Dónde se puede encontrar materia oscura

Ilustración de una galaxia enana vista desde un exoplaneta

Dónde se puede encontrar materia oscura

La materia oscura es el ingrediente principal de todas las galaxias, pero su naturaleza (junto con el de la energía oscura) sigue siendo uno de los mayores misterios de la física contemporánea. Aunque la materia oscura nunca ha sido observada de manera directa, su existencia resulta imprescindible para que las estrellas se mantengan agrupadas en una galaxia o para que las galaxias
permanezcan asociadas en cúmulos. Las observaciones astronómicas indican que casi una cuarta parte del Universo actual está constituido por esta materia oscura. En las galaxias enanas, la materia oscura puede llegar a constituir el 99 % de su masa total.

Galaxia del Horno [Fornax]

Aunque nadie sabe a ciencia cierta qué es la materia oscura, la opinión generalizada es que está constituida por partículas, más o menos exóticas, que están sujetas a la fuerza de la gravedad y que tienen poca agitación térmica, por eso se suele hablar de ‘materia oscura fría’.

En el modelo cosmológico estándar (denominado 'Lambda-CDM'), tras la Gran Explosión (Big Bang) la materia oscura forma grandes nubes que, al interactuar con la materia ordinaria, forma las galaxias. La evolución que sigue el Universo según este modelo puede simularse mediante cálculos numéricos en potentes ordenadores llevando a la predicción, entre muchas otras, que la concentración de materia oscura debe aumentar conforme nos acercamos al centro de las galaxias.

Dos galaxias enanas

Para verificar esta predicción de la teoría del Big Bang, los astrónomos han analizado la distribución de materia oscura en dos de las galaxias esferoidales enanas más próximas de la Vía Láctea: las situadas en las constelaciones australes de Fornax (el Horno) y de Sculptor (el Escultor). Cada una de estas galaxias contiene entre uno y diez millones de estrellas, un número muy modesto cuando se compara con los 400.000 millones que contiene la Vía Láctea.

Su proximidad, que permite alcanzar un mayor detalle en las observaciones, y su alto contenido en materia oscura, que acentúa sus efectos gravitatorios, hace de las galaxias de Fornax y Sculptor unos candidatos ideales para llevar a cabo un estudio de este tipo. Sin embargo, según reconoce el propio Peñarrubia, las estrellas se mueven en el seno de estas galaxias como “abejas en un panal” y no siguen las órbitas mucho más ordenadas que llevan en las galaxias espirales. Ello complica enormemente las medidas de la masa en diferentes regiones de las galaxias enanas.

Materia oscura: ¿no tan fría como se piensa?

Los astrónomos Walker y Peñarrubia que estudiaron este tema, midieron las posiciones, velocidades y composiciones químicas de varios miles de estrellas y, gracias a estos datos, han llegado a demostrar que en ambas galaxias la materia oscura está distribuida de manera bastante uniforme sobre extensiones de varios centenares de años-luz. En ninguna de las dos galaxias encontraron que la concentración de materia oscura aumente conforme nos acercamos a sus regiones centrales, contradiciendo así algunas predicciones de la teoría estándar del Big Bang.

Las implicaciones de este trabajo tienen un gran alcance. Una posibilidad es que haya alguna interacción desconocida (y suficientemente intensa) entre la materia ordinaria y la oscura que propicie una redistribución de esta última desde el centro hacia las regiones más externas de las galaxias. Pero tampoco puede descartarse que quede algún fenómeno básico aún por comprender en la teoría del Big Bang. Es cierto que la versión estándar de esta teoría (‘Lambda-CDM’) tiene dificultades para describir la distribución de masa en los cúmulos de galaxias y en el interior de las galaxias individuales. Sin embargo, el éxito de la teoría del Big Bang describiendo la distribución del Universo a gran escala está fuera de toda duda.

Los nuevos resultados sugieren que la materia oscura quizás no sea 'fría', pues una cierta agitación térmica en el seno de esta materia podría explicar su distribución uniforme en galaxias. Naturalmente, el estudio de un número mayor de galaxias con diferentes características llevará a encontrar más pistas sobre la naturaleza de esta enigmática substancia.

Distribución de materia oscura en el cúmulo Abell2744