La composición química del Universo y la naturaleza física de su materia constituyente son temas que han ocupado a los científicos durante siglos. De echo en el Universo un 4.6 % es materia ordinaria, un 23 % es materia oscura, y un 72.4 % es energía oscura. Hablaremos un poco de cada una de ellas.

En todo el Universo, las estrellas funcionan como plantas gigantes de reprocesamiento que toman elementos químicos ligeros y los transforman en otros más pesados. La composición original, denominada primordial, del Universo se estudia con tanto detalle porque es una de las claves para nuestra comprensión de los procesos en el Universo temprano.

Helio en el universo temprano

El astrónomo europeo Peter Jakobsen investigó la naturaleza de la materia gaseosa que llena el vasto volumen del espacio intergaláctico. Al observar la luz ultravioleta de un cuásar distante, que de otro modo habría sido absorbida por la atmósfera de la Tierra, encontraron la firma del helio largamente buscada en el Universo temprano. Esta fue una importante pieza de evidencia de apoyo para la teoría del Big Bang. También confirmó la expectativa de los científicos de que, en el Universo temprano, la materia que aún no estaba encerrada en estrellas y galaxias estaba casi completamente ionizada (los átomos fueron despojados de sus electrones). Este fue un importante paso adelante para la cosmología.

Hoy, los astrónomos creen que alrededor de una cuarta parte de la masa-energía del Universo consiste en materia oscura . Esta es una sustancia bastante diferente de la materia normal que forma los átomos y el mundo familiar que nos rodea. 

El enigma de qué está hecha la materia oscura aún está lejos de resolverse, pero las observaciones increíblemente nítidas de las lentes gravitacionales del telescopio espacial Hubble han proporcionado escalones para el trabajo futuro en esta área.

La materia oscura solo interactúa con la gravedad, lo que significa que no refleja, emite ni obstruye la luz (ni ningún otro tipo de radiación electromagnética). Debido a esto, no se puede observar directamente. Sin embargo, los estudios de Hubble sobre cómo los cúmulos de galaxias desvían la luz que pasa a través de ellos permite a los astrónomos deducir dónde se encuentra la masa oculta. Esto significa que pueden hacer mapas de dónde se encuentra la materia oscura en un cúmulo.

Los estudios de varios de estos grupos de astrónomos han demostrado que la ubicación de la materia oscura (como se deduce de las lentes gravitacionales con Hubble) no coincide con la distribución del gas caliente (como lo detectan en rayos X observatorios como el XMM-Newton de la ESA o el Chandra de la NASA). Esto apoya firmemente las teorías sobre la materia oscura: esperamos que los gases calientes disminuyan la velocidad a medida que chocan entre sí y aumenta la presión. La materia oscura, por otro lado, no debería experimentar fricción o presión, por lo que esperaríamos que atraviese la colisión relativamente sin obstáculos. De hecho, las observaciones de Hubble y Chandra han confirmado que este es el caso.

En 2018, los astrónomos utilizaron la sensibilidad de Hubble para estudiar la luz dentro de un grupo en la búsqueda de materia oscura . La luz intralúster es un subproducto de las interacciones entre galaxias. En el curso de estas interacciones, las estrellas individuales son despojadas de sus galaxias y flotan libremente dentro del cúmulo. Una vez libres de sus galaxias, terminan donde reside la mayor parte de la masa del cúmulo, principalmente materia oscura. Tanto la materia oscura como estas estrellas aisladas, que forman la luz intracúmulo, actúan como componentes sin colisiones. Estos siguen el potencial gravitacional del propio cúmulo. El estudio demostró que la luz intracluster está alineada con la materia oscura, trazando su distribución con mayor precisión que cualquier otro método que se base en trazadores luminosos utilizados hasta ahora.

Aunque la materia oscura constituye la mayor parte de la materia del universo, solo representa aproximadamente una cuarta parte de la composición. El universo está dominado por la energía oscura.

Después del Big Bang, el universo comenzó a expandirse, los científicos pensaron que fruto de esa expansión se quedaría sin energía, disminuyendo la velocidad a medida que la gravedad atraía los objetos dentro de ella. Pero los estudios de supernovas distantes revelaron que el universo de hoy se está expandiendo más rápido de lo hacia en el pasado, no más lento, lo que indica que la expansión se está acelerando. Esto solo sería posible si el universo contiene suficiente energía para superar la gravedad: la energía oscura.

Energía oscura

Más intrigante aún que la materia oscura es la energía oscura. Los estudios de Hubble sobre la tasa de expansión del Universo han encontrado que la expansión en realidad se está acelerando. Los astrónomos han explicado esto usando la teoría de la energía oscura, que empuja al Universo cada vez más rápido contra la fuerza de la gravedad.

Como nos dice la famosa ecuación de Einstein, E = mc ² , la energía y la masa son intercambiables. Los estudios de la tasa de expansión del cosmos sugieren que la energía oscura es, con mucho, la mayor parte del contenido de energía de masa del Universo, superando con creces tanto la materia normal como la materia oscura: parece que la energía oscura constituye casi el 70% del Universo conocido.

Si bien los astrónomos han podido avanzar en el camino hacia la comprensión de cómo funciona la energía oscura y qué hace, su verdadera naturaleza sigue siendo un misterio.

Para saber más:

Telescopio espacial Hubble

Materia Oscura ¿Qué es?

Iluminando la Materia Oscura