Hay algo en el cosmos que no podemos ver ni tocar; solo sabemos que existe por el efecto gravitatorio que ejerce sobre las grandes estructuras cósmicas. Desde hace años, los únicos resultados sobre la naturaleza de la materia oscura se han limitado a revelar lo que no es; una criba de posibilidades que ha puesto a los físicos cada vez más nerviosos. ¿Qué ocurrirá cuando tachen el último candidato de la lista? ¿Tendrán que resignarse a no saber nunca qué compone el 85 por ciento de toda la masa del universo?

Ese triste discurrir dio un giro esperanzador hace unos meses. Un grupo de astrónomos ha obtenido resultados que apuntan a una intrigante posibilidad: la existencia de una nueva interacción entre partículas de materia oscura. De confirmarse, el hallazgo podría ayudar a desentrañar la naturaleza de la enigmática sustancia.

La pista apareció en las observaciones del cúmulo de galaxias Abell 3827. Gracias al efecto de lente gravitacional (la desviación que sufren los rayos de luz cuando pasan cerca de un objeto de gran masa), los investigadores consiguieron inferir la distribución de materia oscura entre cuatro galaxias en proceso de colisión. Las observaciones del telescopio espacial Hubble y del VLT, en Chile, indicaron que la materia oscura de al menos una de ellas se encontraba considerablemente rezagada con respecto a la materia visible. El fenómeno apuntaría a la existencia de una interacción entre partículas de materia oscura, la cual generaría una especie de «rozamiento interno» que las frenaría. Es la primera vez que se observa algo semejante.

El grupo de investigadores, dirigido por Richard Massey, de la Universidad de Durham, conjetura que, dado que la materia ordinaria no parece haberse visto afectada, el fenómeno se debería a una interacción no gravitatoria que solo actuaría sobre las partículas de materia oscura; por ejemplo, un intercambio de «fotones oscuros» (por analogía con el electromagnetismo, en el que la atracción o repulsión entre dos cargas se explica mediante el intercambio de partículas de luz).

El hallazgo ha incitado a los físicos a buscar respuestas. "Si las observaciones se consolidan, nos encontraríamos ante un resultado más que importante", opina Neal Weiner, físico la Universidad de Nueva York que no participó en la investigación. Un escenario con fotones oscuros supondría alejarse de una de las hipótesis más populares para explicar la materia oscura, la cual postula que esta se compone de un solo tipo de partícula, bautizada a menudo con el nombre genérico de WIMP, por las siglas en inglés de "partícula masiva que interacciona débilmente". Además, la existencia de fotones oscuros e interacciones exóticas podría ayudar a entender varias incógnitas que deja abiertas la hipótesis de una única WIMP, como por qué los centros galácticos son menos densos de lo esperado.

En caso de confirmarse, la nueva interacción permitiría acotar de manera considerable la larga lista de candidatos que se han propuesto para explicar la materia oscura. "Aunque contamos con todo tipo de indicios que confirman su existencia, todo lo que sabemos sobre la materia oscura se limita a sus interacciones gravitatorias", apunta Weiner. Si se demuestra que las partículas que la componen interaccionan entre sí con la intensidad que sugiere el nuevo estudio, tendrán que descartarse numerosos modelos, asegura el investigador.

En particular, el hallazgo, que apareció publicado en abril en la edición en línea de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, pondría en aprietos a un gran número de modelos que postulan que la partícula de materia oscura sería una de las predichas por las teorías supersimétricas. La supersimetría —una atractiva idea que pretende resolver varios de los problemas conceptuales del modelo estándar, como por qué la masa del bosón de Higgs es tan pequeña— implica la existencia de un gran número de partículas elementales que no habrían sido observadas hasta ahora. Sin embargo, si la materia oscura se compusiese de una de ellas (que bien podría ser una WIMP), la mayor parte de las encarnaciones de la teoría predicen que dicha partícula no interaccionaría consigo misma.

Los autores del estudio reconocen que aún es pronto para descartar otras explicaciones más prosaicas. Por ejemplo, podría ocurrir que la materia oscura situada fuera de las galaxias pero en la línea de visión desde la Tierra haya contribuido al efecto de lente gravitacional. "Una salvedad que hay que hacer a este estudio es que se trata de un solo objeto", admite David Harvey, del Instituto Federal Suizo de Tecnología en Lausana y miembro del equipo. "Hay cosas que ignoramos y que ni siquiera sabemos que ignoramos, lo que podría modificar el resultado".

De hecho, las investigaciones de otros cúmulos de galaxias no han detectado indicios de interacciones no gravitatorias entre partículas de materia oscura. Así ocurrió con un estudio publicado en marzo en la revista Science y dirigido por el propio Harvey, que analizó 72 colisiones entre cúmulos de galaxias. Sin embargo, ambos estudios no son contradictorios: dado que los cúmulos tienden a chocar más rápido que las galaxias, la materia oscura de los primeros dispone de menos tiempo para interaccionar consigo misma y rezagarse.

Si al final las nuevas observaciones se quedan en nada, Abell 3827 se convertirá en un ejemplo más de lo que la materia oscura no es. Mientras, los experimentos subterráneos que intentan detectar las misteriosas partículas a su paso por la Tierra siguen sin ver nada. Y aunque, con suerte, el LHC podría alcanzar la energía necesaria para crearlas, por el momento tampoco han aparecido allí. Con todo, los expertos no pierden la esperanza. Tras dos años de parada técnica, el acelerador se puso de nuevo en marcha en abril. Sus detectores son ahora sumamente sensibles y la energía de las colisiones batirá en breve todos los récords. "La materia oscura se nos ha escapado muchas veces, pero nunca antes habíamos tenido tantos datos como los que tendremos ahora", apunta Harvey. "Me da la impresión de que es o ahora o nunca".

Este artículo se reproduce con permiso y fue publicado primero en  Investigación y Ciencia.