Un mapa exhaustivo de la materia oscura: un avance hacia la comprensión de la estructura invisible que sostiene el universo | Ciencia

Desde su introducción en 2021, el telescopio espacial James Webb ha estado desentrañando algunos de los enigmas más fascinantes del universo. Ha mostrado planetas gigantes con una resolución impresionante, ha detectado extraños objetos rojos que resultan ser agujeros negros, y ha presentado la primera imagen de dióxido de carbono fuera del sistema solar. Este lunes, alcanza un nuevo hito: el mapa más detallado jamás elaborado de la materia oscura, esa substancia enigmática que compone el 85% de toda la materia en el cosmos, pero que no emite luz. La cartografía, divulgada este lunes en Nature Astronomy, no solo muestra conglomerados masivos de galaxias, sino también las sutiles tuberías de materia oscura que los interconectan y las áreas vacías 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 región del universo que ha sido estudiada durante décadas. El mapa posee más del doble de precisión que las versiones anteriores generadas con el telescopio Hubble.

La materia oscura es la substancia más abundante del universo y, paradójicamente, la más misteriosa. Constituye aproximadamente el 85% de toda la materia que existe, pero no emite ni absorbe luz y no interfiere con la radiación electromagnética. Por ello, es oscura: no puede ser observada directamente mediante telescopios convencionales. Los astrónomos solo pueden detectarla indirectamente, a través de su efecto gravitacional sobre la materia visible —estrellas, galaxias, gas y polvo— y sobre la luz que viaja por el cosmos.

Lo que se conoce 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 haber surgido, las estrellas no mantendrían sus órbitas y el universo se vería radicalmente diferente. A pesar de décadas de investigación, los científicos aún ignoran su naturaleza exacta. Cartografiar su distribución con el detalle que permite el James Webb es vital para comprender cómo nació, evolucionó y sigue transformándose el universo.

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

“Lo que hace único nuestro mapa es que detecta estructuras a distancias cósmicas mayores que lo que antes era posible”, explica Scognamiglio a este diario. El James Webb muestra formas de galaxias más distantes y tenues que sus predecesores, lo que permite identificar esas lentes en épocas cuando el universo tenía apenas 4.000 millones de años.

El mapa divulgado este lunes 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 época conocida como “mediodía cósmico”—cuando el universo tenía 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 no cuentan con suficiente gas caliente para brillar como los otros sistemas, como los rayos X.

El mapa también muestra lo que los cosmólogos llaman el “esqueleto cósmico”: filamentos delgados 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 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 en el Instituto de Física Teórica (CSIC-UAM) en Madrid, quien no participaron en el estudio. “Probablemente, esta contribución marca el inicio de una nueva era en la cartografía cósmica de precisión, que permitirá poner a prueba de manera más eficaz diversas teorías sobre la naturaleza de la materia oscura, un misterio fundamental aún sin resolver”, añade.

Scognamiglio ya está trabajando en el siguiente paso: reconstrucciones tridimensionales que no solo muestren la ubicación de las estructuras, sino también cuándo se formaron. “La verdadera revolución llegará cuando combinemos estos mapas de materia oscura con las narrativas detalladas de formación estelar en COSMOS”, subraya. “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 nunca antes vistas.