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

Desde su introducción en 2021, el telescopio espacial James Webb ha estado revelando algunos de los enigmas más fascinantes del universo. Ha mostrado gigantescos planetas con una claridad impresionante, ha identificado extraños objetos rojos que resultan ser agujeros negros y nos ha brindado la primera imagen de dióxido de carbono fuera de nuestro sistema solar. Este lunes, añade otro hito a su repertorio: el mapa más detallado jamás creado de la materia oscura, esa substancia enigmática que compone el 85% de toda la materia del cosmos, pero que no emite luz. Este trabajo cartográfico, publicado hoy en Nature Astronomy, no solo revela los enormes conglomerados de galaxias, sino que también muestra las delgadas tuberías de materia oscura que los interconectan, así como las regiones vacías entre ellos.

Un equipo internacional encabezado por Diana Scognamiglio, investigadora en el JPL (Laboratorio de Propulsión a Chorro) de la NASA en Pasadena (EE UU), utilizó datos del James Webb sobre el campo COSMOS, una zona del universo que ha sido estudiada en profundidad durante décadas. Este nuevo mapa alcanza más del doble de la precisión comparado con los anteriores obtenidos por el telescopio Hubble.

La materia oscura es la substancia más prevalente en el universo y, curiosamente, la más misteriosa. Constituye aproximadamente el 85% de toda la materia existente, pero no emite ni absorbe luz y no interactúa con la radiación electromagnética. Por esta razón, se le denomina oscura: no es posible observarla directamente con telescopios convencionales. Los astrónomos solo pueden detectarla de manera indirecta, a través de su influencia gravitacional en la materia visible —estrellas, galaxias, gas y polvo— así como en la luz que viaja a través del espacio.

Lo que se ha entendido es que la materia oscura conforma una especie de andamiaje gravitacional invisible que sostiene toda la estructura del cosmos: sin ella, las galaxias no podrían formarse, las estrellas no podrían mantener sus órbitas y el universo sería radicalmente distinto. A pesar de años de investigación, aún no se ha esclarecido qué es exactamente. La capacidad de mapear su distribución en detalle, como permite hacerlo el James Webb, es fundamental para comprender cómo emergió, evolucionó y sigue transformándose el universo.

La hazaña técnica del estudio divulgado este lunes es significativa. El equipo midió 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, la cual desvía levemente sus trayectorias. Al calcular esas pequeñas desviaciones, los científicos pueden mapear la distribución de toda la materia, tanto visible como invisible.

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

El mapa presentado este lunes recupera 15 cúmulos de galaxias ya conocidos que habían sido identificados anteriormente. Sin embargo, también 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—se produjo la mayor formación estelar en toda la historia cósmica. Las estructuras que el James Webb localiza en dicho periodo son, en muchas ocasiones, sistemas en formación que aún no poseen el gas caliente suficiente para brillar junto a otros sistemas, como los rayos X.

El mapa también ilustra lo que los cosmólogos denominan el “esqueleto cósmico”: delgados filamentos de materia oscura que conectan los grandes cúmulos, delineando una red tridimensional en el espacio. “Estos hallazgos confirman las predicciones del modelo cosmológico actual (ΛCDM) y ofrecen una poderosa herramienta 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 facilitará poner a prueba de manera más efectiva diversas teorías sobre la naturaleza de la materia oscura, un misterio fundamental aún sin resolver”, añade.

Scognamiglio ya está en acción para el siguiente paso: reconstrucciones tridimensionales que no solo muestren dónde se encuentran las estructuras, sino también cuándo fueron formadas. “La verdadera revolución llegará cuando combinemos estos mapas de materia oscura con las historias detalladas de formación estelar en COSMOS”, enfatiza. “Así podremos conectar cómo la materia oscura, el gas y las galaxias crecen 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.