¿Qué es la materia oscura y cómo afecta el movimiento de las galaxias?

La ciencia es capaz de describir la evolución del cosmos desde sus fases observables iniciales y, a pesar de ello, ignora la verdadera esencia de gran parte de su contenido. De acuerdo con los cálculos vigentes, la materia convencional abarca en torno al 5 % de la totalidad cósmica, mientras que el porcentaje restante corresponde a la energía oscura y a la materia oscura. A continuación se presentan diez de los grandes enigmas que continúan vigentes, los indicios que los respaldan y las razones por las cuales aún carecen de una resolución concluyente.

1. ¿Qué es la materia oscura?

Los astros que se localizan en las periferias de numerosas galaxias giran a una velocidad superior a la prevista si únicamente interviniese la fuerza gravitatoria de la materia perceptible. Asimismo, los destellos provenientes de galaxias distantes experimentan una desviación al cruzar áreas donde da la impresión de que existe una cantidad de masa mayor que la detectable a simple vista.

La explicación más aceptada es que existe materia oscura, que constituiría aproximadamente el 27 % del contenido del universo. Su gravedad ayuda a explicar cómo se formaron las galaxias, pero nadie ha identificado aún la partícula —o el fenómeno— responsable. Los experimentos buscan señales de ella en detectores y aceleradores, mientras los astrónomos comprueban hasta dónde pueden llegar otras explicaciones de la gravedad.

2. ¿Qué impulsa la expansión acelerada del universo?

Las observaciones de supernovas lejanas indican que la expansión del universo se acelera. A la causa desconocida se la llama energía oscura, y se calcula que representa alrededor del 68 % del contenido cósmico.

Podría ser una propiedad constante del espacio o un fenómeno que cambia con el tiempo. La diferencia es decisiva: de ella depende cómo evolucionará el universo a muy largo plazo. Medir con mayor precisión la distancia y distribución de las galaxias puede ayudar a distinguir entre esas posibilidades, pero todavía no se sabe qué es la energía oscura.

3. ¿Por qué las mediciones de la expansión no coinciden?

Hay un par de métodos esenciales para calcular la tasa actual de expansión. Por un lado, se analiza la radiación remanente de los albores del cosmos, lo que arroja una cifra cercana a 67 o 68 kilómetros por segundo por megapársec. Por otro lado, se calculan las distancias hasta supernovas y astros bastante próximos, arrojando una cifra que ronda los 73 en idénticas unidades.

Esta discrepancia se conoce como tensión de Hubble. Puede deberse a errores aún no detectados en las mediciones, a supuestos incompletos de los modelos o a algún fenómeno físico desconocido. La cuestión permanece abierta porque mejorar una medición no basta: también hay que explicar por qué los distintos métodos ofrecen resultados diferentes.

4. ¿Qué ocurrió en los primeros instantes del universo?

El universo observable tiene unos 13 800 millones de años. Sabemos mucho sobre su evolución posterior, pero es más difícil reconstruir sus instantes iniciales. Una propuesta sostiene que, al comienzo, el espacio atravesó una fase de expansión extraordinariamente rápida, llamada inflación cósmica.

Esta idea contribuye a comprender la razón por la cual zonas sumamente distantes muestran características similares y de qué manera leves alteraciones iniciales lograron formar las galaxias. Pese a ello, todavía no se ha descubierto el proceso que habría desencadenado dicha expansión, ni tampoco se ha verificado de manera definitiva una huella propia de este fenómeno. Asimismo, ignoramos si la inflación representa el origen absoluto o meramente una fase inicial.

5. ¿Por qué existe más materia que antimateria?

Cuando una partícula de materia encuentra su correspondiente antipartícula, ambas pueden aniquilarse. Si el universo primitivo hubiera producido exactamente las mismas proporciones de materia y antimateria y las dos se hubieran comportado de manera perfectamente simétrica, resultaría difícil explicar la materia que hoy conforma estrellas, planetas y organismos vivos.

Los experimentos han observado ciertas diferencias de comportamiento entre partículas y antipartículas, pero las conocidas hasta ahora no parecen suficientes para explicar el desequilibrio cósmico. Descubrir su origen exigiría comprender mejor qué sucedió en las primeras etapas del universo.

6. ¿Cómo se unen la gravedad y la física cuántica?

La relatividad general describe con gran precisión la gravedad a escala de planetas, estrellas y galaxias. La física cuántica explica el comportamiento de partículas y átomos. Ambas teorías funcionan extraordinariamente bien en sus respectivos ámbitos, pero no encajan de manera completa cuando se intenta describir situaciones extremas, como el interior de un agujero negro.

La búsqueda de una teoría cuántica de la gravedad intenta solucionar esa contradicción. El obstáculo principal resulta ser de índole experimental: por lo general, los fenómenos que posibilitarían diferenciar las diversas hipótesis se manifiestan con una escala diminuta o acontecen en escenarios cuya reproducción actual resulta inviable.

7. ¿Qué pasa con los datos que caen dentro de un agujero negro?

Los agujeros negros pueden crecer al absorber materia. Según los cálculos teóricos, también podrían emitir lentamente radiación y, con el tiempo, evaporarse. Surge entonces una pregunta: ¿qué ocurre con la información sobre aquello que cayó en ellos?

La física cuántica señala que dichos datos no tendrían por qué perderse de este modo, aunque aún carecemos de un argumento totalmente probado sobre su preservación o rescate. Aclarar este misterio tal vez arroje luz acerca de la gravedad cuántica. Al mismo tiempo, se requiere prudencia, ya que la desaparición total de un agujero negro jamás ha sido presenciada de forma directa.

8. ¿De dónde procede la masa de los neutrinos?

Los neutrinos son corpúsculos sumamente numerosos que cruzan la materia experimentando mínimas interacciones. Las investigaciones demuestran que son capaces de mutar de una variedad a otra durante su desplazamiento. Dicha conducta señala que tienen masa, por mínima que sea.

Lo que falta por entender es el origen de esa masa y el valor exacto de la masa de cada tipo de neutrino. Los investigadores estudian neutrinos producidos por el Sol, la atmósfera y experimentos terrestres para averiguar si estas partículas ofrecen pistas sobre procesos aún desconocidos.

9. ¿Qué produce todas las ráfagas rápidas de radio?

Las ráfagas rápidas de radio son emisiones intensas que duran apenas milisegundos y llegan, en muchos casos, desde galaxias lejanas. Algunas se repiten; otras solo se han detectado una vez.

Una ráfaga observada en nuestra galaxia vinculó al menos parte de estos fenómenos con magnetares, estrellas de neutrones dotadas de campos magnéticos extraordinariamente intensos. Aun así, no está demostrado que todos los episodios tengan el mismo origen ni se comprende por completo cómo se libera tanta energía en tan poco tiempo.

10. ¿Existe vida fuera de la Tierra?

Se han confirmado miles de planetas alrededor de otras estrellas. Algunos se encuentran a distancias de su estrella donde, bajo ciertas condiciones, podría existir agua líquida en la superficie. También hay mundos de nuestro sistema solar cuyos océanos ocultos despiertan interés científico.

Pero tener condiciones potencialmente favorables no equivale a albergar vida. Todavía no se ha obtenido una prueba confirmada de organismos extraterrestres. La búsqueda combina el estudio de atmósferas planetarias, la exploración de otros mundos y la investigación de cómo surgió la vida terrestre.

Estos misterios no indican que la ciencia carezca de respuestas, sino dónde terminan por ahora las respuestas comprobadas. Cada discrepancia medida y cada señal nueva permiten descartar posibilidades y formular preguntas más precisas. Comprender el universo consiste también en reconocer con claridad lo que aún no sabemos.