¿Por qué no podemos ver la materia oscura?

Por cada átomo del universo que forma las estrellas, los planetas o el gas, hay aproximadamente más de cinco veces la llamada materia oscura. Los físicos están muy seguros de que está ahí, pero no pueden encontrarlo, ni siquiera descubrir qué lo compone. No sabremos las razones exactas por las que es tan difícil de ver hasta que respondamos a la pregunta de qué es la materia oscura, pero eso no significa que no sepamos nada en absoluto.

¿Cómo sabemos que la materia oscura es real?

La velocidad a la que los objetos orbitan entre sí depende de su distancia, pero también de su masa. Sabemos qué tan pesado es el Sol observando la velocidad a la que la Tierra y otros planetas lo rodean. Las cosas se vuelven más complejas cuando la masa que controla la velocidad orbital está dispersa, en lugar de en un solo punto, pero los físicos se han vuelto muy buenos resolviendo ese tipo de problemas.

En consecuencia, cuando observamos las velocidades a las que orbitan las estrellas de las galaxias cercanas, o la velocidad a la que viajan las galaxias en el borde de los cúmulos galácticos gigantes, sabemos cuánta masa está causando ese movimiento. Sin embargo, cuando los astrónomos intentan estimar el número de estrellas en esas galaxias y sus masas promedio, las cifras no coinciden. Las estrellas visibles no proporcionan suficiente masa para igualar los efectos que tienen en los objetos en los bordes. Las estimaciones de la masa estelar pueden ser aproximadas: no podemos contar todas las estrellas, pero la discrepancia es demasiado grande para ser un simple submuestreo.

Una pequeña minoría de científicos explica esto argumentando que la gravedad funciona de manera diferente a grandes escalas que nuestros modelos, que se basan en los movimientos de los planetas y lunas dentro del Sistema Solar. Una versión de esta idea ha recibido mucha publicidad, pero la mayoría de los físicos la consideran, en el mejor de los casos, improbable.

Es casi seguro que hay algo ahí fuera que tiene mucha masa, suficiente para deformar el espacio-tiempo de manera que afecte los movimientos de todo lo demás, pero que no podemos ver: en otras palabras, materia oscura.

lentes gravitacionales aportar aún más pruebas. Vemos galaxias que desvían la luz de objetos más distantes, y la desvían mucho más de lo que las estrellas visibles pueden explicar.

Una vez que hubo un acuerdo generalizado sobre la existencia de la materia oscura, se inició la búsqueda para identificar su naturaleza. En ese momento, lo único que sabíamos era que la materia oscura produce efectos gravitacionales (es decir, que tiene masa) y que no podía verse, al menos con los instrumentos que teníamos.

Por qué no podemos verlo depende de lo que sea

Al principio, dos explicaciones contrapuestas eran populares. Una propuesta de materia oscura estaba formada por objetos grandes que no emitían luz. Podrían reflejar luz si estuvieran colocados adecuadamente, pero no estaban lo suficientemente cerca de las estrellas como para reflejar cantidades útiles. Los astrónomos imaginaron una gran cantidad de objetos con la masa de Júpiter deambulando por el espacio entre las estrellas. Estos objetos fueron denominados Objetos de Halo Compactos Masivos (MACHO), siendo los halos aquí pertenecientes a galaxias.

La principal alternativa eran las partículas subatómicas, individualmente ligeras, pero existentes en cantidades tan inimaginables que colectivamente podrían proporcionar la masa faltante. A diferencia de los MACHO, estos fueron llamados WIMP (partículas masivas de interacción débil) donde masivo significa aquí «tiene masa», no «enorme», ya que son todo lo contrario.

Estos ejemplos dejan claro por qué no existe una respuesta universal a la pregunta «¿Por qué no podemos ver la materia oscura?». Si la materia oscura son MACHOs, no podemos verla porque no nos hemos acercado lo suficiente a este tipo de objetos. Si se trata de WIMP, verlos es imposible, pero con el tipo de dispositivo de detección adecuado podemos confirmar la existencia de las partículas.

La hipótesis MACHO está muy en desuso en estos días. Una variedad de indicadores nos dicen que este tipo de objetos constituyen una pequeña proporción de la masa que buscamos, si la hay.

Sin su número opuesto, los WIMP no se llaman así, pero la posibilidad de que existan partículas subatómicas que no conocemos sigue siendo válida. A medida que pasa el tiempo y se descartan cada vez más candidatos para partículas adecuadas, la búsqueda se vuelve un poco frustrante. Sólo una vez que encontremos estas partículas, si lo hacemos, sabremos qué les permitió eludirnos durante tanto tiempo.

Hay algunas categorías de partículas subatómicas que no encajan bajo el paraguas de WIMP, pero que podrían formar materia oscura, como los neutrinos pesados. Aun así, la respuesta es la misma: sólo determinando qué tipo de partícula es responsable podremos decir por qué fue tan difícil de encontrar.

La búsqueda de materia oscura implica mucho más que una pelea entre MACHOs y WIMPs. Se ha propuesto que hay muchos más agujeros negros en los confines de las galaxias de los que conocemos. Es famoso que no podemos ver los agujeros negros porque su gravedad es tan poderosa que ni siquiera la luz puede escapar. Técnicamente, estos coinciden con el acrónimo MACHO, pero se consideran algo diferente.

Encontramos agujeros negros buscando la luz de sus discos de acreción o observando la forma en que arrojan estrellas a su alrededor. En las partes exteriores de las galaxias, donde las estrellas son pocas y el material para formar discos de acreción es escaso, los agujeros negros podrían ser abundantes y nunca lo sabríamos. Hay muchos problemas para explicar de dónde podrían haber venido estos agujeros negros, razón por la cual la idea no ha demostrado ser tan popular como algunas alternativas. Sin embargo, a medida que otras posibilidades desaparecen, ésta podría pasar a primer plano, proporcionando su propia explicación de por qué es difícil encontrar materia oscura.