De Coma al Cúmulo Bala: cómo cambió la evidencia de la materia oscura

La materia oscura se reconoce por lo que hace, no por una luz que podamos observar. Según la descripción de NASA, no interactúa con el espectro electromagnético como la materia ordinaria: no absorbe, refleja ni emite luz. Sin embargo, su gravedad afecta a las galaxias y a la luz que viaja por el universo. La historia de cómo se construyó la evidencia se entiende mejor siguiendo tres señales distintas: el movimiento de galaxias dentro de cúmulos, la velocidad de estrellas en galaxias espirales y la distorsión de la luz de fondo.

Coma: galaxias demasiado rápidas

Un cúmulo de galaxias es un conjunto de galaxias ligadas por la gravedad. En 1933, el astrónomo Fritz Zwicky publicó un trabajo sobre una anomalía que había observado al estudiar el cúmulo de Coma. De acuerdo con la explicación histórica de NASA, las galaxias de ese cúmulo se movían demasiado rápido para que la gravedad de la materia ordinaria observada bastara para mantenerlas unidas. Si solo contara esa materia visible, las galaxias deberían haberse dispersado; sin embargo, permanecían vinculadas al cúmulo.

Zwicky propuso que una forma invisible de materia aportaba la gravedad que faltaba en esa explicación y la llamó «dunkle Materie», en alemán, «materia oscura». La propuesta dio nombre a una posible explicación del problema, pero las primeras investigaciones no bastaron entonces para convertirla en una idea ampliamente aceptada. Su importancia reside en el tipo de pista: no se observaba directamente la materia hipotética, sino un movimiento cuya explicación gravitatoria parecía requerir más masa que la visible.

Las estrellas de las galaxias espirales

En la década de 1970, la astrónoma Vera Rubin estudió otro caso: las estrellas situadas hacia los bordes exteriores de galaxias espirales. Según NASA, encontró que se movían demasiado rápido para que la materia luminosa observada en esas galaxias pudiera explicar por sí sola cómo se mantenían en órbita. La discrepancia se parecía a la de Coma, pero la observación se refería ahora al movimiento de estrellas dentro de galaxias individuales, no al de galaxias enteras dentro de un cúmulo.

Rubin concluyó que debía haber más materia de la que se veía para mantener esas galaxias unidas. La explicación propuesta fue que la materia oscura aportaba la gravedad adicional. La coincidencia entre pistas de escalas distintas fortaleció la idea: primero, el movimiento de galaxias en Coma; después, el de estrellas en los bordes de las espirales. En la explicación histórica de NASA, la evidencia asociada al trabajo de Rubin fue decisiva para que la comunidad científica adoptara el concepto con mayor amplitud.

La lente gravitacional convierte la gravedad en un mapa

Una tercera pista procede de la luz. La gravedad de una concentración de masa puede curvar el espacio-tiempo y, con ello, desviar la trayectoria de la luz de galaxias situadas detrás. Este efecto se llama lente gravitacional. Al medir cómo aparecen deformadas esas galaxias de fondo, los astrónomos pueden estimar dónde se distribuye la masa en el objeto que está delante.

El resultado es un mapa de masa inferido a partir de la distorsión de la luz, no una fotografía de partículas oscuras. La diferencia importa: la imagen observada aporta formas y posiciones de galaxias; el mapa se obtiene interpretando las deformaciones que produce la gravedad. Como explica NASA al describir cúmulos de galaxias, la lente gravitacional permite cartografiar la distribución de masa y señalar las regiones donde se infiere una concentración que no queda explicada por la materia visible.

El Cúmulo Bala: gas y masa no aparecen juntos

El Cúmulo Bala, conocido formalmente como 1E 0657-56, se formó cuando dos grandes cúmulos de galaxias colisionaron en un suceso situado a unos 3.800 millones de años luz de la Tierra. NASA describe observaciones de este sistema en 2006 como uno de los ejemplos más claros de evidencia de materia oscura. Durante la colisión, el gas caliente de un cúmulo interactuó con el gas caliente del otro.

En las imágenes compuestas descritas por NASA, el gas caliente —materia ordinaria que emite rayos X y fue detectada por el observatorio Chandra de NASA— aparece en rosa. En azul se representa la distribución de masa inferida mediante observaciones de lente gravitacional con el telescopio espacial Hubble de NASA y el telescopio Magallanes Gigante, operado por un consorcio internacional. Las regiones azules aparecen distribuidas de forma distinta del gas caliente y representan la mayor parte de la masa de los cúmulos, según la descripción de NASA.

La lectura científica señalada por la agencia es que el material asociado a esa distribución azul probablemente es materia oscura. El punto central no es que el azul sea una imagen directa de esa materia: es una representación de la masa reconstruida mediante lente gravitacional. El gas, por su parte, se identifica a través de su emisión de rayos X. Así, el Cúmulo Bala ofrece una comparación entre dos observables distintos: dónde se encuentra el gas caliente y dónde indica la lente que se concentra la masa.

Una evidencia construida con pistas diferentes

Coma, las galaxias espirales y el Cúmulo Bala no aportan la misma clase de observación. El primero puso el foco en la velocidad de galaxias dentro de un cúmulo; Rubin estudió las estrellas de las regiones exteriores de galaxias; y el tercero permitió contrastar el gas caliente con la distribución de masa inferida a partir de luz deformada. En los tres casos, la materia oscura entra en la explicación por los efectos gravitatorios observados.

Ese recorrido también ayuda a precisar qué significa hablar de evidencia. En Coma y en las galaxias espirales, la discrepancia entre movimiento y materia visible motivó la inferencia de masa adicional. En el Cúmulo Bala, la lente gravitacional ofrece un mapa de masa y permite compararlo con la posición del gas. Según la interpretación recogida por NASA, el material asociado a las regiones azules probablemente es materia oscura. La fuerza de esta historia está en que pistas distintas apuntan a masa que no se identifica por su luz, aunque cada una lo hace mediante una observación diferente.