Cuando miras al cielo en una noche clara y sin nubes, ves miles de estrellas brillantes parpadeando en la negrura del espacio. Si tienes un telescopio, también puedes observar planetas, nebulosas coloridas e incluso galaxias lejanas. Al ver este paisaje asombroso, podrías pensar que estás mirando el universo entero. Pero la verdad es mucho más extraña. Todo lo que vemos, conocemos y de lo que estamos hechos (incluyendo estrellas, planetas, árboles, el cuerpo humano e incluso el teléfono inteligente en tu mano), conforma solo alrededor del 5 por ciento del contenido total del universo.

Entonces, ¿de qué está hecho el resto del universo? Los cosmólogos creen que alrededor del 27 por ciento del universo está compuesto por una sustancia misteriosa, invisible y desconocida llamada "Materia Oscura" (Dark Matter) (el 68 por ciento restante pertenece a un fenómeno aún más extraño llamado "Energía Oscura", que es responsable de la expansión acelerada del universo). La materia oscura no interactúa con la luz ni con la materia ordinaria, pero sin ella, el universo tal como lo conocemos hoy nunca se habría formado.

El carrusel galáctico y un extraño descubrimiento Para entender cómo los científicos se dieron cuenta de la existencia de algo que no se puede ver en absoluto, tenemos que remontarnos a la década de 1970. Una destacada astrónoma llamada Vera Rubin estaba estudiando la rotación de las galaxias espirales (similares a nuestra propia Vía Láctea).

Las leyes de la física newtoniana que conocemos en la Tierra dictan que cuanto más te alejas del centro de un sistema en rotación (como el sistema solar), más lenta debería ser la velocidad de rotación de los objetos. Por ejemplo, el planeta Mercurio, que está cerca del sol, gira a una velocidad muy alta, mientras que el distante planeta Neptuno tiene un movimiento mucho más lento. Vera Rubin esperaba ver la misma ley en las galaxias: las estrellas en los bordes exteriores de la galaxia deberían girar mucho más despacio que las estrellas cerca del centro galáctico.

Pero lo que observó conmocionó al mundo de la física. Las estrellas en el borde de la galaxia giraban a la misma velocidad vertiginosa que las estrellas centrales. A tal velocidad, la fuerza gravitatoria de la materia visible (estrellas y gases dentro de la galaxia) no era suficiente para mantener unidas a estas estrellas. Las galaxias deberían haberse desintegrado como un carrusel que gira demasiado rápido, arrojando sus estrellas al espacio infinito. Pero esto no sucedió. Algo invisible, con su inmensamente poderosa atracción gravitatoria, mantenía unidas a estas galaxias. Este "pegamento invisible" es lo que hoy llamamos Materia Oscura.

¿Qué NO ES la Materia Oscura? A veces, para entender un gran misterio, es mejor decir primero qué no es esa cosa. A través de décadas de investigación, los científicos han tachado muchas opciones de la lista:

Si es invisible, ¿cómo sabemos que existe? Te preguntarás, cuando no podemos ver algo con ningún telescopio (óptico, infrarrojo, rayos X o radio), ¿por qué los científicos están tan seguros de su existencia? La respuesta se encuentra en la obra maestra de Albert Einstein, la "Teoría de la Relatividad General".

Einstein demostró que la masa puede curvar el espacio-tiempo. Cuando la luz pasa junto a un objeto muy masivo, su trayectoria se curva. Este fenómeno se llama "lente gravitacional". Al observar cúmulos de galaxias distantes, los astrónomos notaron que la luz de las galaxias detrás de estos cúmulos estaba severamente curvada, estirada y distorsionada (como mirar el entorno a través de un vaso de agua).

Al calcular la cantidad de esta curvatura, los científicos pudieron calcular exactamente cuánta masa debe existir en ese cúmulo de galaxias para crear una lente tan poderosa. ¡El resultado fue asombroso! La masa real del cúmulo de galaxias era docenas de veces mayor que la masa calculada a partir de sus estrellas y gases brillantes. Esta masa masiva e invisible es la "Materia Oscura".

La importancia de la Materia Oscura no se limita a mantener unidas las galaxias; la materia oscura en realidad dio forma a la arquitectura de todo el universo. Poco después del Big Bang, el cosmos era una sopa de partículas muy caliente y relativamente uniforme. Pero dentro de esta uniformidad, había pequeñas fluctuaciones cuánticas. Aquí, la materia oscura jugó el papel de héroe. Dado que la materia oscura no interactuaba con la luz ni con la intensa radiación de esa época, pudo condensarse mucho antes que la materia ordinaria.

Con su gravedad, la materia oscura formó grupos masivos que actuaron como un andamio o esqueleto para el universo. Este andamio creó una red masiva llamada la "Red Cósmica" (Cosmic Web). Luego, la gravedad de estos esqueletos invisibles atrajo materia ordinaria (gases de hidrógeno y helio) hacia ellos. Estos gases se condensaron, se calentaron y dieron a luz a las primeras estrellas y, en última instancia, a las galaxias. Si la materia oscura no existiera, nuestro universo de hoy sería solo un espacio lleno de gas tenue y disperso, y no habría estrellas, planetas ni humanos en él.

Partículas que la ciencia aún no ha encontrado. Si la materia oscura existe, entonces, ¿de qué partícula está hecha? Los físicos de partículas han propuesto varios posibles candidatos para ella, dos de los cuales tienen las mejores posibilidades:

Por supuesto, un pequeño grupo de científicos también cree que podría no haber ninguna partícula nueva en absoluto. Proponen una teoría llamada MOND (Dinámica Newtoniana Modificada), que dice que quizás a escalas galácticas muy grandes, las leyes de gravedad de Newton y Einstein necesitan ser cambiadas y modificadas. Sin embargo, hasta la fecha, la teoría MOND no ha podido explicar todos los fenómenos cósmicos (especialmente el patrón del fondo cósmico de microondas) tan bien como la teoría de la materia oscura.

Te preguntarás, ¿de qué nos sirve en la Tierra entender una sustancia que es invisible y se encuentra en galaxias lejanas? ¿Y por qué es importante este tema para la humanidad?

Ten en cuenta que la ciencia siempre ha buscado descubrir la verdad. Cien años antes de que se escribiera este artículo, cuando los científicos estaban descubriendo la estructura del átomo y la mecánica cuántica, nadie imaginaba que esta investigación algún día llevaría a la invención de transistores, computadoras, internet y teléfonos inteligentes. La materia oscura es el mayor misterio científico del siglo XXI. El descubrimiento de la naturaleza de esta sustancia probablemente requerirá la formulación de leyes completamente nuevas en la física; leyes que podrían cambiar nuestra comprensión de la realidad de la existencia y tal vez, en un futuro lejano, traer tecnologías que hoy ni siquiera podemos imaginar en las historias de ciencia ficción.

La materia oscura nos recuerda lo misterioso y vasto que es nuestro universo y que todavía estamos en el principio de la comprensión de nuestro hogar cósmico. Giramos alrededor de una estrella ordinaria en un pequeño planeta rocoso y nos acabamos de dar cuenta de que el 95 por ciento de la obra de la existencia es interpretada por actores cuyos rostros aún no hemos visto.