El misterio de la materia perdida del universo, casi resuelto

La materia bariónica, incluso con ese extraño nombre, es algo que todos creemos conocer. Nuestros cuerpos están hechos de esa materia, nuestros amigos o los grupos de música que nos gustan, también, y es un pedazo de materia como el cerebro el que nos permite quererles o disfrutar de su talento. Sin embargo, la ciencia nos ha enseñado que esa materia cotidiana, observada de cerca, se convierte en algo realmente extraño. En una escala diminuta, los físicos descubrieron que todo está básicamente vacío. Una analogía usada con frecuencia dice que si un átomo fuese como un estadio de fútbol, los electrones serían como cabezas de alfiler orbitando a la altura de las gradas más alejadas mientras el núcleo atómico ocuparía el espacio de un guisante justo en el centro de la cancha. Esto significa que si se pudiesen compactar los átomos que componen a todos los seres humanos de la Tierra ocuparían el volumen de un cubito de azúcar extremadamente pesado.

Este dominio del vacío en el mundo microscópico se replica en las descomunales escalas cósmicas. De acuerdo a los modelos teóricos sobre la naturaleza del universo, está compuesto por un 70% de energía oscura, un 25% de materia oscura y solo un 5% de la materia ordinaria o bariónica. Por tener una idea de las inabarcable dimensiones del universo, si queremos llenar el volumen del Sol con planetas como el nuestro, necesitaríamos 1.300.000 esferas como la Tierra. Y el Sol es solo una estrella mediana entre los 200.000 millones que, según se estima, pueblan nuestra galaxia, que es, a su vez, solo una entre las 500 millones que existen en el cosmos.

La luz que llega de los cuásares o algunas explosiones de radio se ha empleado para buscar la materia perdida

Pese a su volumen demencial, todas las estrellas del universo juntas no supondrían más del 8% de la materia ordinaria. El 90% restante son nubes de gases calientes en las que la temperatura ha separado los electrones de los protones. Si tuviésemos controlada esta ingente cantidad de materia, conoceríamos el 5% la masa cósmica, pero ni siquiera es el caso. Más de la mitad de esos átomos quedaban fuera del alcance de los instrumentos de observación. Era lo que se conocía como la materia perdida del Big Bang. En los últimos tiempos, investigadores de todo el mundo han diseñado todo tipo de mecanismos ingeniosos para atrapar esa materia perdida y tratar de cuadrar los datos de las observaciones del cosmos con las predicciones reflejadas en los modelos teóricos.

En realidad, esa materia perdida no es algo que escape completamente a los astrónomos. Como explica Carlos Monteagudo, investigador del Centro de Estudios de Física del Cosmos de Aragón (CEFCA) en Teruel, “por las medidas de la radiación de fondo cósmico de la época en que el universo tenía 400.000 años, sabemos que esa materia estaba ahí”. La paradoja llega después, cuando se trata de detectar esa misma cantidad de materia en el universo local, porque “esa materia ahora está más fría que cuando el universo era mucho más joven y es más difícil de observar”.

En el esfuerzo para tratar de comprobar, como parece razonable, que la materia no se ha esfumado en los últimos 13.000 millones de años de existencia del cosmos, los astrónomos han recurrido a alguno de los objetos más misteriosos del universo. Uno de ellos son los cuásares, masas de materia acelerada por un agujero negro supermasivo en su interior. Las partículas que salen despedidas por ese monstruo cósmico salen a una velocidad cercana a la de la luz y convierte a estos objetos en los más luminosos del universo. Además, al tratarse de objetos antiquísimos, su luz atraviesa gran parte del cosmos hasta alcanzar la Tierra y trae con ella información sobre la materia que se cruza en su camino en forma de variaciones en su espectro.

Otro método parecido es el que planteó hace unas semanas un equipo de astrónomos liderado por Evan Keane, investigador asociado al telescopio SKA. Según explicaban en un artículo publicado en la revista Nature, habían identificado por primera vez el origen de un misterioso evento conocido como Estallido Rápido de Radio (FRB, de sus siglas en inglés). Los ecos de este fenómeno, que según los autores del artículo procedía de una galaxia elíptica a 6.000 millones de años luz de la Tierra y liberó en milisegundos la misma energía que el Sol en dos días, llegaron en forma de una intensa señal de radio. El estudio de esas ondas electromagnéticas, como en el caso de los cuásares, también se empleó para buscar la materia perdida del Big Bang.

Si un átomo fuese como un estadio de fútbol, los electrones serían como cabezas de alfiler orbitando a la altura de las gradas más alejadas

“Cuando los fotones viajan a través del vacío, se desplazan a la velocidad de la luz con independencia de su longitud de onda”, explica Alexander Knebe, profesor en el Departamento de Fisica Teorica de la Universidad Autónoma de Madrid. “Pero cuando vuelan a través de un medio, la velocidad del fotón depende de su longitud de onda. Esto se llama dispersión y significa que los fotones de diferentes longitudes de onda llegarán en tiempos diferentes al telescopio”, añade. Con este sistema, conociendo la distancia de partida de los fotones y las diferencias del tiempo de llegada, se puede estimar la materia que atravesaron en su trayecto. Los resultados de la medición con este método coincidían con la predicción del modelo teórico, algo que animó a Keane a anunciar que habían “encontrado la materia perdida”.

Otros análisis, como los realizados recientemente por Monteagudo utilizando mediciones de la radiación del fondo cósmico de microondas tomadas por el telescopio Planck, también han logrado capturar los bariones perdidos. “Hay muchos grupos que están coincidiendo en mediciones similares”, apunta el cosmólogo del CEFCA, para el que estos resultados obtenidos por grupos distintos y con metodologías diferentes sugieren que la resolución del problema puede estar cerca. No obstante, es cauto y no descarta la influencia de un sesgo de confirmación. “Tiendes a encontrar el número que quieres que te salga y aunque quieras ser honesto a veces das por buenos datos que no deberías”, señala.

Knebe considera muy improbable que el caso de la materia perdida se deba a algo mucho más misterioso que una dificultad para encontrarla en nuestro entorno más próximo. “Aunque nuestros modelos cosmológicos podrían estar equivocados, cualquier alternativa al modelo más aceptado también debería explicar esas cantidades de bariones”, añade. “Y, por lo tanto, deberá afrontar el mismo problema: Aunque no los veamos directamente a nuestro alrededor, observamos esos bariones cuando el universo era muy joven y, por lo tanto, están ahí”, concluye.