Materia oscura y energía oscura: los grandes misterios del cosmos.

Lo que no vemos también importa.

A simple vista, el universo parece estar compuesto de estrellas, planetas, galaxias, polvo interestelar y otros objetos que brillan o emiten radiación detectable. Sin embargo, todo eso representa solo una pequeña fracción del total. Los astrónomos han descubierto que más del 95% del universo está compuesto por entidades invisibles que no emiten, absorben ni reflejan luz: la materia oscura y la energía oscura.

Ambas forman los mayores enigmas de la cosmología moderna. A pesar de que no podemos verlas directamente, su existencia se deduce a partir de sus efectos gravitacionales y de la expansión acelerada del universo. Entender qué son la materia oscura y la energía oscura es uno de los grandes desafíos científicos del siglo XXI y podría transformar completamente nuestra concepción del cosmos.

¿Qué es la materia oscura?

La sustancia invisible que da forma al universo.

La materia oscura constituye aproximadamente el 27% del contenido total del universo. Se denomina “oscura” no porque sea negra o tenebrosa, sino porque no emite ningún tipo de radiación electromagnética detectable. Sin embargo, su presencia se infiere por su efecto gravitacional en la materia visible.

Uno de los indicios más contundentes de la existencia de materia oscura proviene del estudio de las galaxias. Cuando los astrónomos observaron la velocidad de rotación de las estrellas en las galaxias espirales, notaron que se movían mucho más rápido de lo que deberían si solo estuviera presente la materia visible. Esto solo podía explicarse si existiera una gran cantidad de masa invisible proporcionando la gravedad necesaria para mantenerlas unidas.

¿De qué está hecha la materia oscura?

Aún no se sabe con certeza. Lo más probable es que esté compuesta por partículas subatómicas desconocidas, diferentes a las que forman los átomos normales. Algunas teorías proponen candidatos como los WIMPs (partículas masivas de interacción débil) o los axiones, partículas hipotéticas extremadamente ligeras. Ninguna ha sido detectada hasta el momento, a pesar de los numerosos experimentos llevados a cabo en laboratorios subterráneos y colisionadores de partículas.

Otra posibilidad es que la materia oscura no esté compuesta de partículas, sino que nuestras leyes de la gravedad estén incompletas y necesiten ser reformuladas a gran escala. Esta idea es aún más radical, pero algunos físicos la consideran plausible si no se encuentran pruebas directas de partículas oscuras en las próximas décadas.

¿Qué es la energía oscura?

El motor de la expansión acelerada.

Mientras que la materia oscura mantiene unidas a las galaxias, la energía oscura parece hacer lo contrario: separarlas. Representa alrededor del 68% del universo y es responsable de que su expansión se esté acelerando, un fenómeno descubierto a finales de los años noventa mediante observaciones de supernovas lejanas.

Antes de este descubrimiento, los cosmólogos pensaban que la gravedad frenaría gradualmente la expansión iniciada tras el Big Bang. Sin embargo, las mediciones mostraron lo contrario: el universo no solo se expande, sino que lo hace cada vez más rápido. Para explicar esto, se introdujo el concepto de energía oscura, una fuerza o entidad que actúa como una presión repulsiva a escala cósmica.

Un concepto misterioso y desconcertante.

La energía oscura es aún más difícil de comprender que la materia oscura. Algunos científicos creen que podría ser una constante cosmológica, una forma de energía inherente al propio espacio vacío. Otros consideran que podría ser una forma dinámica de energía, conocida como «quintessencia», que varía en el tiempo y el espacio.

Hasta ahora, no se ha logrado medirla directamente ni se ha encontrado una teoría completa que la describa. El hecho de que constituya la mayor parte del universo y que aún sepamos tan poco sobre ella subraya lo incompleto de nuestro conocimiento actual del cosmos.

Evidencias observacionales de materia oscura y energía oscura.

Lentes gravitacionales.

Cuando una masa muy grande, como un cúmulo de galaxias, se encuentra entre un objeto lejano y la Tierra, curva la luz que pasa cerca de ella debido a su enorme gravedad. Este fenómeno, conocido como lente gravitacional, revela la presencia de materia oscura al mostrar que hay más masa de la que podemos ver directamente.

Fondo cósmico de microondas.

El fondo cósmico de microondas es la radiación remanente del Big Bang, y su estudio ha proporcionado un mapa del universo primitivo. Las fluctuaciones en esta radiación permiten estimar la proporción de materia oscura y energía oscura en el universo, reforzando los modelos actuales.

Distribución de galaxias.

El modo en que las galaxias se agrupan y distribuyen a gran escala solo puede explicarse si se incluye la influencia gravitatoria de la materia oscura y la presión expansiva de la energía oscura. Simulaciones por ordenador han demostrado que sin estos elementos, el universo no habría adoptado la estructura que observamos hoy.

¿Por qué importan tanto la materia oscura y la energía oscura?

El destino del universo.

La evolución futura del cosmos depende de la naturaleza de estos dos componentes oscuros. Si la energía oscura sigue dominando, el universo podría expandirse eternamente, volviéndose cada vez más frío y vacío en un escenario llamado “Big Freeze”. Si cambia su comportamiento, otras posibilidades más extremas podrían ocurrir, como un colapso cósmico (“Big Crunch”) o una ruptura completa de la estructura del espacio-tiempo (“Big Rip”).

Un reto para la física actual.

El hecho de que más del 95% del universo esté compuesto por elementos que no entendemos plantea un reto existencial para la física. Significa que las teorías que actualmente usamos para describir el cosmos —incluyendo la relatividad general y el modelo estándar de partículas— están incompletas. Resolver el enigma de la materia oscura y la energía oscura podría llevarnos a una nueva revolución científica, comparable a la que supusieron la mecánica cuántica o la relatividad en el siglo XX.

Un universo aún por descubrir.

Aunque la existencia de la materia oscura y la energía oscura está respaldada por múltiples evidencias, su naturaleza sigue siendo uno de los grandes misterios de la ciencia. Estamos apenas arañando la superficie de lo que podría ser una nueva era en la comprensión del universo.

El futuro de la cosmología dependerá de nuestra capacidad para detectar lo invisible y comprender lo que aún escapa a nuestros sentidos. En ese camino, la materia oscura y la energía oscura serán las claves para abrir puertas a nuevos mundos de conocimiento.