Un nuevo estudio sugiere que la materia oscura podría no estar influenciada por una “quinta fuerza” desconocida, sino que sigue las mismas reglas gravitacionales que la materia visible. Sin embargo, los investigadores no descartan la posibilidad de que exista una interacción extremadamente débil que complemente la gravedad.
Durante décadas, los astrónomos han observado que las galaxias rotan más rápido de lo que deberían si solo existiera la materia visible. Esa discrepancia llevó al concepto de “materia oscura”, una sustancia invisible que representa alrededor del 85 % de toda la masa del universo. Pero su naturaleza sigue siendo uno de los mayores enigmas de la física moderna. Ahora, un estudio realizado por la Universidad de Ginebra (UNIGE) ha examinado con precisión si esta materia misteriosa podría estar sujeta a una fuerza adicional, más allá de la gravedad, lo que algunos físicos denominan la “quinta fuerza“.
El origen de la hipótesis
En la física clásica se reconocen cuatro fuerzas fundamentales: la gravedad, el electromagnetismo y las interacciones fuerte y débil. La hipótesis de una quinta fuerza surgió para explicar posibles desviaciones en el comportamiento gravitacional a gran escala o en la materia oscura. En este contexto, la idea es que la materia oscura podría sentir una atracción adicional —o una repulsión— que no afecta a la materia ordinaria, lo cual podría alterar la forma en que las galaxias se mueven y evolucionan con el tiempo.
El nuevo trabajo, liderado por la investigadora Nastassia Grimm junto a Camille Bonvin e Isaac Tutusaus, buscó medir si la materia oscura cae hacia los pozos gravitacionales del universo de la misma manera que la materia visible. Para ello, el equipo utilizó observaciones cosmológicas que combinan mediciones de la velocidad de las galaxias y el análisis del llamado “efecto de lente gravitacional”, que muestra cómo la luz de galaxias lejanas se curva al pasar por grandes estructuras masivas.
Cómo se probó la quinta fuerza
La base del estudio radica en la ecuación de Euler, que describe cómo las partículas o fluidos se mueven bajo la acción de una fuerza. Si la materia oscura obedece únicamente a la gravedad, su caída en los pozos gravitacionales debería coincidir con la predicción de esta ecuación. Pero si existiera una fuerza adicional, incluso muy pequeña, se observarían desviaciones medibles en la velocidad y distribución de las galaxias.
Los investigadores analizaron datos de grandes sondeos cosmológicos que cubren distancias de miles de millones de años luz. Compararon la aceleración de las galaxias con la profundidad de los pozos gravitacionales asociados a la materia visible y a la distribución estimada de materia oscura. Esta comparación directa permitió establecer límites cuantitativos sobre cualquier posible “quinta fuerza”.
Resultados del análisis
El estudio mostró que, dentro de los márgenes observacionales actuales, la materia oscura parece caer de manera idéntica a la materia ordinaria. Los resultados indican que si una quinta fuerza existe, su intensidad no puede superar el siete por ciento de la gravedad. En el caso de que actuara reduciendo la atracción, su efecto máximo sería del orden del veinte por ciento. Estos límites convierten a este trabajo en una de las pruebas más precisas sobre la naturaleza gravitacional de la materia oscura hasta la fecha.
Nastassia Grimm explicó:
“Si hubiera una diferencia entre la aceleración de la materia oscura y la de la materia ordinaria, la veríamos reflejada en los datos cosmológicos”.
Su equipo no encontró evidencia de tal discrepancia, lo que sugiere que la materia oscura obedece las mismas leyes de caída que todo lo demás en el universo.
Lo que significan estos hallazgos
Los resultados respaldan el modelo cosmológico estándar, que describe la expansión y evolución del universo a partir de la relatividad general y de una materia oscura no colisionante. Al mismo tiempo, imponen límites más estrictos a las teorías que buscan introducir nuevas interacciones entre la materia oscura y los componentes conocidos del cosmos.
Sin embargo, los autores advierten que las observaciones actuales aún no son lo suficientemente precisas para descartar por completo la existencia de una quinta fuerza débil. Futuros proyectos como el Vera C. Rubin Observatory y el Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) permitirán medir con una resolución mucho mayor la dinámica de la materia oscura y podrían reducir ese límite de incertidumbre a menos del dos por ciento.
Perspectivas y límites
El equipo de la Universidad de Ginebra enfatiza que su estudio se aplica a las escalas de redshift comprendidas entre 0.3 y 0.8, equivalentes a miles de millones de años de historia cósmica, pero no a todo el rango temporal del universo. Tampoco se descartan escenarios donde la materia oscura experimente interacciones muy sutiles que operen a escalas subgalácticas o bajo condiciones extremas. Estas posibilidades mantienen abierta la puerta a futuras investigaciones que podrían revelar un aspecto completamente nuevo de la física fundamental.
Aunque el trabajo no halló señales de una quinta fuerza significativa, sus resultados no eliminan la posibilidad de que la materia oscura posea una naturaleza más compleja de lo que imaginamos. Lo que sí confirma es que, al menos a gran escala, la gravedad sigue siendo la ley universal que guía tanto a las estrellas como a la materia invisible que constituye la mayor parte del cosmos. Este equilibrio entre confirmación y misterio mantiene viva una de las preguntas más fascinantes de la ciencia moderna: ¿obedece la materia oscura las mismas reglas que el resto del universo, o es la pista hacia una nueva física que aún no comprendemos?
📚 El estudio científico “Does Dark Matter Fall in the Same Way as Standard Model Particles? A Direct Constraint of Euler’s Equation with Cosmological Data” ha sido publicado en Nature Communications.
📸 Imagen de portada: ESA/Hubble & NASA, M. Postman, P. Kelly
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Por: Cronosmos.com
