el modelo cosmológico, ¡siempre en crisis!

Después de 30 años, seguimos sin saber nada de la materia oscura: ¿es hora de dejarlo?

Forma el 27% del universo y mantiene a las galaxias unidas. Sin embargo, y tras décadas buscando, aún no se sabe dónde surgió o de qué está hecha. ¿Qué estamos haciendo mal?

Foto:  Clústers de galaxias (Smithsonian Institution / Flickr)
Clústers de galaxias (Smithsonian Institution / Flickr)

Dos ambiciosos experimentos han tratado recientemente de echarle el lazo a la materia oscura, uno de los retos más gigantescos de la física contemporánea.

Las reglas del juego indican claramente que, para que todo funcione, el 27% del universo debe estar compuesto de esta sustancia, que no es materia ni interactúa con ninguna otra fuerza, que no emite luz ni energía de ningún tipo... simplemente, tiene que estar ahí, aunque no la veamos. Algo que también dicen esos modelos cosmológicos, el libro de instrucciones de todo cuanto existe, es que en raras ocasiones esa materia oscura puede interactuar con la visible.

Estos dos últimos intentos trataban de resolver el problema desde distintas perspectivas, pero en ambos casos se buscaba una esquiva partícula llamada WIMP, acrónimo en inglés de "partículas masivas que interactúan débilmente".

En el primero de ellos, un grupo de científicos chinos lo intentaron con una cámara llena de xenón líquido y gaseoso llamada PANDAX-II, perfectamente preparada para detectar esas partículas WIMP si se les ocurría aparecer. En el segundo, científicos del Laboratorio Nacional Gran Sasso de Italia trataron de hacer lo mismo con su experimento XENON1T.

El funcionamiento de estos sistemas es básicamente, introducir xenón en un tanque ubicado a muchos metros bajo tierra. Si alguna partícula WIMP atravesara la Tierra y llegara a estos tanques, podría interactuar con el xenón ya que tiene un átomo con mucha masa. Y si esto sucediera, el impacto liberaría luz y carga eléctrica.

El resultado, en ambos casos, fue el mismo. Se fueron con las manos vacías.

Lo mismo ocurre con todos los intentos del CERN, de la NASA o de los múltiples telescopios, en la Tierra o en el espacio, que se han propuesto detectar en algún momento alguna pista de qué es esa materia oscura que está ahí fuera. En definitiva, de que el modelo sobre el que se basa todo lo demás es correcto.

En algunos aspectos, sí que ha habido avances. Por ejemplo, contamos cada vez con mapas más sofisticados que muestran cómo se reparte esa materia por el universo. Uno de los últimos, presentado el pasado mes de agosto en el University College de Londres, incluía 26 millones de galaxias.

Así se reparte la materia oscura a lo largo de 26 millones de galaxias (UCL)
Así se reparte la materia oscura a lo largo de 26 millones de galaxias (UCL)

Pero incluso en ese momento, uno de los autores del trabajo, Ofer Lahav, declaraba "no podemos simplemente decir que no sabemos lo que es la materia oscura, tenemos que hacer el esfuerzo de saber qué es".

Los penúltimos cartuchos de la ciencia

Sabemos que las estrellas se mueven más rápido de lo que uno esperaría en base a la materia visible, y eso significa que hay más masa de la que podemos medir u observar. Esa masa extra, en teoría, es la materia oscura y es seis veces más abundante que la que nos rodea y podemos ver, que llamaremos, pedante pero precisamente, materia bariónica.

"Uno de los grandes problemas es que hay aspectos del modelo cosmológico —que a gran escala funciona— que están en crisis, sus predicciones no concuerdan con lo que observamos", dice a Teknautas Amina Helmi, profesora en la Universidad de Groningen, "y estos aspectos son precisamente los que podemos testear con la Vía Láctea, nuestra propia galaxia, por eso es tan importante. Aún no sabemos por qué no logramos detectar la materia oscura, si es porque no entendemos bien el modelo, porque no entendemos bien cómo interpretar las observaciones —que hasta el momento han sido limitadas— o si realmente es que la materia oscura no es materia oscura y toda la teoría de gravitación debería cambiar".

Amina Helmi, en su visita a Madrid (FBBVA)
Amina Helmi, en su visita a Madrid (FBBVA)

Helmi, de paso por Madrid esta semana invitada por la Fundación BBVA, forma parte de la misión Gaia de la Agencia Espacial Europea, un satélite lanzado en 2013 para recoger información del movimiento de unas 1.000 millones de estrellas de nuestra galaxia. "Esperamos reconstruir la genealogía de la galaxia, cómo se formó... todos los procesos físicos que llevaron a lo que es la Vía Láctea en este momento", explica la astrónoma.

El objetivo al medir los movimientos de las estrellas es comprender qué fuerzas actúan en torno a la Vía Láctea, y ahí es donde entra en juego otra vez la materia oscura. "Tanto Gaia como Euclid, otra sonda que la ESA lanzará en 2022, nos ayudarán a mapear la distribución de masa en el universo, lo que nos ayudará a su vez a entender qué son la materia oscura y la energía oscura", explica Helmi, "pero al mismo tiempo tiene que producirse una detección", no por parte de ella o su equipo, sino de sus compañeros: los físicos de partículas.

Ilustración del satélite Gaia peinando movimientos estelares (ESA)
Ilustración del satélite Gaia peinando movimientos estelares (ESA)

¿Pero y qué partícula será esa? Los dos últimos experimentos fallidos parecen haber cerrado la puerta a las, hasta el momento, principales candidatas. "No es una retirada por completo del paradigma WIMP, pero definitivamente hay un cambio en el énfasis", dijo recientemente a Nature el físico Dan Hooper, del Fermilab, el equivalente estadounidense del CERN.

"El rango posible es muy amplio, y nos hemos focalizado demasiado en un cierto tipo de partículas fundamentales", añade Helmi.

Ese momento en que uno no sabe si cerrar ya el libro o empezar otro capítulo define actualmente la vida de un científico en materia oscura.

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