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

Desde su lanzamiento en 2021, el telescopio espacial James Webb ha estado desvelando algunos de los secretos más fascinantes del universo. Nos ha mostrado planetas gigantes con una resolución impresionante, ha identificado extraños objetos rojos que resultan ser agujeros negros y ha presentado la primera imagen de dióxido de carbono fuera de nuestro sistema solar. Hoy lunes, añade un nuevo hito: el mapa más detallado que se haya logrado de la materia oscura, una sustancia enigmática que forma el 85% de toda la materia en el cosmos, pero que no emite luz. Esta cartografía, publicada hoy en Nature Astronomy, destaca no solo los grandes conglomerados de galaxias, sino también las delgadas tuberías de materia oscura que los interconectan y las regiones vacías que existen entre ellos.

Un equipo internacional, encabezado por Diana Scognamiglio, investigadora del 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 estudiada en profundidad durante varias décadas. Este mapa tiene más del doble de precisión que los anteriores generados con el telescopio Hubble.

La materia oscura es la sustancia más abundante del universo y, a la vez, la más misteriosa. Representa aproximadamente el 85% de toda la materia existente, pero no emite ni absorbe luz y no interfiere con la radiación electromagnética. Por ello, es oscura: no podemos observarla directamente con telescopios convencionales. Los astrónomos solo tienen la posibilidad de detectarla de manera indirecta, a través de su influencia gravitacional sobre la materia visible —estrellas, galaxias, gas y polvo— y sobre la luz que se desplaza por el universo.

Lo que se ha confirmado es que la materia oscura forma un tipo de andamiaje gravitacional invisible que soporta toda la estructura del cosmos: sin ella, las galaxias no podrían formarse, las estrellas no se mantendrían en sus órbitas y el universo sería radicalmente distinto. A pesar de años de investigación, los científicos aún no han logrado determinar qué es exactamente. Cartografiar su distribución con el nivel de detalle que permite el James Webb es vital para comprender cómo se originó, evolucionó y sigue transformándose el universo.

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

“Lo que hace singular nuestro mapa es que detecta estructuras a mayores distancias cósmicas de lo que antes había sido posible”, explica Scognamiglio a este diario. El James Webb muestra formas de galaxias más distantes y sutiles que sus predecesores, permitiendo a esas lentes llegar a periodos cuando el universo tenía únicamente 4.000 millones de años.

El mapa presentado este lunes incluye 15 cúmulos de galaxias que ya eran conocidos y habían sido detectados anteriormente. Sin embargo, también identifica estructuras nuevas, ofreciendo una ventana hacia el universo joven. Durante lo que se conoce como “mediodía cósmico”—cuando el universo contaba con entre 3.000 y 5.000 millones de años—se produjo la mayor formación estelar en toda la historia cósmica. Las estructuras que el James Webb identifica en ese periodo son, en muchos casos, sistemas en formación que aún no poseen suficiente gas caliente para brillar como otros sistemas, como los rayos X.

El mapa también pone de manifiesto lo que los cosmólogos llaman el “esqueleto cósmico”: filamentos delgados de materia oscura que conectan los grandes cúmulos mutuamente, delineando una red tridimensional en el espacio. “Estos resultados confirman las predicciones del modelo cosmológico actual (ΛCDM) y proporcionan 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”, menciona Alberto Casas, investigador del Instituto de Física Teórica (CSIC-UAM) en Madrid, quien no participó en el estudio. “Este aporte podría marcar el comienzo de una nueva era en la cartografía cósmica de precisión, que permitirá probar de manera más efectiva diversas teorías sobre la naturaleza de la materia oscura, un enigma fundamental aún no resuelto”, complementa.

Scognamiglio ya se encuentra trabajando en el siguiente paso: reconstrucciones tridimensionales que no solo mostrarán la ubicación de las estructuras, sino también cuándo se formaron. “La auténtica revolución se producirá 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 evolucionan juntas durante el mediodía cósmico”.

Futuras misiones, 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.