¿Por fin está claro qué es la materia oscura? Los anillos de Einstein confirman la teoría anterior

Se cree que más del 80 por ciento del universo está formado por materia oscura. Pero, ¿qué es exactamente? No es fácil averiguarlo, ya que la materia es completamente invisible. Una nueva mirada a los anillos de Einstein arroja luz sobre el asunto.

Solo sabemos que la materia oscura existe porque podemos observar sus efectos indirectos en estrellas y galaxias. Los movimientos de esas galaxias solo pueden ser coherentes con la gravedad y la teoría de la relatividad si existe la materia oscura. Pero qué es exactamente, no está nada claro. Aunque hay algunas condiciones que debe cumplir la materia oscura: tiene masa, se encuentra en grandes cantidades en todas las galaxias, no puede detectarse y es difusa, es decir, no puede agruparse para formar un cuerpo celeste. Además, se sospecha que es una partícula elemental aún desconocida.

Un halo de materia oscura

Para saber más sobre la materia oscura, investigadores de la Universidad de Hong Kong observaron la curvatura de la luz bajo la influencia de la gravedad.

La mayoría de las galaxias lejanas que podemos observar parecen estar rodeadas por un halo de materia oscura. Pero como esta misteriosa sustancia no emite luz, ni la absorbe ni la refleja, resulta increíblemente difícil determinarla.

Sin embargo, para seguir avanzando, los científicos han planteado dos hipótesis, que ahora llevan la delantera: la materia oscura estaría formada por partículas relativamente pesadas denominadas “partículas masivas de interacción débil”, o WIMP (por sus siglas en inglés). La otra opción es que se trate de partículas extremadamente ligeras, llamadas axiones. En teoría, las WIMP se comportarían como partículas discretas, mientras que los axiones se comportan mucho más como ondas.

Una imagen distorsionada de la realidad

Hasta ahora ha sido difícil determinar cuál de estas dos opciones tiene más sentido, pero la curvatura de la luz alrededor de galaxias lejanas ofrece ahora pistas interesantes. Cuando la luz viaja por el universo y pasa junto a un objeto grande, como una galaxia, se curva porque (según la teoría de la relatividad de Einstein) la gravedad del objeto distorsiona el espacio y el tiempo a su alrededor.

Esto provoca, por ejemplo, que cuando observamos una galaxia lejana, obtengamos una visión distorsionada de otras galaxias situadas detrás de ella. Y si eso ocurre en una línea perfecta, entonces la luz de la galaxia de detrás puede verse como un círculo alrededor de la galaxia más cercana.

La lente gravitacional creó tres imágenes de fondo en la galaxia HS 0810+2554. Foto: Hubble

Einstein lo predijo

Esta distorsión de la luz también se denomina lente gravitatoria o lente gravitacional y los círculos de luz que pueden crearse de este modo se denominan anillos de Einstein, llamados así porque Einstein predijo su existencia allá por 1936. Estudiando la distorsión de estos anillos, los astrónomos pueden saber más sobre las propiedades del halo de materia oscura que rodea a la galaxia más cercana.

Y eso es exactamente lo que hicieron los investigadores de Hong Kong. Observaron varios sistemas en los que eran visibles múltiples copias del mismo objeto de fondo alrededor de una galaxia en primer plano, centrándose especialmente en HS 0810+2554.

Candidatos más lógicos, los axiones

Utilizando modelos detallados, analizaron el aspecto que tendrían las imágenes si la materia oscura estuviera formada por WIMPs frente al que tendrían si la materia estuviera formada por axiones. El modelo WIMP no se parecía mucho a las imágenes reales, pero el modelo axión reproducía con mucha precisión todas las características del sistema. Así que la conclusión es que los axiones son el candidato más lógico para la materia oscura.

Confirmación de investigaciones anteriores

Este nuevo estudio se basa en investigaciones anteriores que también apuntaban hacia los axiones como la forma más probable de materia oscura. Aunque este estudio tampoco pondrá fin al debate sobre la naturaleza de la materia oscura, sí abre nuevas posibilidades de pruebas y experimentos. Por ejemplo, futuras observaciones de lentes gravitacionales podrían emplearse para investigar más a fondo la naturaleza ondulatoria de los axiones y, posiblemente, determinar su masa.

Los científicos llevan mucho tiempo buscando una mejor comprensión de la materia oscura. Tiene implicaciones para lo que sabemos sobre la física de partículas y el universo primitivo. También podría ayudarnos a comprender mejor cómo se forman las galaxias y cómo cambian con el tiempo.