Durante décadas, los científicos que observaban el cielo nocturno sabían que algo estaba mal en sus cálculos. Cuando sumaban toda la materia ordinaria del universo, los protones y neutrones que forman las estrellas, los planetas y las personas, los números no cuadraban. Solo alrededor del nueve por ciento de esta materia estaba dentro de las galaxias. El resto había desaparecido.
Ahora, un equipo dirigido por investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) ha mapeado finalmente dónde se encuentra esta materia oculta. Para encontrarla, no construyeron un telescopio óptico más grande. En su lugar, utilizaron algunas de las explosiones más violentas del cosmos.
Estos eventos producen estallidos de radio rápidos (FRB, por sus siglas en inglés). Estos destellos de energía de radio, increíblemente brillantes y que duran solo milisegundos, se originan en galaxias distantes. Mientras estas señales viajan por el universo, actúan como linternas cósmicas que iluminan los espacios oscuros entre los sistemas estelares.
Cuando un FRB viaja por el espacio, atraviesa nubes de gas extremadamente tenues. Este encuentro cambia la luz. Las longitudes de onda más cortas y azules del estallido pasan fácilmente y llegan primero a la Tierra. Las longitudes de onda más largas y rojas encuentran más resistencia y llegan un poco más tarde. Midiendo este pequeño retraso, los astrónomos pueden calcular exactamente cuánto gas invisible atravesó el destello en su viaje.
"Los FRB brillan a través de la niebla del medio intergaláctico, y al medir con precisión cómo la luz se ralentiza, podemos pesar esa niebla, incluso cuando es demasiado débil para verla", dijo Liam Connor, profesor asistente en la Universidad de Harvard. Para mapear esta niebla cósmica, los investigadores del MIT analizaron 2.870 FRB. Estos destellos fueron capturados por la instalación de telescopios de radio canadiense CHIME. El equipo comparó estos destellos con un mapa masivo de más de seis millones de galaxias, creado por el Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) en Arizona.
Los resultados revelaron algo sorprendente: la materia perdida no estaba cerca de sus galaxias de origen, sino que se extendía en nubes masivas y dispersas que llegaban hasta unos cuatro millones de años luz en el espacio profundo, una distancia mucho mayor de lo que los modelos informáticos habían predicho previamente. "Una galaxia tiene quizás unos pocos cientos de miles de años luz de diámetro, y encontramos materia perdida hasta unos 4 millones de años", dijo Kiyoshi Masui, profesor asociado de física en el MIT. "Eso es bastante más de lo que predicen las simulaciones".
Esta vasta extensión de gas cuenta una historia sobre cómo se comportan las galaxias. No son islas tranquilas y contenidas de estrellas. En cambio, funcionan como enormes fuentes cósmicas. Cuando los agujeros negros supermasivos disparan chorros de energía, o cuando las estrellas masivas explotan como supernovas, expulsan materia ordinaria al vacío.
Según los investigadores, estos eventos violentos tienen mucha más energía de la que se creía. Actúan como un sistema de enfriamiento gigante para las galaxias, empujando el material hacia afuera cuando las cosas se calientan demasiado.
El nuevo mapa muestra que aproximadamente el 15 por ciento de la materia ordinaria del universo flota en estas nubes difusas justo fuera de las galaxias. Un enorme 75 por ciento se dispersa en las vastas regiones vacías que separan completamente las galaxias.
"El 'problema de los bariones perdidos', que existía desde hace décadas, nunca se trató de si la materia existía", explicó Connor. "Siempre fue: ¿Dónde está? Ahora, gracias a los FRB, lo sabemos: tres cuartas partes flotan entre las galaxias en la red cósmica".
Vikram Ravi, profesor asistente de astronomía en Caltech, comparó la técnica con mirar una silueta. "Es como si viéramos la sombra de todos los bariones, con los FRB como luz de fondo", dijo Ravi. "Si ves a una persona delante de ti, puedes saber mucho sobre ella. Pero si solo ves su sombra, todavía sabes que está allí y aproximadamente qué tan grande es".
Para los astrónomos, este descubrimiento representa una gran victoria. Usando los destellos de luz más breves, la humanidad finalmente puede ver la arquitectura invisible que mantiene unido el universo.