En el modelo Lambda-CDM que los cosmólogos utilizan actualmente para describir el universo, la materia ordinaria —los átomos que forman las estrellas, los planetas y las personas— suma solo el 5 % de todo lo que existe. La materia oscura, una forma de masa que nadie ha detectado jamás directamente, llega al 26,8 %, más de cinco veces esa cantidad, y el 68,2 % restante corresponde a la energía oscura, un misterio aparte que este artículo solo menciona de paso.
Nadie ha aislado una partícula de materia oscura, la ha fotografiado ni ha explicado exactamente de qué está hecha. Lo que convenció a los científicos de que existe en absoluto es aproximadamente un siglo de indicios indirectos: galaxias que giran más rápido de lo que deberían, cúmulos de galaxias que ejercen mucha más gravedad de la que su materia visible puede aportar, y luz que se curva alrededor de concentraciones de masa que no emiten luz propia. Este artículo recorre el origen de cada uno de esos indicios, en el orden en que los astrónomos realmente los descubrieron.
Un nombre acuñado antes de cualquier prueba
El propio término es más antiguo que la mayoría de las pruebas que lo respaldan. En 1906, el matemático y físico francés Henri Poincaré empleó la expresión matière obscure —literalmente «materia oscura»— al comentar una estimación anterior de Lord Kelvin, quien había sugerido que muchas de las innumerables estrellas cercanas al Sol podrían ser cuerpos oscuros y no luminosos en lugar de brillantes. El ensayo de Poincaré se publicó décadas antes de las mediciones de cúmulos de Fritz Zwicky o los estudios de galaxias de Vera Rubin: los astrónomos tenían una palabra para el misterio mucho antes de tener pruebas de él.
Una galaxia en rotación aporta la primera pista
Los primeros datos concretos provinieron de Vesto Slipher, quien apuntó un telescopio hacia la galaxia de Andrómeda en 1914 y realizó lo que fueron las primeras mediciones relacionadas con lo que los astrónomos hoy llaman una curva de rotación galáctica: cómo cambia la velocidad orbital con la distancia al centro de una galaxia.
Slipher encontró algo extraño: las estrellas de un lado del bulbo central de Andrómeda se acercaban a la Tierra a unos 320 kilómetros por segundo, mientras que las del lado opuesto se movían a solo unos 280 kilómetros por segundo. Esa discrepancia no era por sí sola una prueba de materia oscura, pero fue una señal temprana de que las galaxias espirales no giran de forma tan simple como lo hace un sistema solar, y planteó una pregunta que tardaría décadas en resolverse adecuadamente.
El astrónomo que pesó un cúmulo y lo encontró insuficiente
Fritz Zwicky llevó el rompecabezas un paso más allá en 1933. El astrofísico suizo, que trabajaba en Caltech, estudió un cúmulo de galaxias e intentó calcular su masa de dos maneras distintas: primero sumando la luz proveniente de sus galaxias miembro, y luego midiendo la velocidad con la que esas galaxias se movían unas respecto a otras bajo la gravedad del cúmulo. Los dos resultados no coincidían.
La estimación de Zwicky basada en la velocidad arrojó unas 400 veces más masa de la que podían explicar las galaxias visibles, una brecha demasiado grande para explicarla solo con estrellas y gas ordinarios. Concluyó que la mayor parte del material gravitante del cúmulo debía de ser materia oscura e invisible, una idea que tuvo que esperar a instrumentos mejores antes de que el resto de la astronomía la tomara en serio.
La mujer que tuvo que luchar para poder observar
Vera Rubin se topó con un obstáculo incluso antes de acercarse al rompecabezas de la rotación galáctica: simplemente conseguir tiempo de telescopio. Mientras trabajaba en la Institución Carnegie, solicitó en 1965 tiempo de observación en el Observatorio Palomar, convirtiéndose en la primera astrónoma a la que se le permitió observar allí.
Una década después tuvo la oportunidad de resolver la pregunta más importante. Junto con el astrónomo Kent Ford, Rubin presentó sus resultados ante la Sociedad Astronómica Estadounidense en 1975: en las galaxias espirales, las estrellas cercanas al borde se mueven a una velocidad casi igual a la de las estrellas más cercanas al centro, sin importar cuán lejos se encuentren, lo que significa que la masa de la galaxia sigue aumentando mucho después del punto donde terminan las estrellas visibles. Ese es exactamente el tipo de masa adicional e invisible que Zwicky había inferido a partir de los cúmulos de galaxias, ahora medida directamente dentro de galaxias individuales.
Curvar la luz para cartografiar lo invisible
La gravedad hace algo más útil: curva la luz. La materia oscura no se puede fotografiar directamente, pero una investigación publicada en Nature identifica las lentes gravitacionales como la forma más eficaz de detectarla: la luz de galaxias distantes se curva al pasar junto a concentraciones de masa en primer plano. Como el efecto depende únicamente de la gravedad, capta tanto la materia oscura como la materia ordinaria por igual, lo que la convierte en una de las pocas herramientas capaces de rastrear dónde se encuentra realmente toda la masa del universo.
Esa técnica ha producido algunos mapas de masa detallados. Un equipo internacional analizó imágenes que cubrían cinco zonas del cielo —una superficie combinada equivalente a unas 2200 lunas llenas colocadas una junto a otra— que contenían aproximadamente 15 millones de galaxias, y rastreó cómo la gravedad de la red cósmica curvaba su luz. Por separado, un equipo que utilizó el Cosmic Evolution Survey (COSMOS) del telescopio espacial Hubble, el mayor estudio del universo que ha realizado el telescopio, con la participación de 70 astrónomos dirigidos por Nick Scoville, del Caltech, construyó un mapa tridimensional de la distribución de la materia oscura usando el mismo principio de lentes.
Tampoco los dos enfoques coinciden siempre con otros métodos. El equipo del estudio de campo amplio descubrió que su propia estimación de cuánto se agrupa la materia en todo el cosmos resultó muy por debajo de la cifra calculada a partir de las observaciones del satélite Planck, una discrepancia que los científicos todavía están tratando de resolver.
Un eco del universo primitivo
La materia oscura también dejó huellas en la luz más antigua del universo. El fondo cósmico de microondas —luz liberada cuando el universo tenía aproximadamente 375.000 años— contiene diminutas diferencias de temperatura que revelan cómo la materia, incluida la materia oscura, ya empezaba a agruparse en esa etapa temprana.
El satélite Cosmic Background Explorer (COBE) de la NASA detectó por primera vez esas diminutas diferencias de temperatura en todo el cielo en 1992, y misiones posteriores perfeccionaron la imagen. La propia cronología de la NASA sitúa esa instantánea dentro de un universo que lleva evolucionando 13,77 mil millones de años, tiempo suficiente para que la gravedad haya llevado pequeñas fluctuaciones del universo primitivo hacia las galaxias, los cúmulos y la red cósmica que los astrónomos cartografían hoy.
Una teoría rival y una búsqueda que continúa
No todos los astrofísicos están convencidos de que la materia oscura sea la respuesta correcta. Durante décadas, los investigadores han medido más atracción gravitacional en el espacio de la que puede explicar la materia visible o conocida, y la solución habitual ha sido suponer que una masa invisible llena ese vacío. Una minoría sostiene, en cambio, que el problema real está en la propia ley de la gravedad: las galaxias parecen incumplir reglas que se remontan al trabajo de Isaac Newton a finales de la década de 1600, lo que ha mantenido viva la dinámica newtoniana modificada, o MOND, como explicación rival.
Mientras tanto, la búsqueda directa de una partícula de materia oscura continúa. A finales de 2025, el detector de materia oscura LZ descartó las interacciones WIMP con secciones transversales superiores a 9 GeV/c2 como posible explicación, y también informó de la primera detección confirmada de neutrinos solares de boro-8 mediante un proceso relacionado llamado dispersión elástica coherente neutrino-núcleo. Sea cual sea la explicación que finalmente prevalezca, la búsqueda de la masa perdida del universo sigue muy activa.
Fuentes
- Una predicción única de la «gravedad modificada» pone en duda la materia oscura | ScienceDaily
- La materia oscura podría ser más uniforme de lo esperado | ESO
- Resumen de WMAP - NASA Science
- ESA - Primer mapa 3D del andamiaje de materia oscura del universo
- Los mapas de materia oscura revelan el andamiaje cósmico | Nature
- Wikipedia: Materia oscura
- Wikipedia: Vera Rubin
- Wikipedia: Curva de rotación galáctica