Los científicos han descubierto que la materia oscura, la “materia” más misteriosa del universo, obedece a la gravedad en vastas escalas cosmológicas. Esto podría ayudar a descartar la posibilidad de una quinta fuerza fundamental de la naturaleza, pero incluso si no fuera así, ciertamente pone restricciones a la fuerza potencial de esa fuerza.
Se sabe desde hace mucho tiempo que la “materia cotidiana” está formada por átomos, que a su vez están compuestos por protones, neutrones y electrones. También sabemos que estas partículas coinciden con las fuerzas fundamentales conocidas de la naturaleza: el electromagnetismo, la gravedad, la fuerza nuclear fuerte y la fuerza nuclear débil. Sin embargo, lo que ha quedado menos claro es si la materia oscura obedece a estas mismas cuatro fuerzas. De hecho, una de las razones por las que la materia oscura es tan desconcertante es que no parece actuar junto con la luz o la radiación electromagnética. Y si lo hace, lo hace mucho más débilmente que la materia ordinaria. Esto hace que la materia oscura sea efectivamente invisible, lo que significa que la única forma en que los científicos pueden inferir su presencia es observando sus efectos gravitacionales y luego observando cómo actúa como intermediario e impacta la luz y la materia ordinaria.
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Para resolver este enigma y descubrir si la materia oscura podría ser gobernada por una quinta fuerza fundamental, hasta ahora desconocida, investigadores de la Universidad de Ginebra (UNIGE) se propusieron determinar si la materia oscura cae en pozos de gravedad cósmica a grandes escalas, tal como lo hace la materia ordinaria. Estos pozos de gravedad se crean cuando cuerpos de enorme masa hacen que la estructura misma del espacio y el tiempo, unificada como una única entidad de cuatro dimensiones llamada “espaciotiempo”, se deforme (como lo establece la relatividad general). Cuanto mayor es la masa del cuerpo, más extrema es la deformación del espacio-tiempo, más “profundo” es el pozo de gravedad resultante y, por tanto, más fuerte es la influencia gravitacional.
“Para responder a esta pregunta, comparamos las velocidades de las galaxias en todo el universo con la profundidad de los pozos gravitacionales”, dijo en un comunicado Camille Bonvin, miembro del equipo e investigadora de UNIGE. “Si la materia oscura no está sujeta a una quinta fuerza, entonces las galaxias, que en su mayoría están formadas por materia oscura, caerán en estos pozos como la materia ordinaria, gobernada únicamente por la gravedad.
“Por otro lado, si una quinta fuerza actúa sobre la materia oscura, influirá en el movimiento de las galaxias, que luego caerán en los pozos de manera diferente. Comparando la profundidad de los pozos con las velocidades de las galaxias, podemos comprobar la presencia de tal fuerza”.
Con este enfoque y utilizando datos cosmológicos actualizados, el equipo estableció que la materia oscura efectivamente se desliza hacia los pozos de gravedad tal como lo hace la materia ordinaria. Si bien estos hallazgos no proporcionan indicios de una quinta fuerza fundamental de la naturaleza, no pueden descartarla por completo.
“A estas alturas, sin embargo, estas conclusiones aún no descartan la presencia de una fuerza desconocida. Pero si esa quinta fuerza existe, no puede exceder el 7% de la fuerza de la gravedad; de lo contrario, ya habría aparecido en nuestros análisis”, Nastassia Grimm, líder del equipo e investigadora del Instituto de Cosmología y Gravitación de la Universidad de Portsmouth en el Reino Unido.
Si bien estos resultados no cierran el libro sobre una quinta fuerza de la naturaleza que gobierna la materia oscura, sí ayudan a definir mejor las características de esta forma de materia inquietantemente esquiva. Y si existe una quinta fuerza de la naturaleza, probablemente no podrá ocultarse para siempre.
“Próximos datos de los experimentos más recientes, como el LSST [the Legacy Survey of Space and Time conducted by the Vera C. Rubin Observatory and DESI [the Dark Energy Spectroscopic Instrument]serán sensibles a fuerzas tan débiles como el 2% de la gravedad”, afirmó Isaac Tutusaus, miembro del equipo e investigador de la Universidad de Toulouse. “Por lo tanto, deberían permitirnos aprender aún más sobre el comportamiento de la materia oscura”.
La investigación del equipo fue publicada el lunes (3 de noviembre) en la revista Nature Communications.