Un fantasma recorre la física desde que Fritz Zwicky escribiera, una al lado de la otra, las palabras dunkle materie. El fantasma de la “materia oscura”, una variedad que sólo interactúa con nuestros átomos a través de la débil atracción gravitacional. Sus efectos se hacen notar, por lo tanto, a grandes escalas, cuando ingentes cantidades de esta extraña sustancia entran en juego y compensan su exánime interacción. Así, la materia oscura afecta el devenir de estrellas y galaxias, tanto como la evolución cósmica del universo, pero no parece jugar un papel significativo en nuestra vida cotidiana, más allá de la humillación que nos inflige el que ignoremos casi todo sobre ella, a pesar de representar el 85% del contenido material del cosmos. Cuando creíamos estar cerca del conocimiento completo de los constituyentes de la materia, cuando nos aprestábamos a celebrar el logro de una gesta intelectual prodigiosa, una enorme grieta se abrió a nuestros pies, más amplia que toda la distancia recorrida en la historia del pensamiento científico.

EL RUDO DE CALTECH

Se dice que Fritz Zwicky era un tipo imposible de ignorar. Un personaje ególatra, excéntrico y malhumorado. En sus cursos del Instituto de Tecnología de California sólo aceptaba a los alumnos que él hubiera escogido. Siempre dispuesto a dar pelea con vehemencia, este físico suizo nacido a orillas del Mar Negro, fornido y extrovertido, intimidaba a cualquiera. Se definía a sí mismo como un genio, un “lobo solitario” que despreciaba abiertamente el trabajo de buena parte de sus pares. Como es de imaginar, no era muy querido por sus colegas. Nadie negaba su desbordante creatividad, pero también tenía reputación de ser descuidado en su trabajo: muchos de sus cacareados anuncios no contaban con el debido sustento.

En 1933, estudiando el cúmulo de galaxias Coma, Zwicky se dio cuenta de una anomalía notable. Estos cúmulos son enjambres de galaxias que se mantienen unidos por la fuerza gravitacional, girando unas en torno a las otras. Cuando estas aglomeraciones son muy pesadas, las velocidades de las galaxias deben ser mayores, de modo que la atracción gravitacional no las haga colapsar unas sobre otras. Los astrónomos pueden deducir las masas de estos cúmulos midiendo las velocidades con que se mueven las galaxias individuales y las distancias que las separan. Eso hizo Zwicky, y concluyó que la masa de Coma era muchísimo mayor que la resultante de todas sus estrellas. “Si esto es confirmado, tendríamos que llegar a la inaudita conclusión de que hay presente materia oscura en mucho mayor densidad que la luminosa”, escribió el rudo de Caltech, sin saber que acababa de bautizar a la materia más abundante del universo.

No es de extrañar que este artículo pasara inadvertido para la comunidad científica durante décadas. Era un resultado muy extraño, basado en mediciones sobre pocas galaxias y con muchas fuentes de posibles errores. Además, no había nada imaginable que pudiese dar cuenta de semejante cantidad de materia invisible.

¡VERA! ¡VERA! ¿QUÉ HA SIDO DE TI?

A fines de la década del 70, Roger Waters escribió la canción “Vera” para el álbum The Wall de Pink Floyd. En ella recordaba a la hoy casi centenaria Vera Lynn, quien animaba con sus canciones a las tropas británicas durante la Segunda Guerra. Otra Vera, nacida en la orilla occidental del Atlántico, realizó a principios de esa misma década una serie de observaciones a partir de las cuales la materia oscura se tornaría real e inevitable.

Vera Rubin estudiaba el movimiento de las estrellas dentro de sus respectivas galaxias. El sistema es análogo al que estudió Zwicky, pero a una escala más pequeña. Las estrellas dentro de la galaxia están en movimiento para no colapsar gravitacionalmente. Usualmente conforman un disco plano alrededor de cuyo centro giran. Las más interiores giran en torno a menos estrellas, por lo que no necesitan moverse tan rápido, pero a medida que nos alejamos del centro ocurre que la fracción de la galaxia que atrae a cada estrella crece, obligándola a moverse a mayor velocidad.

Si seguimos alejándonos, sin embargo, la galaxia comienza a diluirse y ya no es mucha la masa que se va agregando. Sucede entonces que la velocidad necesaria para que las estrellas más lejanas orbiten la galaxia debería ser cada vez menor, como ocurre con los planetas en el sistema solar. Pero no es eso lo que ocurre. Vera Rubin lo estudió para un conjunto grande de galaxias, incluyendo a la vecina Andrómeda, por lo que la evidencia de sus datos fue rotunda. Sólo podía explicarse que las veloces estrellas no salieran despedidas de sus galaxias como en el lanzamiento de martillo si hubiera mucha más materia de la que se podía ver. Así, la galaxia se diluiría en estrellas, pero un halo de materia oscura seguiría presente, envolviendo a la galaxia hasta bastante más allá del brillo de sus estrellas más remotas.

SÓLO SABEMOS QUE NADA SABEMOS

El correr del tiempo ha permitido establecer la realidad de la materia oscura de otras formas muy distintas, reafirmando su necesaria existencia. La relatividad general, por ejemplo, predice la deflexión de la luz al pasar cerca de cuerpos masivos. Las grandes concentraciones de masa se comportan como lentes que alteran las imágenes que llegan a nuestros telescopios, permitiéndonos identificarlas. También las de materia oscura que, de este modo, se nos revelan a través de los efectos ópticos que provocan. El fondo cósmico de microondas, la luz más antigua que llega a nuestros telescopios, también presenta signos inequívocos de la materia oscura, sin los cuales no es posible explicar lo que se observa.

No sabemos qué es la materia oscura, pero hay algo que sabemos con certeza: no está hecha de nada conocido. Cualquiera de las partículas del modelo estándar dejaría múltiples huellas que no han sido observadas. Se trata de materia jamás vista directamente en un laboratorio. La buena noticia es que también sabemos que este modelo no es la teoría final, ya que le falta incorporar a la fuerza de gravedad. Muchos de los intentos teóricos que han buscado esta inclusión predicen hipotéticas partículas de las que no hay confirmación experimental aún. Alguna (¡o varias!) de ellas podría ser constituyente de la materia oscura.

Hay quienes piensan que quizás el problema no sea la materia, sino la propia teoría de la gravedad. Quizás a escalas tan grandes como las galaxias o sus cúmulos la teoría de la relatividad general no funcione y sea necesaria otra teoría que explique las observaciones sin necesidad de incluir ningún tipo de materia nueva. Ninguna propuesta en esta dirección ha sido capaz de dar cuenta de todos los efectos achacados a la materia oscura. A pesar de esto, la propia Vera Rubin se inclinó por esta posibilidad, y quizás sea por ello que el premio Nobel que sobradamente merece le haya resultado esquivo.

DINOSAURIOS, IN MEMÓRIAN

¿Puede el halo de materia oscura que rodea a la Vía Láctea haber dejado alguna huella en la historia natural de nuestro planeta? Si la materia oscura sólo interactuara entre sí a través de la gravedad, su distribución sería esférica en torno al mismo centro. El hecho de que la Vía Láctea parezca más un disco que una esfera se debe a que la materia ordinaria también interactúa con la luz. Esto le brinda un mecanismo eficiente de pérdida de energía que es responsable del aplastamiento. Si una pequeña fracción de la materia oscura interactuara con “luz oscura” —análogamente a lo que ocurre en la materia ordinaria—, podría achatarse para formar un disco más estrecho que el de la Vía Láctea, como demostraron recientemente Matthew McCullough y Lisa Randall. Esto podría tener consecuencias muy interesantes.

En el giro del Sol y sus planetas en torno al centro de la Vía Láctea, existe también un movimiento oscilatorio “vertical” en relación al plano galáctico. El año pasado, Lisa Randall y Matthew Reece demostraron que el disco de materia oscura que se concentraría en dicho plano podría ser suficiente para, cada vez que el sistema solar lo atraviesa, producir un empuje gravitacional violento que arrastre hacia los planetas interiores a un gran número de cometas nacidos en la Nube de Oort. Esto aumentaría la probabilidad de impactos de meteoritos en la Tierra.

Se han caracterizado 188 cráteres en nuestro planeta que alcanzan los 300 kilómetros de diámetro y fueron producidos en los últimos 2.400 millones de años. La datación de los meteoritos que los originaron muestra una periodicidad aproximada de 35 millones de años. Los registros fósiles muestran la existencia de extinciones masivas ocurridas en períodos de tiempo similares. Si el período de oscilación del sistema solar en torno al hipotético disco de materia oscura fuera de 35 millones de años, ¡podría correlacionarse con los impactos de meteoritos y las extinciones masivas de especies!

El cráter del meteorito Chicxulub, de 150 kilómetros de diámetro, se encuentra frente a las costas de la península de Yucatán. Cayó hace 65 millones de años y probablemente produjo la extinción de los dinosaurios en nuestro planeta, dando una ventana de oportunidad a mamíferos que podrían prosperar sin tan temible depredador en el horizonte. Así, inopinadamente, por insólito que parezca, es posible que la especie humana le deba su existencia a la inestimable ayuda de un invisible disco de materia oscura.