Se denomina "materia oscura", o masa faltante, a toda aquella que los astrónomos no pueden observar o detectar en forma directa. Presuntamente, resulta invisible porque no emite o refleja luz visible u otras formas de radiación electromagnética, o quizás su emisión es tan débil que nuestros instrumentos actuales no son capaces de detectarla. Sin embargo, su existencia resulta evidente a través de la atracción gravitatoria que ejerce sobre otros cuerpos celestes.La presencia de materia oscura fue descubierta inicialmente en 1932 por el astrónomo holandés Jan Oort, quien midió los movimientos perpendiculares de las estrellas cercanas, relativos al plano de la Vía Láctea. Oort estudió la influencia gravitatoria del disco de nuestra galaxia sobre estas estrellas, y así pudo medir la masa de la misma, de la misma forma en que la masa de la Tierra puede ser calculada a partir de la aceleración de un objeto que cae. Para su sorpresa, el resultado que obtuvo equivalía al doble de la cantidad de masa detectable en la Vía Láctea como estrellas y nebulosas. Posteriormente se obtuvieron resultados similares estudiando la rotación de una galaxia espiral vecina, M31, más conocida como la galaxia de Andrómeda.Un año después, el suizo Fritz Zwicky examinó la dinámica interna del cúmulo de galaxias de Coma Berenices, y llegó también a la conclusión de que las galaxias observadas sólo daban cuenta del diez por ciento de la masa requerida para mantenerlas unidas gravitacionalmente. Adelantándose a su época, Zwicky postuló entonces la existencia de grandes cantidades de "masa faltante", que superarían a la materia visible en una proporción de 50 a 1.La teoría de Zwicky no recibió demasiada atención en su época. Sin embargo, en 1970, observaciones espectroscópicas y mediante ondas de radio realizadas por la astrónoma estadounidense Vera Rubin permitieron conocer la velocidad de rotación de cientos de galaxias espirales, revelando que, en la mayoría de los casos, la masa de una galaxia continúa incrementándose hacia el borde de su disco visible formado por estrellas, gas y polvo.En 1973, los estadounidenses Jim Peebles y Jeremiah Ostriker presentaron la primera argumentación teórica para la presencia de materia oscura en las galaxias espirales. Segun su teoría, éstas se hallarían rodeadas de halos de materia que no podemos observar en forma directa. De acuerdo a las observaciones de Rubin y otras realizadas posteriormente, en algunos casos la masa "oscura" detectada en ciertas galaxias es hasta 200 veces mayor que la "visible".La naturaleza de la materia oscura, y su abundancia, son dos de los interrogantes más importantes para la cosmología y la astrofísica moderna. Para intentar responderlos, hasta el momento, se han formulado dos teorías principales, básicamente distintas, aunque no excluyentes entre sí.
Algunos astrónomos creen que la materia oscura está compuesta por electrones, protones y neutrones. Es decir, es materia común y corriente, pero en formas que aún no han podido ser detectadas. A este tipo de materia se la denomina bariónica (los bariones son todas aquellas partículas subatómicas compuestas por tres quarks, tales como el protón o el neutrón; el electrón no es un barión sino un leptón, pero por simplicidad, siempre que se habla de bariones en relación a la materia oscura, se considera al electrón como si se tratara de un barión más).Entre los candidatos más fuertes para dar cuenta de la materia bariónica se encuentran los planetas extrasolares, los gases del medio interestelar e intergaláctico, y fundamentalmente los remanentes de la evolución estelar, estrellas de neutrones o astros no lo suficientemente masivos como para iniciar la fusión del hidrógeno en su interior, denominados enanas marrones.En 1986, el astrónomo polaco Bohdan Paczynski llegó a la conclusión de que estos objetos, colectivamente llamados MACHOs (Massive Compact Halo Objects, u objetos del halo compactos y masivos, en inglés), sólo pueden ser detectados cuando ocasionalmente provocan la amplificación de la luz proveniente de estrellas extragalácticas, mediante un efecto de lente gravitacional. La amplificación que provocan puede ser importante, pero este tipo de eventos es extremadamente infrecuente: resulta necesario monitorear fotométricamente varios millones de estrellas durante varios años para poder obtener una tasa de detección que resulte útil.
Hay también una extensa evidencia circunstancial de que al menos un porcentaje de la materia oscura es de naturaleza no bariónica, es decir, está compuesta por partículas elementales distintas a los electrones, protones o neutrones, y que no interactúan fuertemente con la materia normal. Se supone que podría tratarse de neutrinos u otras partículas mucho más pesadas, denominadas WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles, o partículas masivas de interacción débil) que han sobrevivido desde el Big Bang, y por lo tanto, son extremadamente estables o bien tienen tiempos de vida que exceden la edad actual del Universo.Los candidatos a dar cuenta de la materia oscura no bariónica son varios: neutrilinos, axiones, monopolos, cuerdas cósmicas, racimos de quarks, y una larga lista de posibilidades exóticas. Sin embargo, a excepción de los neutrinos, muchas de tales partículas elementales existen solamente en el campo teórico, ya que hasta el momento su existencia no ha sido detectada. Además, por tratarse de materia no convencional, que no absorbe ni emite radiación electromagnética (luz, ondas de radio, etc.), su detección parece fuera de nuestro alcance por el momento.Otra alternativa, aunque un tanto extrema, implicaría que no comprendemos correctamente el comportamiento de la gravedad a gran escala, como en el caso de galaxias y cúmulos galácticos, y que sería distinto a su comportamiento en escalas más pequeñas, como las que estamos en condiciones de observar y medir.
Desde hace algunos años, y con la ayuda de sofisticados telescopios terrestres y orbitales, astrónomos y astrofísicos han observado las regiones más distantes y antiguas del Universo. Hasta el momento más de cien mil galaxias, con distancias superiores a los 500 millones de años luz, han sido examinadas. Esto ha permitido construir mapas tridimensionales que representan la organización a gran escala del Universo, y los resultados muestran que las galaxias no están distribuidas uniformemente, sino que forman cúmulos y súpercúmulos; a su vez, estos forman gigantescas estructuras alargadas, similares a filamentos.El filamento más largo que se ha detectado, apodado "la Gran Muralla" por sus descubridores, Margaret Geller y John Huchra, se extiende por cientos de millones de años luz a través del Universo. Entre estos filamentos existen inmensos vacíos, con diámetros que van de los 100 a los 400 millones de años luz, en los cuales prácticamente no existen galaxias.Cualquiera sea la naturaleza de la materia oscura, ésta es sin duda la fuente principal de las fuerzas gravitacionales en el Universo, y por ello resulta al menos parcialmente responsable de la formación de todas estas estructuras.
Volver a Espacioteca.
