Un estudio sugiere que la materia oscura no desafía la gravedad

¿La materia oscura sigue las mismas leyes que la materia ordinaria? Este enigma, que rodea a este componente invisible y hipotético del universo, que no emite ni refleja luz, sigue sin resolverse. Un equipo de investigadores de la Universidad de Ginebra (UNIGE) se propuso determinar si, a escala cosmológica, esta materia se comporta como la materia común o si intervienen otras fuerzas.

Los hallazgos, publicados en Nature Communications, sugieren un comportamiento similar, aunque dejan abierta la posibilidad de una interacción aún desconocida. Este avance arroja un poco más de luz sobre las propiedades de esta materia esquiva, que es cinco veces más abundante que la materia ordinaria.

La materia ordinaria obedece a cuatro fuerzas bien identificadas: la gravedad, el electromagnetismo, y las fuerzas fuerte y débil a nivel atómico. Pero, ¿qué pasa con la materia oscura? Invisible y elusiva, podría estar sujeta a las mismas leyes o regida por una quinta fuerza, aún desconocida.

Para desentrañar este misterio, un equipo liderado por la UNIGE se propuso determinar si, a escala cósmica, la materia oscura cae en pozos gravitacionales de la misma manera que la materia ordinaria. Bajo la influencia de cuerpos celestes masivos, el espacio que ocupa nuestro universo se distorsiona, creando pozos. La materia ordinaria—planetas, estrellas y galaxias—cae en estos pozos de acuerdo con leyes físicas bien establecidas, incluyendo la teoría de la relatividad general de Einstein y las ecuaciones de Euler. Pero, ¿qué pasa con la materia oscura?

"Para responder a esta pregunta, comparamos las velocidades de las galaxias a través del universo con la profundidad de los pozos gravitacionales", explicó Camille Bonvin, profesora asociada en el Departamento de Física Teórica de la Facultad de Ciencias de la UNIGE y coautora del estudio.

"Si la materia oscura no está sujeta a una quinta fuerza, entonces las galaxias—que están compuestas mayoritariamente de materia oscura—caerán en estos pozos como la materia ordinaria, gobernadas únicamente por la gravedad. Por otro lado, si una quinta fuerza actúa sobre la materia oscura, influirá en el movimiento de las galaxias, que caerían en los pozos de manera diferente. Al comparar la profundidad de los pozos con las velocidades de las galaxias, podemos, por lo tanto, poner a prueba la presencia de tal fuerza".

Aplicando este enfoque a los datos cosmológicos actuales, el equipo de investigación concluyó que la materia oscura cae en pozos gravitacionales de la misma manera que la materia ordinaria, obedeciendo así las ecuaciones de Euler.

"En esta etapa, sin embargo, estas conclusiones no descartan aún la presencia de una fuerza desconocida. Pero si tal quinta fuerza existe, no puede superar el 7% de la fuerza de la gravedad—de lo contrario, ya se habría detectado en nuestros análisis", afirmó Nastassia Grimm, primera autora del estudio y ex investigadora postdoctoral en el Departamento de Física Teórica de la Facultad de Ciencias de la UNIGE, quien recientemente se unió al Instituto de Cosmología y Gravitación de la Universidad de Portsmouth.

Estos resultados iniciales marcan un gran avance en la caracterización de la materia oscura. El próximo desafío será determinar si una quinta fuerza la gobierna.

"Los datos que se obtendrán de los nuevos experimentos, como LSST y DESI, serán sensibles a fuerzas tan débiles como el 2% de la gravedad. Por lo tanto, deberían permitirnos aprender aún más sobre el comportamiento de la materia oscura", concluyó Isaac Tutusaus, investigador en ICE-CSIC y IEEC y profesor asociado en el observatorio IRAP, Midi-Pyrénées, Universidad de Toulouse, coautor del estudio.