El misterio de la materia perdida del universo, casi resuelto

La materia bari¨®nica, incluso con ese extra?o nombre, es algo que todos creemos conocer. Nuestros cuerpos est¨¢n hechos de esa materia, nuestros amigos o los grupos de m¨²sica que nos gustan, tambi¨¦n, 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 ense?ado que esa materia cotidiana, observada de cerca, se convierte en algo realmente extra?o. En una escala diminuta, los f¨ªsicos descubrieron que todo est¨¢ b¨¢sicamente vac¨ªo. Una analog¨ªa usada con frecuencia dice que si un ¨¢tomo fuese como un estadio de f¨²tbol, los electrones ser¨ªan como cabezas de alfiler orbitando a la altura de las gradas m¨¢s alejadas mientras el n¨²cleo at¨®mico ocupar¨ªa el espacio de un guisante justo en el centro de la cancha. Esto significa que si se pudiesen compactar los ¨¢tomos que componen a todos los seres humanos de la Tierra ocupar¨ªan el volumen de un cubito de az¨²car extremadamente pesado.

Este dominio del vac¨ªo en el mundo microsc¨®pico se replica en las descomunales escalas c¨®smicas. De acuerdo a los modelos te¨®ricos sobre la naturaleza del universo, est¨¢ compuesto por un 70% de energ¨ªa oscura, un 25% de materia oscura y solo un 5% de la materia ordinaria o bari¨®nica. Por tener una idea de las inabarcable dimensiones del universo, si queremos llenar el volumen del Sol con planetas como el nuestro, necesitar¨ªamos 1.300.000 esferas como la Tierra. Y el Sol es solo una estrella mediana entre los 200.000 millones que, seg¨²n 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 cu¨¢sares 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 supondr¨ªan m¨¢s 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 tuvi¨¦semos controlada esta ingente cantidad de materia, conocer¨ªamos el 5% la masa c¨®smica, pero ni siquiera es el caso. M¨¢s de la mitad de esos ¨¢tomos quedaban fuera del alcance de los instrumentos de observaci¨®n. Era lo que se conoc¨ªa como la materia perdida del Big Bang. En los ¨²ltimos tiempos, investigadores de todo el mundo han dise?ado 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 te¨®ricos.

En realidad, esa materia perdida no es algo que escape completamente a los astr¨®nomos. Como explica Carlos Monteagudo, investigador del Centro de Estudios de F¨ªsica del Cosmos de Arag¨®n (CEFCA) en Teruel, ¡°por las medidas de la radiaci¨®n de fondo c¨®smico de la ¨¦poca en que el universo ten¨ªa 400.000 a?os, sabemos que esa materia estaba ah¨ª¡±. La paradoja llega despu¨¦s, cuando se trata de detectar esa misma cantidad de materia en el universo local, porque ¡°esa materia ahora est¨¢ m¨¢s fr¨ªa que cuando el universo era mucho m¨¢s joven y es m¨¢s dif¨ªcil de observar¡±.

En el esfuerzo para tratar de comprobar, como parece razonable, que la materia no se ha esfumado en los ¨²ltimos 13.000 millones de a?os de existencia del cosmos, los astr¨®nomos han recurrido a alguno de los objetos m¨¢s misteriosos del universo. Uno de ellos son los cu¨¢sares, masas de materia acelerada por un agujero negro supermasivo en su interior. Las part¨ªculas que salen despedidas por ese monstruo c¨®smico salen a una velocidad cercana a la de la luz y convierte a estos objetos en los m¨¢s luminosos del universo. Adem¨¢s, al tratarse de objetos antiqu¨ªsimos, su luz atraviesa gran parte del cosmos hasta alcanzar la Tierra y trae con ella informaci¨®n sobre la materia que se cruza en su camino en forma de variaciones en su espectro.

Otro m¨¦todo parecido es el que plante¨® hace unas semanas un equipo de astr¨®nomos liderado por Evan Keane, investigador asociado al telescopio SKA. Seg¨²n explicaban en un art¨ªculo publicado en la revista Nature, hab¨ªan identificado por primera vez el origen de un misterioso evento conocido como Estallido R¨¢pido de Radio (FRB, de sus siglas en ingl¨¦s). Los ecos de este fen¨®meno, que seg¨²n los autores del art¨ªculo proced¨ªa de una galaxia el¨ªptica a 6.000 millones de a?os luz de la Tierra y liber¨® en milisegundos la misma energ¨ªa que el Sol en dos d¨ªas, llegaron en forma de una intensa se?al de radio. El estudio de esas ondas electromagn¨¦ticas, como en el caso de los cu¨¢sares, tambi¨¦n se emple¨® para buscar la materia perdida del Big Bang.

Si un ¨¢tomo fuese como un estadio de f¨²tbol, los electrones ser¨ªan como cabezas de alfiler orbitando a la altura de las gradas m¨¢s alejadas

¡°Cuando los fotones viajan a trav¨¦s del vac¨ªo, 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 Aut¨®noma de Madrid. ¡°Pero cuando vuelan a trav¨¦s de un medio, la velocidad del fot¨®n depende de su longitud de onda. Esto se llama dispersi¨®n y significa que los fotones de diferentes longitudes de onda llegar¨¢n en tiempos diferentes al telescopio¡±, a?ade. 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 medici¨®n con este m¨¦todo coincid¨ªan con la predicci¨®n del modelo te¨®rico, algo que anim¨® a Keane a anunciar que hab¨ªan ¡°encontrado la materia perdida¡±.

Otros an¨¢lisis, como los realizados recientemente por Monteagudo utilizando mediciones de la radiaci¨®n del fondo c¨®smico de microondas tomadas por el telescopio Planck, tambi¨¦n han logrado capturar los bariones perdidos. ¡°Hay muchos grupos que est¨¢n coincidiendo en mediciones similares¡±, apunta el cosm¨®logo del CEFCA, para el que estos resultados obtenidos por grupos distintos y con metodolog¨ªas diferentes sugieren que la resoluci¨®n del problema puede estar cerca. No obstante, es cauto y no descarta la influencia de un sesgo de confirmaci¨®n. ¡°Tiendes a encontrar el n¨²mero que quieres que te salga y aunque quieras ser honesto a veces das por buenos datos que no deber¨ªas¡±, se?ala.

Knebe considera muy improbable que el caso de la materia perdida se deba a algo mucho m¨¢s misterioso que una dificultad para encontrarla en nuestro entorno m¨¢s pr¨®ximo. ¡°Aunque nuestros modelos cosmol¨®gicos podr¨ªan estar equivocados, cualquier alternativa al modelo m¨¢s aceptado tambi¨¦n deber¨ªa explicar esas cantidades de bariones¡±, a?ade. ¡°Y, por lo tanto, deber¨¢ 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, est¨¢n ah¨ª¡±, concluye.