El mapa más preciso de la materia oscura avanza nuestra comprensión de la estructura invisible que sostiene el universo | Ciencia

Desde su debut en 2021, el telescopio espacial James Webb ha estado desentrañando algunos de los secretos más fascinantes del universo. Nos ha mostrado gigantes planetarios con una resolución impresionante, ha detectado extraños cuerpos rojos que son agujeros negros y ha presentado la primera imagen de dióxido de carbono fuera de nuestro sistema solar. Este lunes, añade un nuevo hito: el mapa más exhaustivo jamás obtenido de la materia oscura, esa sustancia enigmática que compone el 85% de toda la materia en el cosmos, pero que no emite luz. La cartografía, publicada hoy en Nature Astronomy, muestra no solo los enormes agrupamientos de galaxias, sino también los delgados filamentos de materia oscura que los interconectan y las vacuidades entre ellos.

Un grupo internacional, encabezado por Diana Scognamiglio, investigadora en el 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 estudiada en profundidad durante décadas. El mapa obtenido tiene más del doble de precisión respecto a los anteriores realizados con el telescopio Hubble.

La materia oscura es la sustancia más prevalente del 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 este motivo, es oscura: no se puede observar directamente con telescopios convencionales. Los astrónomos pueden detectarla solo de manera indirecta, observando su efecto gravitacional sobre la materia visible —estrellas, galaxias, gas y polvo— y sobre la luz que viaja a través del universo.

Lo que se sabe es que la materia oscura forma una especie de andamiaje gravitacional invisible que sostiene 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 tienen claro qué es exactamente. Cartografiar su distribución en detalle, como ahora permite hacer el James Webb, es fundamental para entender cómo nació, se desarrolló y sigue transformándose el universo.

La proeza técnica del estudio publicado este lunes es significativa. El equipo analizó las formas de 129 galaxias a través de un fenómeno conocido como lentes gravitacionales débiles. Cuando la luz de galaxias distantes viaja hacia la Tierra, pasa por la materia oscura intermedia, que desvía levemente sus trayectorias. Al medir esas pequeñas desviaciones, los científicos pueden cartografiar la distribución de toda la materia, tanto visible como invisible.

“Lo que hace único nuestro mapa es que detecta estructuras a distancias cósmicas superiores a lo que era posible anteriormente”, señala Scognamiglio a este diario. El James Webb revela formas de galaxias más distantes y tenues que sus predecesores, lo que permite a esas lentes alcanzar épocas cuando el universo apenas contaba con 4.000 millones de años.

El mapa presentado hoy recupera 15 cúmulos de galaxias ya conocidos que habían sido detectados previamente. Sin embargo, descubre nuevas estructuras y abre una ventana hacia el universo joven. Durante la era conocida como “mediodía cósmico”—cuando el universo tenía entre 3.000 y 5.000 millones de años—se produjo la mayor formación estelar en la historia cósmica. Las estructuras que el James Webb identifica en ese período son, en muchos casos, sistemas en formación que aún no contienen gas caliente suficiente 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 los grandes cúmulos entre sí, delineando una red tridimensional a través del espacio. “Estos hallazgos confirman las predicciones del modelo cosmológico actual (ΛCDM) y ofrecen una herramienta poderosa para estudiar cómo la distribución de 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. “Probablemente, esta contribución marca el inicio de una nueva era en la cartografía cósmica de precisión, que permitirá evaluar de manera más eficaz diversas teorías sobre la naturaleza de la materia oscura, un enigma fundamental que sigue sin resolverse”, agrega.

Scognamiglio ya está enfocada en el siguiente paso: reconstrucciones tridimensionales que no solo muestren dónde se ubican las estructuras, sino cuándo fueron formadas. “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 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 nunca antes vistas.