Los físicos llevan años buscando la materia oscura, una misteriosa sustancia que se cree que es cinco veces más abundante que la convencional (la que podemos ver y de la que todo está hecho, incluidos nosotros), pero que nadie ha podido observar porque no interactúa con la luz ni con otras formas de radiación electromagnética. Su existencia se deduce porque su atracción gravitatoria influye en el movimiento de estrellas y galaxias.
Ahora, investigadores del Telescopio de Cosmología de Atacama (ACT, por sus siglas en inglés) en Cerro Toco, norte de Chile, han creado el mapa más detallado de la materia oscura distribuida en una cuarta parte del cielo, extendiéndose profundamente en el cosmos. La nueva imagen confirma la teoría de la relatividad general de Albert Einstein, base del modelo estándar de cosmología durante más de un siglo.
«Hemos mapeado la materia oscura invisible en el cielo a las distancias más grandes, y vemos claramente las características de este mundo invisible que tiene cientos de millones de años luz de diámetro», dice Blake Sherwin, profesor de cosmología en la Universidad de Cambridge. «Parece tal como predicen nuestras teorías», añade.
Universo infantil
Para rastrear la materia oscura, los investigadores observan la luz difusa que emana cuando el universo era muy joven y tenía solo 380.000 años. Los cosmólogos se refieren a esa luz como la «imagen infantil del universo», pero formalmente se conoce como la radiación cósmica de fondo de microondas (CMB).
Lo que el equipo ha podido observar es cómo la atracción gravitatoria de estructuras grandes y pesadas, incluida la materia oscura, deforma la CMB en su viaje de 14.000 millones de años hacia nosotros desde el Big Bang, la explosión que dio origen al universo, como una lupa desvía la luz cuando pasa a través de su lente.
«Hemos creado un nuevo mapa de masas usando las distorsiones de la luz que quedaron del Big Bang», explica Mathew Madhavacheril, profesor asistente en el Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Pensilvania. «Sorprendentemente, proporciona mediciones que muestran que tanto la ‘grumosidad’ del universo como la velocidad a la que crece después de 14.000 millones de años de evolución son justo lo que cabría esperar de nuestro modelo estándar de cosmología basado en la teoría de la gravedad de Einstein», afirma.
Crisis de la cosmología
Según Sherwin, «nuestros resultados también brindan nuevos conocimientos sobre un debate en curso que algunos han llamado ‘La crisis de la cosmología’». Esta crisis se deriva de mediciones recientes que utilizan una luz de fondo diferente, una emitida por estrellas en galaxias en lugar del CMB, y cuyos resultados sugieren que la materia oscura no era lo suficientemente grumosa según el modelo estándar de cosmología y generó preocupaciones de que el modelo podría romperse. Sin embargo, los últimos resultados del equipo de ACT pudieron evaluar con precisión que los grandes bultos que se ven en esta imagen tienen exactamente el tamaño correcto.
«Cuando los vi por primera vez, nuestras medidas coincidían tan bien con la teoría subyacente que me tomó un momento procesar los resultados», dice Frank Qu, parte del equipo de investigación. «Será interesante ver cómo se resolverá esta posible discrepancia entre diferentes mediciones», agrega.
«Los datos de lentes CMB rivalizan con estudios más convencionales de la luz visible de las galaxias en su capacidad para rastrear la suma de lo que hay ahí fuera», dice Suzanne Staggs , directora de ACT y profesora de física en la Universidad de Princeton. «Juntos, la lente CMB y los mejores estudios ópticos están aclarando la evolución de toda la masa del universo».
ACT, que funcionó durante 15 años, fue dado de baja en septiembre de 2022. Sin embargo, se espera que pronto se presenten más documentos que presenten los resultados del conjunto final de observaciones, y el Observatorio Simons realizará futuras observaciones en el mismo sitio, con un nuevo telescopio, programado para comenzar a operar en 2024. Este nuevo instrumento será capaz de mapear el cielo casi 10 veces más rápido que ACT.
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