Un estudio sugiere que la materia oscura no desafía la gravedad

¿La materia oscura sigue las mismas leyes que la materia ordinaria? El misterio de este componente invisible e hipotético de nuestro universo —que no emite ni refleja luz— permanece sin resolver. Un equipo, con miembros de la Universidad de Ginebra (UNIGE), se propuso determinar si, a escala cosmológica, esta materia se comporta como la materia ordinaria o si intervienen otras fuerzas.

Sus hallazgos, publicados en Nature Communications, sugieren un comportamiento similar, aunque dejan abierta la posibilidad de una interacción aún desconocida. Este avance arroja algo 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 nuclear fuerte y débil a nivel atómico. ¿Pero qué ocurre con la materia oscura? Invisible y esquiva, 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 del mismo modo 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 según leyes físicas bien establecidas, como la teoría de la relatividad general de Einstein y las ecuaciones de Euler. ¿Pero qué ocurre con la materia oscura?

«Para responder a esta pregunta, comparamos las velocidades de las galaxias en todo el universo con la profundidad de los pozos gravitacionales», explica Camille Bonvin, profesora asociada del 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, las galaxias —compuestas principalmente de materia oscura— caerán en estos pozos gravitacionales como la materia ordinaria, gobernadas únicamente por la gravedad. En cambio, si una quinta fuerza actúa sobre la materia oscura, influirá en el movimiento de las galaxias, que caerán en los pozos de forma diferente. Al comparar la profundidad de los pozos con las velocidades de las galaxias, podemos comprobar la presencia de dicha fuerza.

Las ecuaciones de Euler siguen siendo válidas.

Al aplicar este enfoque a los datos cosmológicos actuales, el equipo de investigación concluyó que la materia oscura cae en los pozos gravitacionales del mismo modo que la materia ordinaria, obedeciendo así las ecuaciones de Euler.

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

Estos resultados iniciales representan un importante avance en la caracterización de la materia oscura. El próximo reto será determinar si una quinta fuerza la rige.

«Los próximos datos de los experimentos más recientes, 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», concluye Isaac Tutusaus, investigador de ICE-CSIC e IEEC y profesor asociado de IRAP, observatorio Midi-Pyrénées de la Universidad de Toulouse, coautor del estudio.

Con información de Nature