Tras décadas estudiando la materia oscura, los científicos han encontrado repetidas evidencias de lo que no puede ser, pero muy pocas señales de lo que es. Esto podría haber cambiado. Un estudio de cuatro galaxias en colisión sugiere por primera vez que la materia oscura podría estar interactuando consigo misma a través de una fuerza desconocida, distinta de la gravedad, y que no tiene ningún efecto sobre la materia ordinaria. El hallazgo podría ser una pista importante para comprender qué es esta materia invisible que se cree constituye el 24 por ciento del universo.
 
"Este resultado, de confirmarse, podría cambiar drásticamente nuestra comprensión de la materia oscura", asegura Don Lincoln, físico del Laboratorio del Acelerador Nacional Fermi en Illinois, que no participó en la investigación. La llamada "materia oscura auto-interactiva" se propuso hace ya algún tiempo, pero en general se ha considerado una hipótesis poco ortodoxa. Los modelos más simples conciben a la materia oscura como una única partícula, que interactúa con otras partículas de materia oscura, pero muy poco o nada con la materia normal. Los físicos suelen preferir las explicaciones más básicas que se ajustan a los modelos, y añaden complicaciones adicionales solo cuando es necesario, por lo que este escenario tiende a ser el más popular. Para que la materia oscura interactúe consigo misma haría falta la existencia no solo de partículas de materia oscura, sino también de una fuerza oscura que gobierne sus interacciones, y de bosones oscuros que transmitan dicha fuerza. Esta visión más compleja sería un reflejo de nuestra comprensión de las partículas de materia normal, que interactúan a través de partículas portadoras de fuerza. Por ejemplo, los protones interactúan a través de la fuerza electromagnética, que es transportada por partículas llamadas fotones (partículas de luz).
 
Ahora, científicos dirigidos por Richard Massey de la Universidad de Durham, en Inglaterra, han publicado en el Monthly Notices of the Royal Astronomical Society los primeros signos de que las fuerzas oscuras y los bosones oscuros podrían realmente existir. Los investigadores utilizaron el instrumento MUSE (Multi Unit Spectroscopic Exploreer) del Very Large Telescope en Chile, junto con el Telescopio Espacial Hubble, para estudiar el cúmulo Abell 3827, donde cuatro galaxias están chocando en un gran accidente cósmico.
 
Para determinar si esta materia oscura invisible nos está mintiendo, los astrónomos utilizaron un fenómeno natural llamado lente gravitacional, predicho por la teoría general de la relatividad de Einstein. Los lentes gravitacionales se producen cuando la masa curva el espacio-tiempo, haciendo que la luz que viaja por esa región se incline formando una trayectoria curva. La materia oscura en Abell 3827 es abundante, por lo que deforma el espacio a su alrededor de manera significativa. Cuando la luz de un objeto distante situado detrás del cúmulo viaja en dirección a la Tierra, al pasar por esta zona se distorsiona y produce signos propios de la lente gravitacional, como arcos de luz y dobles imágenes, que los astrónomos utilizan para "pesar" la materia invisible en el clúster. Los científicos descubrieron que al menos en una de las galaxias en colisión, la materia oscura había quedado separada de las estrellas y otra materia visible por unos 5.000 años-luz de distacia. Una explicación es que la materia oscura de esta galaxia interactuó con la materia oscura de una de las otras galaxias cercanas, y estas interacciones la desaceleraron, haciendo que se separara y dejara atrás a la materia normal.
 
Las interacciones serían similares a lo que ocurre cuando dos protones pasan uno cerca de otro. Cada protón libera un fotón que es absorbido por el otro, haciendo que ambas partículas retrocedan. Esta fuerza repelente se da entre cualquier dos partículas con la misma carga electromagnética, y podría ocurrir también entre dos partículas de materia oscura. Pero debido a que la materia oscura no se ve afectada por la fuerza electromagnética, solo una nueva “fuerza oscura" –transmitida por un “fotón oscuro”– podría provocar la repulsión. También podría ser que solo una parte de la materia oscura interactuara consigo misma, mientras que la mayor parte se comportara como las partículas más tradicionales. "Esto encaja bien en nuestro tipo de modelo en el que solo una pequeña fracción de la materia oscura interactúa", dice la física de la Universidad de Harvard Lisa Randall, quien planteó dicho modelo.
 
Los responsables del estudio son cautelosos en la interpretación de sus observaciones. "Esto es muy, muy excitante, ya que es la primera detección potencial de interacciones no-gravitacionales, pero tenemos que ver lo mismo con más objetos", dice el miembro del equipo David Harvey, de la Escuela Politécnica Federal de Lausana, en Suiza. "De ninguna manera está confirmado". Es posible, por ejemplo, que el patrón observado por los telescopios fuera causado por materia oscura adicional fuera del clúster pero en la línea de visión de la Tierra, en lugar de materia oscura auto-interactiva. "Este es uno de esos casos en que sería tan increíblemente emocionante que terminara siendo materia oscura, que todo el mundo deberá ser un poco cauteloso en cómo se interpreta ese dato aislado", dice el físico Neal Weiner de la Universidad de Nueva York, que no participó en el estudio.
 
La existencia de materia oscura auto-interactiva, junto a fuerzas oscuras y fotones oscuros, puede que no sea una explicación tan sencilla como la de partícula-individual, pero es una idea igual de razonable, dice Weiner. "La motivación más fuerte para considerar que la materia oscura tenga sus propias interacciones es simplemente que cuando nos fijamos en el Modelo Estándar –que describe todas las partículas y fuerzas conocidas– vemos que está lleno de todo tipo de diferentes interacciones. Parece muy natural que la materia oscura pueda tener su propia fuerza". Esta configuración también podría explicar algunas pequeñas discrepancias entre las predicciones del modelo de partícula-individual y lo que los astrónomos observan realmente. Por ejemplo, el modelo de partícula-individual dice que los centros de las galaxias deberían ser más densos de lo que en realidad son; en cambio si la materia oscura interactúa consigo misma, tendería a chocar en los núcleos galácticos y alejarse.
 
Hasta el momento no han aparecido señales de materia oscura auto-interactiva en otras colisiones de galaxias. Otro famoso lugar de grandes colisiones, el Cúmulo Bala, fue uno de los primeros en proporcionar pruebas sólidas de que la materia oscura existe, porque los lentes gravitacionales mostraron que la mayor parte de la masa del cúmulo reside en un lugar diferente al de la materia visible. Pero la separación no es lo suficientemente grande como para sugerir que la materia oscura esté interactuando. "El resultado no está en conflicto con el Cúmulo Bala", dice Maruša Bradáč de la Universidad de California, uno de los líderes del estudio original de 2006 con el Cúmulo Bala, porque ese ejemplo solamente puso un límite superior a lo fuerte que podría ser la interacción . 

Otro estudio más reciente, dirigido por Harvey y publicado en marzo en Science, rastreó 72 colisiones de cúmulos de galaxias y tampoco encontró ninguna señal de materia oscura auto-interactiva. Pero los cúmulos de este estudio, así como el Cúmulo Bala, son agrupaciones de galaxias colisionando, no galaxias individuales chocando entre ellas como en Abell 3827. Las galaxias solitarias colisionan a velocidades más lentas que las agrupaciones enteras, y eso podría dar más tiempo a las partículas de materia oscura para interactuar unas con otras y frenarse. La verdadera prueba vendrá cuando los astrónomos observen a otros choques de galaxias individuales. "Hay más grupos que podemos observar y que están en estados similares, pero ninguno tan perfecto como este", dice Harvey. "Pero con futuras exploraciones esperamos ser capaces de ver estos objetos."