Un equipo internacional de astrónomos, a partir de las detalladas observaciones realizadas con el telescopio espacial James Webb, ha obtenido un mapa que revela cómo y dónde se agrupa la materia oscura, un enigmático componente del cosmos de naturaleza desconocida, muy difícil de detectar ya que no emite luz, y que representa, nada más y nada menos, que el 85% de todo el material que existe en el universo.
Para realizar este estudio, los investigadores han aprovechado el hecho de que la gravedad ejercida por cualquier tipo de materia, sea ordinaria o oscura, es capaz de desviar la luz de otros objetos, distorsionando sus imágenes. Aunque estas deformaciones son increíblemente pequeñas, nuestros más avanzados telescopios pueden captarlas y, mediante su análisis, deducir dónde se encuentra concentrada la invisible materia oscura.
En el estudio, publicado hoy en la revista Nature, los autores han observado, con una resolución sin precedentes, las diminutas deformaciones que muestran las imágenes de unas 250.000 galaxias lejanas ubicadas en una pequeña región del cielo. El mapa de materia oscura resultante desvela grandes estructuras, en forma de filamentos, que son compatibles con lo que predicen los modelos teóricos sobre la evolución del universo.
Invisible
La materia oscura es uno de los grandes misterios de nuestro universo. Se trata de un tipo de sustancia que no está compuesta por átomos y que, por tanto, es de naturaleza muy diferente a lo que se denomina materia ordinaria (la que forma las galaxias, las estrellas, los planetas y todos los objetos y seres que vemos a nuestro alrededor).
En la década de 1930, los astrónomos empezaron a sospechar de la presencia, en el espacio, de este enigmático material, y en los años posteriores se fueron acumulando cada vez más evidencias que confirmaban su existencia. Y, aun más impactante, estas pruebas han permitido estimar que se trata de un componente mayoritario del universo, representando aproximadamente el 85% de toda la materia existente (un 27% si, además de materia, se contabiliza la energía oscura).
El universo está dominado por dos componentes enigmáticos: la energía y la materia oscuras
A pesar de su abundancia, el hecho que el componente oscuro del cosmos no emita luz complica extraordinariamente su detección. Y, por lo que se refiere a su composición, la ciencia sigue sin respuesta, y se barajan diversas hipótesis que implican nuevas partículas subatómicas que aun no se han descubierto.
En esta ilustración aparecen algunos de los candidatos que podrían conformar la materia oscura: partículas como los WIMP o los axiones
Unas lentes muy débiles
Afortunadamente, y con independencia de su composición, la materia oscura también ejerce gravedad. Y a partir del estudio de los efectos que ésta provoca sobre otros objetos (incluida la luz), los astrónomos pueden deducir la presencia y la cantidad de la masa invisible responsable de estas interacciones.
En este sentido, existe un fenómeno de gran interés, denominado lente gravitacional, que se produce cuando la luz de una galaxia lejana aparece distorsionada, en nuestros instrumentos, después que haya tenido que atravesar una región del espacio en dónde se acumula mucha materia.
El efecto de lente gravitacional débil: la forma original de una galaxia (círculo rojo) se ve distorsionada (elipse rosa) cuando la luz atraviesa una acumulación de materia oscura
En las lentes gravitacionales de tipo fuerte, las imágenes de las galaxias situadas en un segundo plano quedan muy deformadas por la presencia, en primer plano, de enormes acumulaciones de materia. Pero el nuevo estudio ha empleado las lentes llamadas débiles, en las que las distorsiones que aparecen son muy pequeñas y provocadas por agrupaciones de masa mucho menos densas.
Se trata, por tanto, de un efecto extremadamente sutil que requiere, para su detección, de capacidades muy avanzadas de observación, pero que es capaz de desvelar, con un alto nivel de precisión, la distribución de la materia invisible.
Un cuarto de millón de deformaciones
El campo COSMOS es una pequeña zona del firmamento que cubre un área equivalente a unas tres lunas llenas. Se trata de una región aparentemente banal, sin objetos especialmente relevantes. Por este motivo, se considera como una muestra representativa del universo y durante años ha sido observada y estudiada intensamente por numerosos telescopios.
El campo COSMOS, en una imagen tomada desde el Observatorio de Paranal en Chile
En el estudio recién publicado, los investigadores han empleado más de 255 horas del telescopio espacial James Webb para escudriñar el campo COSMOS, con el objetivo de detectar deformaciones en las imágenes de las 250.000 galaxias que este instrumento puede alcanzar a ver en esta región del cielo (una cifra que dobla la que se había conseguido con las observaciones más precisas hasta la fecha y realizadas con el telescopio espacial Hubble).
Señales diminutas
El detalle que proporciona el Webb ha permitido no sólo visualizar un gran número de objetos, sino también distinguir las tenues distorsiones, provocadas por el efecto de lente gravitacional débil, que apenas modifican las imágenes de las galaxias en un 1%.
Mediante estas observaciones, el equipo de astrónomos ha podido deducir la presencia de las estructuras de materia oscura que se sitúan en un primer plano dentro del campo COSMOS. Estas formaciones constan de nodos, en los que se agrupan las galaxias atraídas por las acumulaciones de sustancia oscura, conectados por largos filamentos también conformados por este misterioso componente del cosmos.
El recuadro rojo delimita el campo COSMOS. Se aprecian las zonas (en azul) en las que se concentra la materia oscura, así como la estructura filamentosa que conforma el universo
El mapa de materia oscura obtenido con el nuevo estudio se considera compatible con lo que predicen los modelos teóricos sobre el desarrollo del universo, y los autores afirman que este tipo de cartografías de alta resolución serán un recurso muy valioso para analizar cómo han evolucionado y crecido las grandes estructuras cósmicas a lo largo de la historia del universo.