Redacción

La fuerza de la gravedad necesaria para que el Universo haya evolucionado desde que era prácticamente uniforme en el Big Bang hasta ahora, cuando la materia se concentra en forma de galaxias, estrellas y planetas, la proporciona la llamada materia oscura. Sin embargo, a pesar del papel esencial de esta materia ‘extra’, apenas sabemos nada sobre su naturaleza, comportamiento o composición, lo que supone uno de los problemas fundamentales de la Física actual. En un reciente artículo de Astronomy & Astrophysics Letters, científicos del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC)/Universidad de La Laguna (ULL) (España) y de la Universidad Nacional del Noroeste de la Provincia de Buenos Aires (Junín, Argentina) han descubierto que la materia oscura en galaxias sigue una distribución de ‘máxima entropía’, lo que arroja luz sobre su naturaleza.

La materia oscura representa aproximadamente el 85% de la masa del Universo, pero su existencia solo se manifiesta a escalas astronómicas, es decir, debido a su débil interacción, el efecto neto que produce solo es apreciable cuando se suma la contribución de cantidades enormes. Dado que le cuesta enfriarse, las estructuras que forma son generalmente mucho mayores que planetas y estrellas. Como la existencia de la materia oscura solo se manifiesta a tales escalas, el descubrimiento de cuál es su naturaleza ha de venir de la mano de estudios astrofísicos.

El que la distribución de la materia oscura se organice siguiendo la máxima entropía (término equivalente a ‘máximo desorden’ o a ‘equilibrio termodinámico’) significa que esta se encuentra en el estado más probable. Para llegar a ese ‘máximo desorden’, la materia oscura tendría que chocar entre sí como lo hacen las moléculas de un gas hasta alcanzar un equilibrio en el que su densidad, presión y temperatura, están relacionados. Sin embargo, se desconoce cómo la materia oscura ha llegado hasta esta clase de equilibrio.

“A diferencia de las moléculas del aire, por ejemplo, y debido a que la interacción gravitatoria es débil, las partículas de materia oscura apenas deberían chocar, de forma que el mecanismo por el que alcanzan el equilibrio termodinámico es un misterio”, explica Jorge Sánchez Almeida, investigador del IAC y autor principal del estudio. “No obstante, si chocaran entre sí, tendrían una naturaleza muy particular, lo que resolvería parte del misterio sobre su origen”, añade.

Materia oscura en dos galaxias simuladas en un ordenador. (Foto: Brinckmann y colaboradores)

La máxima entropía de la materia oscura ha sido detectada en las galaxias enanas, ya que estas tienen mayor proporción de materia oscura respecto a su masa total que las galaxias más masivas y, por lo tanto, es más fácil ver el efecto en ellas. Sin embargo, los investigadores esperan que se trate de un comportamiento general a todo tipo de galaxias.

El estudio implica que la distribución de materia en equilibrio termodinámico presenta una densidad central mucho menor de la que los astrónomos habían supuesto para muchas aplicaciones prácticas, por ejemplo, a la hora de interpretar correctamente las lentes gravitatorias, o en el momento de diseñar experimentos para detectar materia oscura por auto-aniquilación.