El universo tiene dos tipos de materia. Está la materia ordinaria, como el gas, el polvo, las estrellas, los planetas y cosas terrenales como la masa de galletas y las canoas. Y está la materia oscura invisible, conocida sólo por sus efectos gravitatorios a gran escala.
Los científicos calculan que la materia ordinaria representa sólo un 15% de toda la materia y llevan mucho tiempo esforzándose por documentar dónde se encuentra toda ella, ya que cerca de la mitad está en paradero desconocido.
Con la ayuda de potentes ráfagas de ondas de radio procedentes de 69 puntos del cosmos, los investigadores han encontrado la materia "perdida".
Se ocultaba principalmente en forma de gas poco denso esparcido en las vastas extensiones entre galaxias y se detectó gracias al efecto que la materia ejerce sobre las ondas de radio que viajan por el espacio, explican los investigadores. Este gas tenue constituye el medio intergaláctico, una especie de niebla entre las galaxias.
Anteriormente, los científicos habían determinado la cantidad total de materia ordinaria mediante un cálculo que tenía en cuenta la luz observada que sobró del Big Bang, acontecimiento de hace unos 13,800 millones de años que dio inicio al universo. Pero en realidad no pudieron encontrar ni la mitad de esta materia.
"Así que la pregunta con la que hemos estado lidiando era: ¿Dónde se esconde? La respuesta parece ser: en una difusa y tenue red cósmica, bien lejos de las galaxias", afirma el profesor de astronomía de la Universidad de Harvard Liam Connor, autor principal del estudio publicado el lunes en la revista Nature Astronomy.
Los investigadores descubrieron que una porción menor de la materia desaparecida reside en los halos de material difuso que rodean a las galaxias, incluida nuestra Vía Láctea.
La materia ordinaria se compone de bariones, que son las partículas subatómicas protones y neutrones necesarias para construir átomos.
"Las personas, los planetas y las estrellas están hechos de bariones. La materia oscura, en cambio, es una sustancia misteriosa que constituye la mayor parte de la materia del universo. No sabemos qué nueva partícula o sustancia constituye la materia oscura. Sabemos exactamente cuál es la materia ordinaria, sólo que no sabíamos dónde estaba", afirma Connor.
Entonces, ¿cómo acabó tanta materia ordinaria en medio de la nada? Vastas cantidades de gas son expulsadas de las galaxias cuando las estrellas masivas explotan en supernovas o cuando los agujeros negros supermasivos del interior de las galaxias "eructan", expulsando material tras consumir estrellas o gas.
"Si el universo fuera un lugar más aburrido, o las leyes de la física fueran diferentes, podríamos encontrarnos con que la materia ordinaria caería toda en las galaxias, se enfriaría, formaría estrellas, hasta que cada protón y neutrón formara parte de una estrella. Pero eso no es lo que ocurre", afirma Connor.
Así pues, estos violentos procesos físicos desplazan la materia ordinaria a través de inmensas distancias y la envían al desierto cósmico. Este gas no se encuentra en su estado habitual, sino en forma de plasma, con sus electrones y protones separados.
El mecanismo utilizado para detectar y medir la materia ordinaria desaparecida consistió en unos fenómenos llamados ráfagas rápidas de radio, o FRB, potentes pulsos de ondas de radio que emanan de puntos lejanos del universo.
Aunque su causa exacta sigue siendo un misterio, una de las principales hipótesis es que son producidas por estrellas de neutrones altamente magnetizadas, ascuas estelares compactas que quedan tras la muerte de una estrella masiva en una explosión de supernova.
A medida que la luz en frecuencias de ondas de radio viaja desde la fuente de las FRB hasta la Tierra, se dispersa en diferentes longitudes de onda, del mismo modo que un prisma convierte la luz solar en un arco iris.
El grado de esta dispersión depende de la cantidad de materia que se encuentre en el camino de la luz, lo que proporciona el mecanismo para localizar y medir la materia donde, de otro modo, no se encontraría.
Una vez contabilizada toda la materia ordinaria, los investigadores pudieron determinar su distribución. Alrededor del 76% reside en el espacio intergaláctico, cerca del 15% en halos de galaxias y el 9% restante se concentra en el interior de las galaxias, principalmente en forma de estrellas o gas.
"Ahora podemos pasar a misterios aún más importantes en relación con la materia ordinaria del universo", afirmó Connor. "Y más allá: ¿cuál es la naturaleza de la materia oscura y por qué es tan difícil medirla directamente?".
