La luz se desvía cuando pasa a través del vidrio. Pero el vidrio es visible; puedes ver cómo ocurre la distorsión. La materia oscura es diferente. No puedes verlo en absoluto, pero la luz del universo se curva a su alrededor de la misma manera, deformándose y retorciéndose como la luz a través de un cristal deformado hecho de pura fuerza gravitacional. Ahora, por primera vez, vemos el andamio invisible con un detalle sorprendente.
El Telescopio Espacial James Webb ha creado el mapa de materia oscura de mayor resolución jamás creado, observando una porción de cielo aproximadamente 2,5 veces el área de la Luna llena y encontrando algo notable: donde quiera que mires, la materia oscura y la ordinaria bailan juntas, encerradas en un abrazo gravitacional que construyó todo lo que podemos ver.
Para entender lo que está sucediendo aquí, comencemos con un hecho simple: aproximadamente cinco sextas partes de toda la materia del universo es invisible. Esa materia oscura no emite luz, no la absorbe, no la refleja; simplemente atraviesa la materia ordinaria como un fantasma. Sin embargo, la gravedad lo traiciona. El equipo de la Universidad de Durham, el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA y la Escuela Politécnica Federal de Lausana de Suiza pasó 255 horas observando la luz de galaxias distantes doblarse y distorsionarse a medida que viajaba a través de la red cósmica. La forma de cada galaxia quedó ligeramente deformada por la masa invisible que tenía delante. Si se miden miles de estas sutiles distorsiones, surgirá una imagen.
El Dr. Gavin Leroy, del Instituto de Cosmología Computacional de Durham, describe lo que encontraron: “Al revelar la materia oscura con una precisión sin precedentes, nuestro mapa muestra cómo un componente invisible del Universo ha estructurado la materia visible hasta el punto de permitir el surgimiento de galaxias, estrellas y, en última instancia, la vida misma”. El mapa no muestra sólo grupos aislados. Revela una red cósmica: filamentos que conectan cúmulos de galaxias, subdensidades donde la materia es escasa, estructuras que se extienden a lo largo de miles de millones de años luz.
La resolución de Webb es extraordinaria. Detectó 129 galaxias por minuto de arco cuadrado, casi el doble de lo que logró el Telescopio Espacial Hubble. El resultado es un mapa dos veces más nítido que cualquier mapa producido por el Hubble, que contiene diez veces más galaxias que los estudios terrestres. Estas no son actualizaciones académicas: revelan nuevos detalles sobre la arquitectura del Universo que antes eran literalmente invisibles.
Entre los descubrimientos destacan ahora quince cúmulos de galaxias conocidos que las observaciones anteriores apenas podían detectar. Pero lo más intrigante es que el mapa muestra algo completamente distinto. Entre estas estructuras masivas, el equipo detectó filamentos extendidos de materia oscura, zarcillos que conectan la red cósmica. Estas estructuras son demasiado difusas para brillar en rayos X, demasiado extendidas para formar sobredensidades de galaxias obvias. Sin embargo, las lentes gravitacionales los traicionan. Existen y están rastreando los caminos que siguió la materia normal hace miles de millones de años.
“Este mapa revela el papel invisible pero esencial de la materia oscura”, continúa Leroy, “el verdadero arquitecto del Universo, que organiza gradualmente las estructuras que observamos a través de nuestros telescopios”. Es una descripción adecuada. En el universo primitivo, poco después del Big Bang, tanto la materia oscura como la ordinaria estaban dispersas en una fina capa por el espacio. La materia oscura se aglomeró primero, su gravedad empujó hacia adentro antes que cualquier otra cosa. Luego, la materia ordinaria (el gas y el polvo que se convierten en estrellas y galaxias) se acumuló en los pozos gravitacionales creados por la materia oscura. La materia oscura determinó dónde podrían formarse las galaxias, qué tan grandes crecerían y dónde se agruparían.
Sin esta arquitectura invisible, no habría galaxias, ni estrellas, ni planetas, ni vida. Existimos en cañones gravitacionales tallados por algo que no podemos ver.
El profesor Richard Massey de Durham lo pone en perspectiva: “Dondequiera que se encuentre hoy materia normal en el Universo, también se encuentra materia oscura”. Es más que una observación inteligente: es una declaración sobre la geografía cósmica. La alineación no es aleatoria. Las dos formas de materia han evolucionado juntas, atraídas mutuamente por la gravedad, y cada una moldea el destino de la otra. El siguiente pensamiento de Massey hace que la conexión sea visceral: “Miles de millones de partículas de materia oscura pasan a través de tu cuerpo cada segundo. No hay ningún daño, no nos notan y simplemente continúan”.
La escala es difícil de entender. No se trata de partículas que se ralentizan, interactúan y dejan huellas. Simplemente están de paso: fantasmas indiferentes que fluyen por el cosmos, a través de nosotros, a través de las galaxias. Sin embargo, colectivamente mantienen todo unido. “Pero toda la nube arremolinada de materia oscura alrededor de la Vía Láctea tiene suficiente gravedad para mantener unida a toda nuestra galaxia. Sin materia oscura, la Vía Láctea se desintegraría”, explica Massey. La rotación de la galaxia es tan rápida que la materia ordinaria por sí sola (las estrellas, el gas y el polvo que podemos ver) no proporciona suficiente gravedad para mantenerla fija. La materia oscura llena el vacío, proporcionando el pegamento invisible.
Lo que hace que el logro de Webb sea particularmente sorprendente es cómo ve materia oscura a diferentes distancias cósmicas simultáneamente. El equipo midió galaxias con corrimientos al rojo que alcanzan z ≈ 2, lo que significa que están observando luz que viajó durante más de 10 mil millones de años para llegar a nosotros. A esas distancias, más cerca del comienzo del tiempo cósmico, la materia oscura estaba ensamblando las primeras grandes estructuras del universo, los entornos donde las galaxias se formaban con mayor vigor.
La Dra. Diana Scognamiglio del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA dirigió el trabajo técnico. “Éste es el mapa de materia oscura más grande que hemos creado con Webb, y es dos veces más nítido que cualquier mapa de materia oscura elaborado por otros observatorios”, afirma. La diferencia entre este y los intentos anteriores es casi sorprendente: “Antes, estábamos viendo una imagen borrosa de la materia oscura. Ahora estamos viendo el andamiaje invisible del Universo con un detalle sorprendente, gracias a la increíble resolución de Webb”.
La técnica en sí es elegante pero exigente. Webb no encontró la materia oscura al detectarla; eso sigue siendo imposible. En cambio, los astrónomos midieron cómo la luz se curva a su alrededor, un fenómeno llamado lentes gravitacionales. Cuando observas una galaxia distante, su luz ha viajado por el universo durante miles de millones de años. Si hay materia invisible entre nosotros y esa galaxia, la luz se desvía ligeramente. La galaxia parece ligeramente distorsionada, elíptica en lugar de perfectamente redonda. Esta distorsión es pequeña: sólo un pequeño porcentaje de la forma natural de la galaxia. Medirlo requiere extrema precisión.
La visión infrarroja de Webb resultó esencial. Operando por encima de los efectos borrosos de la atmósfera de la Tierra y mirando en longitudes de onda infrarrojas, puede resolver formas de galaxias con notable claridad. El equipo midió formas a través de múltiples filtros infrarrojos, reduciendo el ruido de la medición. Identificaron casi 800.000 galaxias en el campo COSMOS, llamado así por el Cosmic Origins Survey que ha estado investigando la misma zona del cielo durante varias décadas con diferentes telescopios. Muchas de estas galaxias fueron detectadas por primera vez.
La ciencia no ha terminado; apenas está comenzando. El equipo planea utilizar esta porción de cielo como punto de referencia para futuros mapeos de materia oscura con el telescopio Euclid de la Agencia Espacial Europea y el próximo Telescopio Espacial Nancy Grace Roman de la NASA. Quieren mapear la materia oscura en regiones del cielo mucho más grandes y, en última instancia, en todo el universo. Quieren comprender cómo cambian las propiedades de la materia oscura a lo largo del tiempo cósmico y cómo podría haber evolucionado desde el Big Bang.
Más inmediatamente, el mapa plantea preguntas. Algunos picos de lentes débiles (lugares donde parece concentrarse la materia oscura) no se alinean claramente con la emisión de rayos X del gas caliente de los cúmulos de galaxias, ni con las sobredensidades de las galaxias. Estos podrían representar estructuras dominadas por materia oscura que producen poca luz. O podrían ser el resultado de efectos de proyección, donde se alinean múltiples estructuras a lo largo de la línea de visión. Resulta que el universo es más complejo de lo que sugieren las simples imágenes.
Esto es lo que hace que el mapa sea tan valioso. No sólo confirma las teorías existentes, aunque lo hace: la estrecha correlación entre la ubicación de la materia oscura y ordinaria coincide con las predicciones teóricas. Va más allá y revela finos detalles de la red cósmica que incluso las simulaciones tuvieron dificultades para predecir. Muestra cómo el esqueleto invisible del universo esculpió el cosmos visible, desde los cúmulos de galaxias más grandes hasta estructuras que antes eran demasiado débiles para detectarlas. Capta la materia oscura en el momento en que el universo estaba formando la mayor cantidad de estrellas, en una época llamada mediodía cósmico, cuando la formación estelar alcanzó su punto máximo.
Durante casi un siglo, la materia oscura fue sólo una hipótesis. Los astrónomos notaron que las galaxias giraban demasiado rápido y que la materia visible por sí sola no podía proporcionar suficiente gravedad para mantenerlas unidas. Tenía que haber algo invisible allí, añadiendo peso y manteniendo intactos los sistemas. Durante décadas, la evidencia se acumuló hasta que la materia oscura llegó a ser tan aceptada como cualquier fenómeno invisible en la física (como la propia gravedad, en cierto sentido). Pero la aceptación no es comprensión. Comprenderlo requiere verlo, mapearlo, observar cómo se comporta a través del tiempo y el espacio cósmicos.
Webb ha dado un paso significativo hacia esa comprensión. No detectando la materia oscura directamente (lo que queda fuera del alcance de nuestra tecnología actual), sino revelando su influencia gravitacional con una claridad sin precedentes. La próxima generación de estudios perfeccionará aún más esta imagen y eventualmente creará un mapa tridimensional de la materia oscura en todo el universo observable. Ese mapa nos mostrará los huesos invisibles de la creación, la arquitectura gravitacional que determinó el destino del universo antes de que se encendieran las primeras estrellas.
Hasta entonces, tenemos este mapa: un retrato de la materia invisible con extraordinario detalle, que nos muestra la mano oculta que dio forma a todo lo visible. Es un recordatorio de que el ingrediente más importante del universo es uno que no podemos ver y que ver sus efectos a veces es más revelador que verlo en sí.
Aquí no hay muro de pago
Si nuestros informes lo han informado o inspirado, considere hacer una donación. Cada contribución, sin importar el tamaño, nos permite continuar brindando noticias médicas y científicas precisas, atractivas y confiables. El periodismo independiente requiere tiempo, esfuerzo y recursos; su apoyo garantiza que podamos seguir descubriendo las historias que más le importan.
Únase a nosotros para hacer que el conocimiento sea accesible e impactante. ¡Gracias por estar con nosotros!