Descubren dónde estaba la materia perdida del universo: en gigantescas nubes invisibles que rodean a las galaxias
Durante décadas, los astrónomos buscaron sin éxito casi la mitad de la materia ordinaria que debía existir en el universo. Ahora, un innovador método basado en ráfagas rápidas de radio ha revelado que siempre estuvo ahí, oculta en inmensas nubes de gas que envuelven las galaxias.
Por Enrique Coperías, periodista científico
Recreación basada en la simulación IllustrisTNG que muestra cómo el gas difuso (azul, verde y amarillo) envuelve a las galaxias (puntos blancos). Cortesía:IllustrisTNG
Pocas preguntas han desconcertado tanto a los cosmólogos como esta: ¿dónde estaba la mitad de la materia ordinaria del universo? Los cálculos sobre el universo primitivo indicaban que debía existir mucha más materia —la formada por protones y neutrones, la misma que constituye las estrellas, los planetas y nuestros propios cuerpos— de la que realmente observaban los telescopios. Aproximadamente la mitad parecía haberse esfumado sin dejar ningún rastro.
Ahora, un equipo internacional liderado por investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en Estados Unidos, cree haber encontrado una respuesta convincente. Esa materia nunca se perdió: simplemente estaba escondida en inmensas nubes de gas extremadamente difusas que envuelven a las galaxias y a los grupos de galaxias, y que se extienden millones de años luz más allá de lo que predecían los modelos actuales.
El descubrimiento no solo ayuda a resolver uno de los grandes rompecabezas de la cosmología moderna, sino que también obliga a replantear cómo evolucionan las galaxias y cómo interactúan con el espacio que las rodea.
El estudio, publicado en la revista Physical Review Letters, utiliza una herramienta relativamente nueva para explorar el cosmos: las ráfagas rápidas de radio o Fast Radio Bursts (FRB), unos destellos de ondas de radio tan breves como intensos que, durante apenas unas milésimas de segundo, nos llegan desde galaxias situadas a miles de millones de años luz de distancia.
Qué es la materia perdida del universo
El origen del problema se remonta prácticamente al nacimiento del universo.
Los modelos cosmológicos describen con enorme precisión la composición del cosmos apenas unos minutos después del big bang, hace aproximadamente 13.800 millones de años. Según esas estimaciones, alrededor del 83 % de toda la materia estaba formada por materia oscura, invisible y aún desconocida, mientras que el 17 % restante correspondía a materia ordinaria o bariónica, es decir, la materia de la que están hechas las estrellas, los planetas, las nebulosas, el gas interestelar y nosotros mismos.
Con el paso de miles de millones de años, parte de esa materia acabó concentrándose en galaxias y sistemas estelares. Sin embargo, cuando los astrónomos hicieron el inventario cósmico descubrieron que faltaba una enorme cantidad.
Sumando la masa de todas las estrellas, galaxias y nubes de gas visibles apenas aparecía alrededor de una décima parte de la materia bariónica que debía existir desde los primeros tiempos del universo. El resto parecía haberse evaporado.
Naturalmente, los científicos nunca pensaron que aquella materia hubiera desaparecido realmente. Las leyes de la física no lo permitían. La gran cuestión era otra mucho más complicada: ¿dónde diablos estaba escondida?
Durante años se sospechó que debía encontrarse dispersa en el inmenso espacio que separa unas galaxias de otras. El problema era que esa materia sería extraordinariamente tenue: en algunos lugares apenas existiría el equivalente a un solo protón por cada metro cúbico de espacio, una densidad tan baja que resulta prácticamente invisible para cualquier telescopio convencional.
Cómo han encontrado los astrónomos la materia desaparecida
La clave para resolver este misterio llegó gracias a un fenómeno descubierto hace menos de dos décadas.
En 2007, el astrofísico Duncan Lorimer y el estudiante David Narkevic, de la West Virginia University, detectaron por primera vez una señal de radio extremadamente breve cuya intensidad desafiaba cualquier explicación sencilla. Desde entonces se han identificado miles de estos misteriosos destellos, conocidos como ráfagas rápidas de radio o FRB.
Aunque todavía se desconoce el mecanismo exacto que produce muchas de ellas —algunas parecen estar relacionadas con magnétares, estrellas de neutrones dotadas de campos magnéticos extremos—, estas explosiones poseen una característica extraordinariamente útil para los cosmólogos.
Cuando una FRB abandona su galaxia de origen, emprende un viaje que puede prolongarse miles de millones de años antes de alcanzar la Tierra. Durante ese trayecto atraviesa todo tipo de regiones llenas de plasma y gas ionizado. Cada electrón que encuentra en el camino retrasa ligeramente las ondas de radio de menor frecuencia respecto a las de mayor frecuencia.
Qué es la medida de dispersión
Como consecuencia, el pulso original, que salió prácticamente instantáneo, llega estirado en el tiempo.
Ese pequeño retraso, conocido como medida de dispersión, actúa como un contador natural de materia. Cuanto mayor sea la cantidad de gas atravesado durante el viaje, mayor será el retraso acumulado.
🗣️ «Lo que hace que las FRB sean tan útiles para buscar materia perdida es precisamente esa propiedad —explica Haochen Wang, estudiante de doctorado del Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial del MIT y primer autor del estudio. Y añade en un comunicado del MIT News—: Empiezan siendo un destello muy corto y, a medida que atraviesan materia, se van difuminando en el tiempo. Podemos medir ese efecto con muchísima precisión, y esa medida es directamente proporcional a la cantidad de materia que ha atravesado la señal».
En otras palabras, cada ráfaga rápida de radio funciona como un auténtico escáner cósmico del espacio intergaláctico.
Mapa del cielo que compara la distribución de las ráfagas rápidas de radio (arriba) con la de millones de galaxias (abajo). La coincidencia entre ambos patrones permitió detectar la materia bariónica perdida. Cortesía: Haochen Wang
Seis millones de galaxia miradas con lupa
Hasta ahora, varios trabajos ya habían utilizado las FRB para demostrar que existía gas difuso entre las galaxias. Sin embargo, esas investigaciones solo permitían confirmar su presencia.
El nuevo estudio da un paso mucho más ambicioso. Así es, en lugar de limitarse a detectar esa materia, los investigadores han conseguido reconstruir cómo está distribuida alrededor de las galaxias.
Para ello combinaron dos de las mayores bases de datos astronómicas disponibles en la actualidad:
1️⃣ Por un lado recurrieron al radiotelescopio canadiense CHIME, que desde que comenzó a operar ha registrado alrededor de 4.000 ráfagas rápidas de radio repartidas por todo el cielo del hemisferio norte. Los investigadores seleccionaron 2.873 FRB con medidas especialmente fiables.
2️⃣ Por otro, utilizaron el gigantesco cartografiado galáctico realizado por DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument), un proyecto diseñado originalmente para estudiar la energía oscura y que ya ha localizado millones de galaxias con enorme precisión.
Un mapa de la materia oculta
En total, el equipo comparó la información procedente de casi seis millones de galaxias con la dispersión sufrida por cada una de las ráfagas rápidas de radio. El objetivo consistía en averiguar si existía alguna relación entre ambas distribuciones.
La estrategia fue similar a iluminar un paisaje completamente oscuro utilizando miles de destellos de una linterna repartidos en todas las direcciones.
Si un determinado destello aparecía más difuminado de lo esperado y, además, atravesaba una región cercana a un conjunto de galaxias, podía inferirse que allí debía existir materia invisible responsable de ese retraso adicional.
Los resultados comenzaron a dibujar una imagen sorprendentemente coherente del universo.
Dónde se concentra la materia bariónica
El análisis reveló un patrón inequívoco.
La materia bariónica extraviada no está distribuida al azar por el universo. Tiende a concentrarse alrededor de las galaxias y de los cúmulos galácticos. Sin embargo, no forma halos compactos ni densas envolturas próximas a ellas, como sugerían numerosos modelos teóricos.
En realidad aparece repartida en enormes nubes extremadamente difusas que se extienden mucho más lejos de lo esperado.
«Descubrimos que, en general, allí donde hay más galaxias también suele haber más materia perdida a su alrededor», resume Wang.
La verdadera sorpresa fue comprobar el tamaño de esas envolturas.
Mientras que una galaxia típica puede medir del orden de 100.000 años luz de diámetro, los investigadores detectaron materia extendiéndose hasta aproximadamente cuatro millones de años luz de distancia.
Es decir, unas cuarenta veces más lejos que el propio tamaño de una galaxia.
«Aproximadamente una galaxia tiene unos pocos cientos de miles de años luz de diámetro y nosotros encontramos materia perdida hasta unos cuatro millones de años luz —explica Kiyoshi Masui, profesor asociado de Física del MIT y uno de los autores principales del trabajo. Y añade—: Es bastante más lejos de lo que predecían las simulaciones».
La diferencia no es un simple detalle técnico.
Implica que los procesos físicos capaces de expulsar gas desde el interior de las galaxias son mucho más eficaces de lo que se pensaba hasta ahora.
Ilustración artística de una ráfaga rápida de radio (FRB) emitida por una estrella de neutrones. Al atravesar el plasma que rodea su galaxia de origen, las ondas de radio se desvían por distintos caminos. Cortesía: Daniel Liévano, edited by MIT News
Más allá de la imaginación de los astrónomos
Durante mucho tiempo, los astrónomos se imaginaron las galaxias como sistemas relativamente cerrados, donde el gas caía lentamente hacia el interior para formar nuevas estrellas.
Hoy sabemos que la realidad es mucho más compleja.
Las explosiones de supernovas, los intensos vientos estelares y, sobre todo, la actividad de los agujeros negros supermasivos situados en el centro de muchas galaxias son capaces de lanzar enormes cantidades de gas hacia el espacio intergaláctico.
Galaxias que funcionan como enormes fuentes de gas
El nuevo estudio indica que estos mecanismos actúan con una violencia muy superior a la prevista por numerosos modelos.
«Estamos encontrando materia perdida expulsada a escalas mucho mayores —afirma Masui—. Estas medidas indican que la actividad de las estrellas y de los agujeros negros es más intensa y mucho más violenta de lo que habíamos predicho».
Wang utiliza una imagen muy gráfica para describir el fenómeno:
🗣️ «Estamos descubriendo que la actividad de las galaxias es mucho más caótica de lo que imaginábamos. Son más parecidas a fuentes que lanzan gas a distancias enormes».
La metáfora resulta especialmente acertada.
Igual que el agua de una fuente asciende antes de volver a caer, las galaxias parecen expulsar continuamente enormes cantidades de materia al medio que las rodea. Ese gas puede permanecer durante miles de millones de años formando gigantescas envolturas invisibles antes de volver, eventualmente, a alimentar nuevos episodios de formación estelar.
¿Podemos fiarnos delnuevo hallazgo?
Más allá de la espectacularidad del descubrimiento, los investigadores destacan la robustez estadística del resultado.
La correlación entre las ráfagas rápidas de radio y la distribución de galaxias alcanza una significación de 5,1 sigma, el umbral que la física suele considerar una evidencia concluyente de descubrimiento. En la práctica, este nivel de confianza implica que la probabilidad de que el resultado sea fruto del azar es de aproximadamente una entre 3,5 millones, un criterio que disciplinas como la física de partículas utilizan para anunciar un descubrimiento.
Se trata de la primera detección inequívoca de la huella que deja la estructura cósmica sobre la dispersión de las FRB.
Para lograrlo, el equipo comparó, como ya se ha mencionado, casi 2.900 ráfagas rápidas de radio con la posición de cerca de seis millones de galaxias, una combinación de datos sin precedentes obtenida gracias al radiotelescopio canadiense CHIME y al cartografiado galáctico realizado por DESI.
Además, los resultados concuerdan con otras observaciones obtenidas mediante telescopios de rayos X y estudios del efecto Sunyaev-Zel'dovich —un fenómeno que permite detectar gas muy caliente en el espacio porque altera ligeramente la radiación de fondo del universo cuando esta atraviesa cúmulos de galaxias—, que también apuntaban a que buena parte del gas había sido expulsada más allá de los halos galácticos.
El trabajo aporta ahora una de las evidencias más claras de ese escenario utilizando una técnica completamente distinta.
Ilustración artística: el radiotelescopio canadiense CHIME detecta las ráfagas rápidas de radio (FRB), brevísimos destellos procedentes de galaxias lejanas. Cortesía: Daniel Liévano, edited by MIT News
Una nueva forma de cartografiar el universo
Quizá el aspecto más prometedor del estudio no sea únicamente haber localizado parte de la materia desaparecida, sino haber demostrado que las ráfagas rápidas de radio pueden convertirse en una herramienta extraordinaria para estudiar el universo.
Cada nueva FRB detectada añade una nueva línea de visión a través del cosmos.
Es como si los astrónomos fueran colocando miles de sondas invisibles capaces de atravesar el espacio intergaláctico y revelar la distribución del gas con una precisión cada vez mayor.
Actualmente CHIME ya ha descubierto alrededor de 4.000 FRB, pero ese número crecerá de forma espectacular durante la próxima década gracias a nuevos observatorios como el Canadian Hydro Observatory and Radio-transient Detector (CHORD), el Deep Synoptic Array (DSA-2000) y el futuro Square Kilometre Array (SKA), que detectarán decenas o incluso cientos de miles de estos destellos cósmicos.
Con catálogos mucho más amplios será posible elaborar auténticos mapas tridimensionales de la materia ordinaria distribuida entre las galaxias, seguir su evolución a lo largo de la historia cósmica y comprender mejor cómo nacen, crecen y envejecen las estructuras del universo.
Masui se muestra optimista respecto al futuro de esta técnica: «Es la primera vez que conseguimos que este método funcione. Y solo va a mejorar conforme dispongamos de datos de mayor calidad».
El final de un misterio... y el comienzo de otro
El llamado problema de los bariones perdidos ha sido durante décadas uno de los grandes enigmas de la cosmología. No porque los científicos dudaran de que esa materia existiera, sino porque carecían de instrumentos capaces de encontrarla.
Este trabajo demuestra que gran parte de esa materia ordinaria estaba donde muchos sospechaban, aunque distribuida de una forma mucho más extensa y tenue de lo que se imaginaba. No se ocultaba dentro de las galaxias, sino formando inmensas envolturas casi invisibles que conectan las estructuras del universo a escalas de millones de años luz.
Paradójicamente, resolver este misterio abre nuevas preguntas. Si las galaxias son capaces de expulsar tanta materia hasta distancias tan enormes, habrá que revisar los modelos que describen la formación estelar, el crecimiento de los agujeros negros supermasivos y la evolución de las galaxias durante miles de millones de años.
A veces los grandes descubrimientos no consisten en encontrar algo completamente nuevo, sino en mirar el universo con una herramienta diferente. En este caso, unos brevísimos destellos de radio que duran apenas unas milésimas de segundo han iluminado una parte del cosmos que llevaba décadas escondida a plena vista, revelando que el universo estaba mucho menos vacío de lo que parecía.▪️(21-julio-2027)
LO MÁS IMPORTANTE DEL ESTUDIO, EN 30 SEGUNDOS
- Los astrónomos han localizado gran parte de la materia ordinaria desaparecida del universo.
- No estaba dentro de las galaxias, sino formando enormes nubes de gas extremadamente difuso.
- Estas envolturas alcanzan hasta cuatro millones de años luz.
- El descubrimiento se realizó utilizando ráfagas rápidas de radio (FRB).
- El hallazgo ayuda a resolver uno de los mayores enigmas de la cosmología moderna.
PREGUNTAS & RESPUESTAS: Materia Bariónica y Enigmas del Cosmos
🌌 ¿Qué era la materia perdida del universo?
Era materia ordinaria (bariónica) que los modelos cosmológicos predecían pero que no aparecía al contabilizar estrellas y galaxias.
🌌 ¿Ha aparecido materia nueva?
No. Siempre estuvo ahí. Lo que ha cambiado es la capacidad para detectarla.
🌌 ¿Dónde estaba?
En enormes nubes de gas extremadamente difuso que rodean galaxias y grupos de galaxias.
🌌 ¿Cómo la han encontrado?
Midiendo cómo las ráfagas rápidas de radio (FRB) se retrasan al atravesar el gas intergaláctico.
🌌 ¿Qué significa este descubrimiento?
Confirma que gran parte de la materia ordinaria del universo se encuentra fuera de las galaxias y obliga a revisar cómo evolucionan las galaxias y los agujeros negros.
Información facilitada por MIT News
Fuente: Wang, Haochen et al. Measurement of the Dispersion-Galaxy Cross-Power Spectrum with the Second CHIME/FRB Catalog. Physical Review Letters (2026). DOI: https://doi.org/10.1103/9th9-qc51
