La mayor parte de nuestro universo está oculta a plena vista. Aunque no podemos verlo ni tocarlo, la mayoría de los astrónomos afirman que la mayor parte del cosmos está formada por materia y energía oscuras. Pero, ¿qué es esta materia misteriosa e invisible que nos rodea? ¿Y cuál es la diferencia entre la energía oscura y la materia oscura? En resumen, la materia oscura ralentiza la expansión del universo, mientras que la energía oscura la acelera.
La materia oscura funciona como una fuerza de atracción, una especie de cemento cósmico que mantiene unido nuestro universo. Esto se debe a que la materia oscura sí interactúa con la gravedad, pero no refleja, absorbe o emite luz. Por su parte, la energía oscura es una fuerza repulsiva -una especie de antigravedad- que impulsa la expansión siempre acelerada del universo.
La energía oscura es la fuerza más dominante de las dos, representando aproximadamente el 68 por ciento de la masa y energía total del universo. La materia oscura representa el 27 por ciento. Y el resto -un mísero 5 por ciento- es toda la materia regular que vemos y con la que interactuamos cada día.
Materia oscura
En la década de 1930, el astrónomo de origen suizo Fritz Zwicky estudió las imágenes de las aproximadamente 1.000 galaxias que componen el Cúmulo de Coma, y descubrió algo curioso en su comportamiento. Las galaxias se movían tan rápido que simplemente deberían separarse. Especuló que algún tipo de “materia oscura” las mantenía unidas.
Décadas después, los astrónomos Vera Rubin y Kent Ford descubrieron un fenómeno similar cuando estudiaron las tasas de rotación de galaxias individuales. Las estrellas del borde exterior de una galaxia deberían girar más lentamente que las estrellas cercanas al centro. Así es como orbitan los planetas de nuestro sistema solar. En cambio, observaron que las estrellas de la periferia de una galaxia orbitan igual de rápido -o más- que las estrellas más cercanas. Rubin y Ford habían encontrado más pruebas de que alguna forma invisible de materia aparentemente mantiene unido el universo.
“Incluso las estrellas de la periferia orbitan a altas velocidades”, explicó una vez Rubin en una entrevista con Discover. “Tiene que haber mucha masa para que las estrellas orbiten tan rápido, pero no podemos verla. A esta masa invisible la llamamos materia oscura”.
Los astrónomos tienen ahora muchas otras líneas de evidencia que sugieren que la materia oscura es real. De hecho, la existencia de la materia oscura está tan ampliamente aceptada que forma parte del llamado modelo estándar de la cosmología, que constituye la base de cómo los científicos entienden el nacimiento y la evolución del universo. Sin ella, no podemos explicar cómo hemos llegado hasta aquí.
Pero ese elevado estatus presiona a los cosmólogos para que encuentren pruebas definitivas de que la materia oscura existe y de que su modelo del universo es correcto. Durante décadas, los físicos de todo el mundo han empleado instrumentos cada vez más sofisticados para intentar detectar la materia oscura. Hasta ahora, no han encontrado señales de ella.
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Energía oscura
Los astrónomos saben que nuestro universo se está expandiendo desde hace un siglo. Las observaciones telescópicas han demostrado que la mayoría de las galaxias se están alejando unas de otras, lo que implica que las galaxias estaban más juntas en un pasado lejano. En consecuencia, se acumularon las pruebas a favor del Big Bang. Sin embargo, los astrónomos suponían que la atracción gravitatoria combinada de todas las estrellas y galaxias del cosmos debería ralentizar la expansión del universo. Tal vez incluso algún día colapsaría sobre sí mismo en un Big Crunch.
Sin embargo, esa idea fue descartada a finales de la década de 1990, cuando dos equipos de astrónomos descubrieron algo que no tenía ningún sentido. Los investigadores que estudiaban las supernovas de las galaxias más lejanas descubrieron que éstas se alejaban de nosotros más rápidamente que las galaxias cercanas. El universo no sólo se estaba expandiendo: la expansión se estaba acelerando.
“Mi propia reacción está entre el asombro y el horror”, dijo el astrónomo Brian Schmidt, que dirigió uno de los dos equipos, a The New York Times en 1998. “Asombro, porque simplemente no esperaba este resultado, y horror al saber que probablemente la mayoría de los astrónomos -que, como yo, son extremadamente escépticos ante lo inesperado- no lo creerán”.
Pero en lugar de refutarlo, las observaciones posteriores no han hecho sino reforzar las pruebas de la energía oscura. De hecho, algunos destacados críticos de la materia oscura siguen aceptando la existencia de la energía oscura.
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Ahora bien, eso no significa que los investigadores sepan qué es la energía oscura. Ni mucho menos. Pero pueden describir su papel en el universo, gracias a la teoría de la relatividad general de Albert Einstein. Einstein no conocía la energía oscura, pero sus ecuaciones sugerían que podía surgir un nuevo espacio. Además, incluyó en la relatividad un factor de error llamado constante cosmológica, que añadió -y luego lamentó- para evitar que el universo se colapsara hacia dentro. Esta idea permite que el propio espacio tenga energía. Sin embargo, los científicos aún no han visto esta fuerza en la Tierra.
Algunos físicos teóricos creen que hay todo un reino oscuro de partículas y fuerzas ahí fuera, esperando a ser descubierto. Sean cuales sean la energía y la materia oscuras, parecen estar jugando al tira y afloja con nuestro universo, manteniéndolo unido y separándolo.