Si la materia oscura le resulta un concepto extraño o incomprensible, está en buena compañía: los científicos tampoco logran descifrar su naturaleza. Esta sustancia invisible escapa a nuestros sentidos y herramientas de medición directa, pero su influencia gravitacional resulta fundamental para mantener cohesionadas las galaxias que observamos en el cosmos.
Constituye aproximadamente el 80 % de toda la materia del universo, convirtiendo en una paradoja desconcertante el hecho de que, tras décadas de experimentos en laboratorios de todo el mundo, permanezca como uno de los mayores enigmas de la física moderna.
Frente a esta acumulación de "resultados experimentales nulos" –como los caracteriza el propio investigador–, Stefano Profumo, profesor de física de la Universidad de California en Santa Cruz, desafía el paradigma tradicional con dos estudios recientes que exploran teorías alternativas y audaces sobre el origen de la materia oscura.
La búsqueda fallida de partículas de materia oscura
La búsqueda ha sido intensa y persistente. Durante décadas, físicos de partículas han escrutado el universo en busca de señales de WIMPs (partículas masivas débilmente interactuantes), axiones y otras partículas exóticas que podrían explicar este misterio cósmico. Pero la ausencia sistemática de evidencia experimental ha erosionado gradualmente el optimismo científico.
En este contexto de frustración y replanteo, Profumo propone un enfoque radical: explicar la materia oscura sin recurrir a la invención de nuevas partículas que se niegan obstinadamente a manifestarse en nuestros detectores. Más bien, como explican en un comunicado de la UC Santa Cruz, sugiere que podría haber surgido de forma natural a partir de las condiciones del universo primitivo.
El mundo espejo: quarks y gluones oscuros en el universo primitivo
Su primera propuesta plantea una pregunta fascinante: ¿y si existiera una especie de "mundo espejo" dentro de nuestro propio universo? No se trata de ciencia ficción ni de un mundo espejo visual, sino de una teoría basada en la cromodinámica cuántica (QCD), la misma física bien establecida que explica cómo se mantienen unidos los protones y neutrones en los átomos.
En este sector hipotético, habría versiones "oscuras" de las partículas fundamentales: quarks oscuros y gluones oscuros que se combinan para formar partículas más pesadas. Durante los primeros segundos del universo, cuando las condiciones eran extremas, estas partículas podrían haberse vuelto tan densas que colapsaron bajo su propio peso, formando objetos minúsculos similares a agujeros negros.
Estos objetos serían perfectamente invisibles para nuestros detectores, interactuando con la materia normal únicamente a través de la gravedad. Pero si existieran en suficiente cantidad, podrían explicar perfectamente todos los efectos gravitacionales que atribuimos a la materia oscura.
El artículo plantea que estos objetos serían apenas unas pocas veces más masivos que la llamada masa de Planck, un umbral fundamental en física. Su atractivo radica en que no requieren física nueva, sino una prolongación especular de la que ya conocemos.
"Residuo" cuántico: materia oscura desde el horizonte cósmico
El segundo estudio de Profumo toma una ruta aún más abstracta. Esta vez, el origen de la materia oscura no sería un reflejo, sino una especie de "residuo" cuántico del propio universo en expansión.
La idea se inspira en la radiación de Hawking, que predice que los agujeros negros pueden emitir partículas en su horizonte de sucesos debido a efectos cuánticos. Profumo plantea un escenario similar para el horizonte cósmico, el límite del universo observable. Durante una breve, pero intensa fase de expansión acelerada justo después del big bang (no tan violenta como la inflación, pero sí significativa), el universo podría haber generado partículas de materia oscura a partir de fluctuaciones cuánticas.
Estas partículas no necesitarían interactuar con nada más, excepto con la gravedad. Lo único imprescindible sería que fueran estables y lo bastante numerosas. Como explica Profumo en el comunicado, ambos mecanismos –el espejo oscuro y el horizonte cósmico– son "muy especulativos", pero tienen una gran virtud: no dependen de los modelos tradicionales de materia oscura de partículas, cada vez más presionados por la falta de evidencias.
Nuevas teorías para un enigma persistente
Lo notable de estas propuestas es que, aunque poco convencionales, no son apuestas locas lanzadas al vacío. Están formuladas con rigor matemático, son coherentes con teorías conocidas como la teoría cuántica de campos en espacio-tiempo curvo, y podrían, con el tiempo, someterse a verificación experimental.
Además, estas teorías continúan la larga tradición de la UC Santa Cruz en el campo de la cosmología, universidad que ha desempeñado un papel clave en el desarrollo del modelo estándar Lambda-Cold Dark Matter (Lambda-CDM), el que mejor se ajusta a todos los datos cosmológicos actuales.
El misterio gravitacional continúa
Con pocas pistas, no sabemos qué es la materia oscura; solo sabemos de su existencia porque, de alguna manera, los efectos de la gravedad en todo el universo son mucho más fuertes de lo que deberían ser, una vez que se han tenido en cuenta todas las galaxias, todas las estrellas y todas las nubes de polvo que flotan silenciosas y oscuras entre las estrellas.
Así, mientras los físicos continúan su búsqueda de esta sustancia esquiva, las nuevas propuestas de Profumo abren caminos alternativos que podrían finalmente resolver el enigma de la materia oscura. No obstante, por ahora, el universo mantiene guardados sus secretos.
