmulos y la estructura del universo; según el modelo cosmológico estándar, constituye en torno al 27 % del contenido total de energía y materia del cosmos. No sabemos de qué está hecha. «Oscura» significa que no interactúa con la luz, no que sea negra.
El reparto del universo
Según los datos del satélite Planck (2018), el universo está compuesto aproximadamente por:
| Componente | Porcentaje |
|---|---|
| Energía oscura | ≈ 68 % |
| Materia oscura | ≈ 27 % |
| Materia ordinaria (átomos) | ≈ 5 % |
La materia ordinaria, la que forma estrellas y personas, es una fracción minoritaria. Lo vimos en cómo se originó el universo.
Las pruebas de que existe
1. Cúmulos de galaxias (Zwicky, 1933)
El astrónomo suizo Fritz Zwicky estudió el cúmulo de Coma y observó que las galaxias se movían tan deprisa que el cúmulo debería haberse dispersado si solo hubiera la masa visible. Propuso la existencia de «materia oscura».
2. Rotación de las galaxias (Vera Rubin, años 70)
Vera Rubin y Kent Ford midieron la velocidad de las estrellas en galaxias espirales: las estrellas lejanas del centro giraban igual de rápido que las cercanas, cuando según la gravedad de la materia visible deberían ir más lentas. Eso indica una masa extra distribuida en un halo.
3. Lentes gravitacionales
La gravedad curva la luz. Las deformaciones de las imágenes de galaxias lejanas revelan más masa de la que se ve. El cúmulo Bala (2006), resultado de una colisión de cúmulos, muestra que la masa (deducida por lentes) se separa del gas visible, lo que apoya la existencia de materia no luminosa.
4. El fondo cósmico de microondas y la estructura a gran escala
Los patrones del fondo de microondas y la distribución de galaxias solo se explican bien si hay mucha materia oscura que atrajo la materia ordinaria para formar las galaxias.
¿De qué podría estar hecha?
| Candidata | Idea |
|---|---|
| WIMP | Partículas pesadas que apenas interactúan; durante décadas, la favorita |
| Axiones | Partículas muy ligeras, propuestas para otro problema de la física |
| Neutrinos estériles | Variantes hipotéticas de neutrinos |
| Agujeros negros primordiales | Formados en el universo temprano; con restricciones observacionales |
| Otras partículas del «sector oscuro» | Propuestas diversas |
Los experimentos subterráneos (como LUX-ZEPLIN, XENONnT) llevan años buscándolas sin detección confirmada, lo que ha descartado parte del espacio de posibilidades.
¿Y si no existe?
Una alternativa es modificar la gravedad. La teoría MOND (Modified Newtonian Dynamics, de Mordehai Milgrom, 1983) explica bien la rotación de galaxias sin materia oscura, pero tiene dificultades para explicar los cúmulos y el fondo cósmico. La mayoría de los cosmólogos considera que la materia oscura describe mejor el conjunto de datos, pero la cuestión sigue abierta.
Materia oscura y energía oscura
No son lo mismo. La materia oscura atrae gravitatoriamente y forma halos en torno a las galaxias. La energía oscura es una componente que provoca que la expansión del universo se acelere, descubierta en 1998 mediante supernovas. De ella se sabe aún menos.
Qué significa para nosotros
Que ignoramos la naturaleza de más del 90 % del contenido del universo. Y que la ciencia avanza precisamente porque hay preguntas abiertas. Para el panorama del tiempo y la entropía, mira qué es el tiempo y qué había antes del Big Bang.
Preguntas frecuentes
¿Qué es la materia oscura?<br>Materia que no vemos pero que ejerce gravedad; no sabemos su composición.
¿Cuánta materia oscura hay?<br>Alrededor del 27 % del contenido del universo, según Planck.
¿Se ha detectado?<br>No directamente; solo se ha inferido por sus efectos gravitatorios.
¿Qué diferencia hay entre materia y energía oscura?<br>La materia oscura atrae; la energía oscura acelera la expansión.
Fuentes
- Zwicky, F. (1933). «Die Rotverschiebung von extragalaktischen Nebeln». Helvetica Physica Acta.
- Rubin, V. y Ford, W. K. (1970). «Rotation of the Andromeda Nebula». Astrophysical Journal.
- Clowe, D. et al. (2006). «A direct empirical proof of the existence of dark matter». Astrophysical Journal Letters.
- Planck Collaboration (2020). «Planck 2018 results. VI»: https://arxiv.org/abs/1807.06209
- Bertone, G. y Hooper, D. (2018). «History of dark matter». Reviews of Modern Physics.
- CERN, «Dark matter»: https://home.cern/science/physics/dark-matter
Otro de los grandes protagonistas del cosmos es el agujero negro, del que también hablamos en el blog.
