El mapa más exhaustivo de la materia oscura: un avance en la comprensión de la estructura invisible que sostiene el universo | Ciencia

Desde su debut en 2021, el telescopio espacial James Webb ha estado desvelando algunos de los secretos más fascinantes del universo. Ha capturado imágenes de gigantes planetas con una resolución asombrosa, ha identificado objetos rojos inusuales que corresponden a agujeros negros y ha proporcionado la primera imagen de dióxido de carbono fuera de nuestro sistema solar. Este lunes, añade un nuevo hito a su lista de logros: el mapa más detallado logrado hasta ahora de la materia oscura, esa sustancia enigmática que representa el 85% de toda la materia en el cosmos, pero que no emite luz. La cartografía, que se publicó este lunes en Nature Astronomy, no solo revela conglomerados masivos de galaxias, sino también las delgadas tuberías de materia oscura que los interconectan y las áreas vacías entre ellos.

Un equipo internacional dirigido por Diana Scognamiglio, investigadora en el JPL (Laboratorio de Propulsión a Chorro) de la NASA en Pasadena (EE.UU.), utilizó observaciones del James Webb sobre el campo COSMOS, una región del universo que ha sido minuciosamente estudiada durante décadas. Este mapa posee más del doble de la precisión en comparación con los previos generados por el telescopio Hubble.

La materia oscura es la forma más predominante de materia en el universo y, curiosamente, la más enigmática. Constituye aproximadamente el 85% del total de materia que existe, pero no emite ni absorbe luz y tampoco interactúa con la radiación electromagnética. Por ello es oscura: no podemos visualizarla directamente con telescopios convencionales. Los astrónomos únicamente pueden detectarla de manera indirecta, observando sus efectos gravitacionales sobre la materia visible —estrellas, galaxias, gas y polvo— y sobre la luz que se desplaza a través del universo.

Lo que entendemos es que la materia oscura forma una especie de andamiaje gravitacional invisible que sostiene la estructura del cosmos: sin ella, no podrían formarse las galaxias, las estrellas no se mantendrían en sus órbitas y el universo sería drásticamente diferente. A pesar de décadas de estudios, los científicos aún ignoran su verdadera naturaleza. La posibilidad de cartografiar su distribución de manera tan detallada, como ahora lo permite el James Webb, es vital para comprender cómo se originó, evolucionó y sigue transformándose el universo.

El logro técnico del estudio divulgado este lunes es significativo. El equipo analizó las formas de 129 galaxias utilizando un fenómeno conocido como lentes gravitacionales débiles. Cuando la luz de galaxias distantes se desplaza hacia la Tierra, atraviesa la materia oscura intermedia, que desvía ligeramente su trayectoria. Al medir esos sutiles desvíos, los científicos pueden mapear la distribución de toda la materia, tanto visible como invisible.

“Lo que distingue a nuestro mapa es su capacidad para detectar estructuras a distancias cósmicas mayores de lo que antes se había logrado”, explica Scognamiglio a este diario. El James Webb destapa formas de galaxias más lejanas y tenues que sus predecesores, lo que permite que esas lentes alcancen épocas en las que el universo era solo de 4.000 millones de años.

El mapa publicado este lunes recupera 15 cúmulos de galaxias ya conocidos que se habían detectado previamente. Sin embargo, también descubre estructuras nuevas y abre una perspectiva hacia el universo joven. Durante la época denominada “mediodía cósmico”—cuando el universo poseía entre 3.000 y 5.000 millones de años—se produjo la mayor formación estelar de toda la historia cósmica. Las estructuras que el James Webb identifica en esa época son, en muchos casos, sistemas en formación que aún carecen del gas caliente necesario para brillar como otros sistemas, como los rayos X.

El mapa también revela lo que los cosmólogos denominan el “esqueleto cósmico”: delgados filamentos de materia oscura que conectan grandes cúmulos entre sí, delineando una red tridimensional a través del espacio. “Estos hallazgos corroboran las predicciones del modelo cosmológico actual (ΛCDM) y brindan una herramienta poderosa para investigar cómo la distribución de materia oscura en el universo ha influido en la formación de galaxias y la estructura a gran escala del cosmos”, señala Alberto Casas, investigador del Instituto de Física Teórica (CSIC-UAM), en Madrid, que no participó en el estudio. “Sin duda, esta contribución podría marcar el inicio de una nueva era en la cartografía cósmica de precisión, que facilitará la verificación más efectiva de diversas teorías sobre la naturaleza de la materia oscura, un enigma fundamental aún no resuelto”, añade.

Scognamiglio ya está trabajando en el siguiente objetivo: construir reconstrucciones tridimensionales que no solo indiquen la ubicación de las estructuras, sino también el momento en que se formaron. “La verdadera revolución vendrá cuando amalgamemos estos mapas de materia oscura con relatos detallados de formación estelar en COSMOS”, subraya. “Podremos conectar cómo la materia oscura, el gas y las galaxias crecen en conjunto durante el mediodía cósmico”.

Próximas misiones, como el telescopio Nancy Grace Roman de la NASA y la sonda Euclid de la Agencia Espacial Europea, implementarán estas técnicas en volúmenes considerablemente más grandes del universo, cartografiando la telaraña cósmica a escalas sin precedentes.