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

Desde su aparición en 2021, el telescopio espacial James Webb ha empezado a desentrañar algunos de los más asombrosos enigmas del universo. Ha demostrado ser capaz de mostrar planetas gigantes con una resolución extraordinaria, ha identificado objetos rojos enigmáticos que resultan ser agujeros negros y ha ofrecido la primera imagen de dióxido de carbono fuera de nuestro sistema solar. Este lunes, añade un nuevo hito: el mapa más detallado que se ha logrado de la materia oscura, esa sustancia misteriosa que representa el 85% de toda la materia en el cosmos, pero que no emite luz. El mapa, divulgado este lunes en Nature Astronomy, no solo muestra los grandes conglomerados de galaxias, sino también las delgadas tuberías de materia oscura que las unen y los espacios vacíos que las rodean.

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

La materia oscura es la forma más abundante de materia en el universo y, paradójicamente, la más enigmática. Representa aproximadamente el 85% de toda la materia existente, pero no emite ni absorbe luz y no interactúa con la radiación electromagnética. Por ello es oscura: no podemos observarla directamente con telescopios convencionales. Los astrónomos logran detectarla solo de manera indirecta, a través de su efecto gravitacional sobre la materia visible —estrellas, galaxias, gas y polvo— y sobre la luz que recorre el universo.

Lo que sí sabemos es que la materia oscura forma una especie de andamiaje gravitacional invisible que mantiene toda la estructura del cosmos: sin ella, no podrían formarse galaxias, las estrellas no se sostendrían en sus órbitas y el universo sería radicalmente distinto. A pesar de décadas de investigaciones, los científicos aún ignoran su naturaleza exacta. Cartografiar su distribución de manera detallada, como permite ahora el James Webb, es fundamental para entender cómo se originó, evolucionó y sigue cambiando el universo.

La hazaña técnica del estudio presentado este lunes es considerable. El equipo midió las formas de 129 galaxias mediante un fenómeno conocido como lentes gravitacionales débiles. Cuando la luz de galaxias distantes se dirige a la Tierra, atraviesa la materia oscura intermedia, que desvía ligeramente sus trayectorias. Al medir estas pequeñas desviaciones, los científicos pueden mapear la distribución de toda la materia, tanto visible como invisible.

“Lo que distingue a nuestro mapa es que detecta estructuras a mayores distancias cósmicas que antes no era posible”, comenta Scognamiglio a este diario. El James Webb puede revelar formas de galaxias más distantes y tenues que sus predecesores, lo que permite observar las lentes en momentos en que el universo tenía apenas 4.000 millones de años.

El mapa publicado este lunes también presenta 15 cúmulos de galaxias previamente conocidos. Sin embargo, descubre nuevas estructuras y abre una ventana hacia el universo joven. Durante la época conocida como “mediodía cósmico”—cuando el universo tenía entre 3.000 y 5.000 millones de años—ocurrió la mayor formación estelar en la historia cósmica. Las estructuras que el James Webb detecta en ese período son, en muchos casos, sistemas aún en formación que no tienen suficiente gas caliente para brillar como otros sistemas, como los rayos X.

El mapa también revela lo que los cosmólogos denominan el “esqueleto cósmico”: filamentos delgados de materia oscura que conectan grandes cúmulos entre sí, delineando una red tridimensional a través del espacio. “Estos hallazgos confirman las predicciones del modelo cosmológico actual (ΛCDM) y proporcionan una herramienta poderosa para estudiar cómo la distribución de la materia oscura en el universo ha moldeado 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, quien no participó en el estudio. “Es probable que esta contribución marque el inicio de una nueva era en la cartografía cósmica de precisión, permitiendo probar de forma más efectiva diversas teorías sobre la naturaleza de la materia oscura, un misterio fundamental aún sin resolver”, añade.

Scognamiglio ya está avanzando en el siguiente paso: reconstrucciones tridimensionales que no solo mostrarán dónde se encuentran las estructuras, sino cuándo se formaron. “La verdadera revolución llegará cuando combinemos estos mapas de materia oscura con las historias detalladas de formación estelar en COSMOS”, enfatiza. “Podremos conectar cómo la materia oscura, el gas y las galaxias crecen juntos durante el mediodía cósmico”.

Misiones futuras como el telescopio Nancy Grace Roman de la NASA y la sonda Euclid de la Agencia Espacial Europea aplicarán estas técnicas a volúmenes mucho mayores del universo, cartografiando la telaraña cósmica a escalas sin precedentes.