Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. La publicación contribuyó con el artículo a Expert Voices: Op-Ed & Insights de Space.com.
Si miras el espacio con un telescopio, verás innumerables galaxias, la mayoría de las cuales albergan grandes agujeros negros centrales, miles de millones de estrellas y los planetas que las acompañan. El universo está repleto de objetos enormes y espectaculares, y podría parecer que estos objetos masivos deberían contener la mayor parte de la materia del universo.
Pero la teoría del Big Bang predice que alrededor del 5% del contenido del universo deberían estar formados por átomos formados por protones, neutrones y electrones. La mayoría de esos átomos no se pueden encontrar en estrellas y galaxias, una discrepancia que ha desconcertado a los astrónomos.
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Si no en estrellas y galaxias visibles, el escondite más probable de la materia es el espacio oscuro entre galaxias. Si bien a menudo se hace referencia al espacio como vacío, no está completamente vacío. Las partículas y átomos individuales están dispersos por el espacio entre estrellas y galaxias, formando una red filamentosa oscura llamada “red cósmica”.
A lo largo de mi carrera como astrónomo, he estudiado esta red cósmica y sé lo difícil que es explicar la materia esparcida por el espacio.
En un estudio publicado en junio de 2025, un equipo de científicos utilizó una técnica de radio única para completar el censo de la materia normal en el universo.
El censo de la materia normal.
El lugar más obvio para buscar materia normal es en forma de estrellas. La gravedad reúne estrellas en galaxias, y los astrónomos pueden contar galaxias en todo el universo observable.
El censo arroja varios cientos de miles de millones de galaxias, cada una formada por varios cientos de miles de millones de estrellas. Las cifras son inciertas porque muchas estrellas acechan fuera de las galaxias. Se estima que hay 1023 estrellas en el universo, o cientos de veces más que la cantidad de granos de arena en todas las playas de la Tierra. Se estima que hay 1082 átomos en el universo.
Sin embargo, esta prodigiosa cifra está muy lejos de explicar toda la materia predicha por el Big Bang. Una contabilidad cuidadosa indica que las estrellas contienen sólo el 0,5% de la materia del universo. Se supone que hay diez veces más átomos flotando libremente en el espacio. Sólo el 0,03% de la materia son elementos distintos del hidrógeno y el helio, incluido el carbono y todos los componentes básicos de la vida.
Mirando entre galaxias
El medio intergaláctico (el espacio entre galaxias) es un vacío casi total, con una densidad de un átomo por metro cúbico, o un átomo cada 35 pies cúbicos. Eso es menos de una milmillonésima parte de la densidad del aire en la Tierra. Incluso a esta densidad tan baja, este medio difuso suma mucha materia, dado el enorme diámetro del universo, de 92 mil millones de años luz.
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El medio intergaláctico es muy caliente, con una temperatura de millones de grados. Esto hace que sea difícil de observar excepto con telescopios de rayos X, ya que gas muy caliente irradia a través del universo en longitudes de onda de rayos X muy cortas. Los telescopios de rayos X tienen una sensibilidad limitada porque son más pequeños que la mayoría de los telescopios ópticos.
Los astrónomos utilizaron recientemente una nueva herramienta para resolver este problema de materia faltante. Las ráfagas de radio rápidas son ráfagas intensas de ondas de radio que pueden emitir tanta energía en un milisegundo como la que emite el Sol en tres días. Descubiertas por primera vez en 2007, los científicos descubrieron que las explosiones son causadas por restos estelares compactos en galaxias distantes. Su energía se agota a medida que las ráfagas viajan por el espacio, y cuando esa energía llega a la Tierra, es mil veces más débil que la señal de un teléfono móvil si se emitiera en la Luna y luego se detectara en la Tierra.
Las investigaciones de principios de 2025 sugieren que la fuente de las explosiones es la región altamente magnética alrededor de una estrella de neutrones ultracompacta. Las estrellas de neutrones son restos increíblemente densos de estrellas masivas que colapsaron bajo su propia gravedad después de una explosión de supernova. El tipo particular de estrella de neutrones que emite ráfagas de radio se llama magnetar, con un campo magnético mil billones de veces más fuerte que el de la Tierra.
Aunque los astrónomos no comprenden del todo las ráfagas de radio rápidas, pueden utilizarlas para explorar los espacios entre galaxias. A medida que las explosiones viajan a través del espacio, las interacciones con los electrones en el gas intergaláctico caliente ralentizan preferentemente las longitudes de onda más largas. La señal de radio se extiende, de forma análoga a la forma en que un prisma convierte la luz del sol en un arco iris. Los astrónomos utilizan la cantidad de dispersión para calcular cuánto gas ha atravesado la explosión en su camino hacia la Tierra.
Rompecabezas resuelto
En el nuevo estudio, publicado en junio de 2025, un equipo de astrónomos de Caltech y el Centro de Astrofísica de Harvard estudiaron 69 ráfagas de radio rápidas utilizando una serie de 110 radiotelescopios en California. El equipo descubrió que el 76% de la materia normal del universo se encuentra en el espacio entre galaxias, otro 15% en los halos de galaxias (el área que rodea las estrellas visibles en una galaxia) y el 9% restante en estrellas y gas frío dentro de las galaxias.
La explicación completa de la materia normal en el universo proporciona una fuerte afirmación de la teoría del Big Bang. La teoría predice la abundancia de materia normal formada en los primeros minutos del universo, por lo que al recuperar el 5% previsto, la teoría pasa una prueba crítica.
Ya se han observado varios miles de ráfagas de radio rápidas, y una próxima serie de radiotelescopios probablemente aumentará la tasa de descubrimiento a 10.000 por año. Una muestra tan grande permitirá que las rápidas ráfagas de radio se conviertan en poderosas herramientas para la cosmología. La cosmología es el estudio del tamaño, la forma y la evolución del universo. Las ráfagas de radio podrían ir más allá de contar átomos y mapear la estructura tridimensional de la red cósmica.
Gráfico circular del universo
Es posible que los científicos tengan ahora una idea completa de dónde se distribuye la materia normal, pero la mayor parte del universo todavía está formada por cosas que no comprenden del todo.
Los ingredientes más abundantes en el universo son la materia oscura y la energía oscura, los cuales no se conocen bien. La energía oscura está provocando la expansión acelerada del universo, y la materia oscura es el pegamento invisible que mantiene unidos las galaxias y el universo.
La materia oscura es probablemente un tipo de partícula fundamental no estudiada previamente y que no forma parte del modelo estándar de física de partículas. Los físicos aún no han podido detectar esta nueva partícula, pero sabemos que existe porque, según la relatividad general, la masa desvía la luz y se ven muchas más lentes gravitacionales de las que la materia visible puede explicar. Con lentes gravitacionales, un cúmulo de galaxias curva y magnifica la luz de una manera análoga a una lente óptica. La materia oscura supera a la materia convencional en más de cinco veces.
Puede que un misterio esté resuelto, pero aún queda un misterio mayor. Si bien la materia oscura sigue siendo enigmática, ahora sabemos mucho sobre los átomos normales que nos componen como humanos y el mundo que nos rodea.