En 1933, el astrónomo, Fritz Zwicky, descubrió algo extraño en el Cúmulo de Coma. Un cúmulo no es nada más que un grupo de galaxias agrupadas por la fuerza de gravedad. El Cúmulo de Coma es uno de estos.
El problema es que Zwicky se percató de que la cantidad de estrellas en este cúmulo era incapaz de generar la suficiente gravedad para que este se mantuviera unido. De hecho, estas solo proveían el 1% de la masa necesaria para que pueda existir este cúmulo. Así, era un misterio dónde se encontraba el resto de masa necesario para mantenerlo unido.
Más tarde, en los 70s, los astrónomos Vera Rubin y W. Kent Ford encontraron un fenómeno similar pero relacionado a la órbita de las galaxias sobre su centro. En simple, ellos se dieron cuenta de que la velocidad de órbita de las estrellas en los extremos de las galaxias era igual o mayor que aquellas más cercanas al centro. Para que este fenómeno pudiera suceder la masa de la galaxia tendría que aumentar a medida de que nos alejemos del centro. Sin embargo, este aumento de masa no era observado.
Estas y otras observaciones nos llevaron a concluir que las galaxias de nuestro universo estaban logrando algo imposible según nuestras mejores herramientas matemáticas. Estas no solo rotan más rápido de lo que deberían, sino que también se mantienen unidas, cuando la cantidad de masa que vemos en ellas no es suficiente. Pero, ¿qué cosa está generando la gravedad faltante? Una posibilidad es la existencia de algún tipo de materia que no podemos ver. De ahí el nombre «materia oscura». Pero ¿qué es la materia oscura?
Lisa Randall, profesora de ciencia de la Universidad de Harvard, lo explica de la siguiente manera. Todos nosotros tenemos 5 sentidos: el gusto, el tacto, el olfato, la vista y el oído. Todos ellos dependen de la fuerza electromagnética para funcionar. La fuerza electromagnética es la que da origen a la electricidad y el magnetismo, pero también da origen a fenómenos como la luz. Sin luz, por ejemplo, no podemos ver.
Asimismo, el electromagnetismo es la razón por la cual podemos tocar objetos y también por la cual no podemos atravesar paredes. Cuando un cuerpo choca contra otro, las cargas de los átomos de ambos cuerpos se repelen, de la misma manera en que dos imanes se repelen cuando tratamos de juntar dos de sus polos iguales.
Por otro lado, la gravedad ocurre cuando los objetos con masa distorsionan el espacio-tiempo. Esto suena un poco complejo, pero lo podemos entender de la siguiente manera. Los objetos con masa, como el Sol y la Tierra, distorsionan el espacio, esta distorsión causa que se atraigan. Esta es la razón por la cual nosotros caemos al piso cuando saltamos y por la cual los planetas giran alrededor del Sol.
Usualmente, los objetos con masa, como nosotros o la Tierra, estamos formados por átomos. A su vez, estos son partículas que pueden interactuar con la energía electromagnética. Por ello no podemos atravesar paredes. Sin embargo, como explica Randall, no hay razón para que la materia siempre esté formada por partículas capaces de interactuar con esta energía.
Es decir, podrían existir en nuestro universo partículas con masa que no interactúen con la energía electromagnética. Al no interactuar con esta energía, no las podríamos ver, tocar, oler, oír o degustar. De hecho, Randall afirma que tal vez deberíamos llamar materia invisible a la materia oscura. Sin embargo, al tener masa, estás podrían interactuar a través de la gravedad con otras cosas con masa, como las estrellas y las galaxias.
Hay diversas hipótesis sobre qué son estas partículas ocultas. La mayoría de científicos cree que están compuestas por un tipo de partícula hipotética llamada WIMP, un nombre que viene de la expresión «weakly interacting massive particle». Las WIMPs serían partículas sumamente masivas, teniendo entre 10 o 100 veces la masa de un protón, pero no tendrían interacciones electromagnéticas con otras partículas, por lo cual serían invisibles. Sin embargo, no hemos encontrado evidencia de estas partículas en experimentos.
Otra opción es que la materia oscura es un sector invisible de nuestro universo con sus propias dinámicas. Este sector podría estar compuesto por partículas que interactúan con partículas de su propio sector y no con las conocidas por nosotros. En otras palabras, en nuestro universo, habría un universo escondido e invisible, con sus propias partículas y sus propias interacciones. Este universo solo interactúa con el nuestro a través de la gravedad.
Una tercera opción, es que las leyes de Newton y la teoría de la relatividad estén equivocadas y no predicen bien el comportamiento de la gravedad en escalas grandes. Sin embargo, aún no tenemos una teoría alternativa sobre la gravedad que sea compatible con la evidencia que tenemos. Por ello, la mayoría de científicos cree que en efecto hay una tipo de materia que nuestros ojos y otros instrumentos no pueden detectar con facilidad.
Así, la mejor forma actual de explicar el comportamiento de las galaxias y los cúmulos de estas es postulando la existencia de materia que no interactúa con la materia ordinaria de nuestro universo: una materia invisible. Sin embargo, para saberlo será necesario mucha más investigación.
