Cómo la materia oscura pudo generar los campos magnéticos del universo
Un nuevo estudio propone que una forma ultraligera de materia oscura pudo encender el magnetismo cósmico que atraviesa galaxias y vacíos intergalácticos. La hipótesis conecta dos de los mayores enigmas de la cosmología: el origen de los campos magnéticos del universo y la verdadera naturaleza de la materia oscura.
Por Enrique Coperías, periodista científico
Ilustración conceptual de la red cósmica atravesada por campos magnéticos a gran escala que podrían haberse originado por la interacción entre materia oscura y electromagnetismo en el universo temprano. Crédito: IA-DALL-E-RexMolón Producciones
En los grandes vacíos que reinan entre galaxias, donde casi no hay estrellas ni gas, existen campos magnéticos débiles pero omnipresentes. Nadie sabe con certeza de dónde surgieron.
Ahora, un nuevo trabajo realizado por los físicos teóricos Robert Brandenberger, de la McGill University, en Montréal (Canadá); Jürg Fröhlich, del Instituto de Física Teórica, en la ETH Zürich (Suiza); y Hao Jiao, del Centro de Física Teórica del Universo, en el Instituto de Ciencias Básicas de Daejeon (Corea del Sur), propone una hipótesis audaz: una forma ultraligera de materia oscura pudo haber encendido el magnetismo del cosmos poco después del nacimiento de los átomos.
La idea, publicada en la revista Physical Review Letters, sugiere que el mismo ingrediente invisible que constituye la mayor parte de la materia del universo habría generado campos magnéticos a escalas cosmológicas. Si es correcta, esta propuesta uniría dos de los grandes misterios de la cosmología moderna: el origen de los campos magnéticos cósmicos y la naturaleza de la materia oscura.
Qué son los campos magnéticos cósmicos y por qué son un misterio
Las observaciones muestran que el magnetismo no es exclusivo de la Tierra o del Sol. Las galaxias, los cúmulos de galaxias e incluso los enormes espacios intergalácticos presentan campos magnéticos. En algunas regiones prácticamente vacías del universo, estos campos son extremadamente débiles, pero medibles de forma indirecta a través de la radiación de alta energía procedente de fuentes lejanas.
👉 Las estimaciones indican que el campo magnético intergaláctico no puede ser menor que aproximadamente una diez millonésima de billonésima de gauss en escalas de más de una décima de megapársec (un megapársec equivale a unos 3,26 millones de años luz). Aunque minúscula en términos cotidianos, esa intensidad es suficiente para plantear un enigma: ¿cómo se generó un magnetismo cósmico tan extendido por todo el universo?
Existen varias hipótesis. Algunas sitúan el origen en el universo primitivo, durante la inflación cósmica, esto es, la expansión ultrarrápida que habría tenido lugar en los primeros instantes tras el big bang. Otras lo relacionan con transiciones de fase en el plasma primordial o con procesos astrofísicos posteriores. Sin embargo, todas ellas presentan dificultades: o bien no generan campos suficientemente grandes, o bien no explican cómo alcanzaron las escalas actuales.
La nueva hipótesis: materia oscura que genera magnetismo
El nuevo estudio plantea un escenario distinto. En lugar de buscar el origen del magnetismo en los primeros instantes del cosmos, lo sitúa en una etapa posterior: justo después de la recombinación, cuando los protones y electrones se combinaron para formar los primeros átomos y el universo se volvió transparente a la luz.
El modelo se apoya en una idea que ha ganado popularidad en los últimos años: la materia oscura podría no estar formada por partículas masivas tradicionales, sino por campos ultraligeros que se comportan como ondas a escala cósmica. Este tipo de materia oscura ondulatoria, a menudo descrita mediante campos similares a los axiones —partículas hipotéticas propuestas originalmente en física de partículas—, tendría masas diminutas y una naturaleza cuántica macroscópica.
👉 En el modelo propuesto por Brandenberger, Fröhlich y Jiao la materia oscura se describe como un campo escalar que oscila coherentemente en el espacio. Cuando el ritmo de expansión del universo disminuye lo suficiente, ese campo comienza a oscilar como un péndulo cósmico. Estas oscilaciones, argumentan los autores, podrían interactuar con el campo electromagnético de una manera especial.
En concreto, el campo de materia oscura estaría acoplado al electromagnetismo mediante un término matemático que permite transferir energía al campo magnético. Ese acoplamiento no es arbitrario: aparece de forma natural en teorías que incluyen a los axiones —partículas hipotéticas propuestas por la física teórica para resolver un problema de la física de partículas y que hoy se consideran una de las mejores candidatas a materia oscura— o a partículas similares.
La consecuencia es sorprendente. Cuando el campo de materia oscura oscila, puede desencadenar una inestabilidad en el campo electromagnético. Algunas longitudes de onda de la radiación electromagnética crecen exponencialmente, como si recibieran un impulso continuo. El resultado es la amplificación de campos magnéticos a gran escala.
Recreación de minihalos de materia oscura cuya formación podría estar impulsada por campos magnéticos primordiales, una pista clave sobre el origen del magnetismo cósmico. Crédito: Lucie Chrastecka.
Cómo funciona el mecanismo: resonancia entre materia oscura y electromagnetismo
El mecanismo que describen los investigadores se asemeja a una resonancia paramétrica, un fenómeno conocido en física en el que un sistema oscilante puede transferir energía a otro si sus frecuencias se sincronizan. Aquí, el campo de materia oscura actúa como el oscilador principal, mientras que el campo electromagnético responde amplificándose.
Esta amplificación no ocurre en cualquier momento. Solo es posible después de la recombinación, cuando la luz deja de interactuar de modo constante con la materia y puede propagarse libremente. En esa fase, las ecuaciones que describen el electromagnetismo permiten que la inestabilidad crezca sin ser amortiguada por el plasma primordial.
Además, el proceso favorece las longitudes de onda grandes, precisamente las que corresponden a escalas cosmológicas. Eso es crucial: los campos magnéticos observados hoy se extienden por regiones de millones de años luz, y cualquier mecanismo viable debe producir magnetismo en esas escalas.
Según los cálculos de Brandenberger, Fröhlich y Jiao, el crecimiento exponencial puede transferir una pequeña fracción de la energía de la materia oscura al campo electromagnético en un intervalo relativamente breve —del orden de unos pocos tiempos de expansión del universo—. Aunque la fracción sea pequeña, la enorme cantidad de energía de la materia oscura hace que el resultado sea significativo.
Resultados: campos magnéticos compatibles con las observaciones
Las estimaciones indican que el mecanismo podría generar campos magnéticos iniciales de intensidad suficiente para explicar los valores mínimos observados hoy en el espacio intergaláctico. Incluso teniendo en cuenta que esos campos se debilitan con la expansión del universo, la magnitud final podría situarse alrededor de 10⁻¹⁵ gauss en escalas de un megapársec, dentro de los límites observacionales actuales.
Otro aspecto interesante es que los campos generados serían helicoidales, es decir, con una estructura retorcida que distingue entre dos orientaciones posibles. Esta helicidad surge porque la interacción con el campo de materia oscura rompe ciertas simetrías del electromagnetismo y favorece una polarización sobre la otra. La helicidad es una propiedad relevante, porque puede ayudar a mantener la coherencia de los campos magnéticos durante la evolución cósmica.
El modelo también permite ajustar parámetros como la masa de la materia oscura o la intensidad del acoplamiento electromagnético para obtener distintos escenarios. Si la materia oscura no estuviera compuesta exclusivamente por este tipo de campo, el mecanismo seguiría funcionando, aunque con menor eficiencia.
El campo magnético de la Vía Láctea observado por el satélite Planck, a partir de la polarización de la luz emitida por el polvo interestelar, que revela la estructura invisible del magnetismo galáctico. Cortesía: ESA and the Planck Collaboration
Por qué esta teoría es importante para la cosmología
La principal novedad del trabajo de Brandenberger, Fröhlich y Jiao es el vínculo directo que establece entre dos fenómenos aparentemente independientes: el magnetismo cósmico y la materia oscura. Si los campos magnéticos intergalácticos se originaron de esta forma, su existencia se convertiría en una pista indirecta sobre la naturaleza de la materia oscura.
👉 Desde hace décadas, la búsqueda de materia oscura se ha centrado en detectores subterráneos, aceleradores de partículas o telescopios que buscan señales de aniquilación. Sin embargo, si la materia oscura es un campo ultraligero que oscila en todo el universo, sus efectos podrían manifestarse a escalas cosmológicas, en la estructura del cosmos y en fenómenos como el magnetismo.
El modelo también plantea posibles vías de comprobación. Por ejemplo, la intensidad y estructura de los campos magnéticos en el espacio intergaláctico podrían proporcionar pistas sobre las propiedades de la materia oscura. Observaciones más precisas de rayos gamma procedentes de blázares —galaxias con núcleos extremadamente activos— o del fondo cósmico de microondas podrían ayudar a confirmar o descartar este escenario.
Un marco aún por explorar
Como toda propuesta teórica, el modelo requiere más desarrollo y contraste con datos. Brandenberger, Fröhlich y Jiao reconocen que no han estudiado en detalle todos los efectos de retroalimentación del proceso, como la forma en que el crecimiento del campo magnético podría alterar el propio campo de materia oscura o detener la resonancia. Tampoco se ha analizado exhaustivamente la evolución posterior de los campos magnéticos generados.
Aun así, el mecanismo resulta atractivo porque evita algunos problemas de las teorías anteriores. En lugar de depender de procesos extremadamente tempranos del universo —difíciles de comprobar—, sitúa la generación de magnetismo cósmico en una etapa más reciente y mejor comprendida. Además, produce campos magnéticos en las escalas adecuadas sin necesidad de procesos adicionales de amplificación.
La propuesta de Brandenberger, Fröhlich y Jiao se suma a un conjunto creciente de modelos que exploran la posibilidad de que la materia oscura no sea una partícula aislada, sino un campo dinámico con efectos visibles en la evolución cósmica. En ese contexto, el magnetismo intergaláctico podría convertirse en un laboratorio inesperado para estudiar la física del sector oscuro.
Si el universo está atravesado por ondas invisibles de materia oscura que vibran lentamente desde hace miles de millones de años, tal vez esas vibraciones hayan dejado su huella en forma de un tenue magnetismo cósmico. Un susurro electromagnético que, si se confirma, podría revelar parte de la identidad de la sustancia más esquiva del cosmos.▪️(16-febrero-2026)
Fuente: Robert Brandenberger, Jürg Fröhlich and Hao Jiao. Cosmological Magnetic Fields from Ultralight Dark Matter. Physical Review Letters (2026). DOI: https://doi.org/10.1103/ys32-853g
