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Con Base en 255 Horas de Observación del Telescopio Espacial James Webb, Estudio Publicado en 26 de Enero en la Revista Nature Astronomy Presenta el Mapa de Materia Oscura Más Detallado Jamás Obtenido, Cubriendo Casi 800 Mil Galaxias en el Campo COSMOS y Reforzando Modelos Sobre la Formación de las Primeras Estructuras del Universo
La materia oscura, componente invisible que responde por cerca de cinco veces más masa que la materia común en el universo, volvió al centro de la investigación científica con la divulgación del mapa más detallado jamás producido, publicado en 26 de enero en la revista Nature Astronomy, con datos del Telescopio Espacial James Webb.
El estudio muestra dónde la materia oscura está distribuida en parte del cosmos y cómo su gravedad moldeó la formación de galaxias, ofreciendo evidencias directas de que estas estructuras invisibles actuaron como base para el surgimiento de las primeras aglomeraciones de materia común en el universo primitivo.
Según los investigadores, sin la presencia de la materia oscura no habría masa suficiente para mantener las galaxias unidas gravitacionalmente, lo que significa que estructuras como la Vía Láctea y los miles de millones de planetas que ella alberga no existirían en su forma actual.
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“Es la estructura gravitacional en la que todo lo demás encaja y que forma las galaxias”, afirma Richard Massey, coautor del estudio y físico de la Universidad de Durham, explicando la relevancia del nuevo mapa.
El Campo COSMOS y el Área Mapeada por Webb
El nuevo mapa cubre una región del cielo conocida como campo COSMOS, una área ampliamente estudiada por observatorios anteriores, incluyendo el Telescopio Espacial Hubble, pero ahora observada con un nivel de detalle significativamente superior gracias al Webb.
A pesar de contener imágenes de casi 800.000 galaxias, muchas de ellas identificadas por primera vez, el mapa cubre una área relativamente pequeña del cielo, equivalente a cerca de 2,5 veces el tamaño aparente de la Luna llena vista desde la Tierra.
Hace aproximadamente 20 años, el Hubble proporcionó imágenes pioneras del campo COSMOS, permitiendo a los científicos visualizar la estructura a gran escala del universo con precisión sin precedentes para la época.
Con los nuevos datos infrarrojos del Webb, los investigadores pudieron superponer las observaciones actuales a las anteriores, confirmando análisis pasados y revelando nuevos detalles de la distribución de masa invisible que sostiene esas galaxias.
“Podemos ver que las estructuras coinciden, pero ahora hemos podido observarlas con muchos más detalles y precisión”, afirma Diana Scognamiglio, investigadora de cosmología del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, que lideró el nuevo estudio.
La Tejido Cósmico y la Formación de las Primeras Galaxias
Como el Webb observa principalmente en el infrarrojo, es capaz de registrar galaxias formadas hace miles de millones de años, cuando el universo aún estaba en sus etapas iniciales de evolución.
Estas observaciones permitieron a los científicos identificar estructuras conocidas como filamentos de materia oscura, que componen la llamada red cósmica, una red invisible a lo largo de la cual las galaxias se alinean.
“Hay galaxias alineadas como cuentas en todas partes donde vemos materia oscura”, explica Massey, destacando que estas estructuras aparecen a diferentes distancias y momentos desde el Big Bang.
De acuerdo con los científicos, justo después del nacimiento del universo, la materia oscura comenzó a aglomerarse, formando una especie de esqueleto gravitacional que atrajo posteriormente la materia común.
El nuevo mapa refuerza esta idea al mostrar que regiones con mayor densidad de materia oscura corresponden a áreas donde hay mayor concentración de galaxias, estrellas y, más tarde, planetas.
“Donde quiera que haya materia oscura, atrae la materia común y comienza a acumular suficiente materia para formar estrellas y planetas”, añade Massey, reforzando el papel central de esta sustancia invisible.
Lente Gravitacional Débil y la Construcción del Mapa
Como la materia oscura no emite, refleja ni absorbe luz, los científicos necesitaron usar métodos indirectos para mapear su presencia en el campo COSMOS.
La principal técnica empleada fue la lente gravitacional, un efecto previsto por la relatividad general, en el cual la gravedad de objetos masivos curva la trayectoria de la luz proveniente de fuentes más distantes.
En el caso del nuevo estudio, los investigadores se concentraron en la lente gravitacional débil, un efecto sutil que provoca pequeñas distorsiones en las formas aparentes de las galaxias observadas.
Estas distorsiones son causadas por la influencia gravitacional de la materia oscura a lo largo del camino recorrido por la luz hasta llegar a los telescopios.
Para medir este efecto con precisión, fue necesario analizar las formas de cientos de miles de galaxias, comparando pequeñas variaciones estadísticas en sus orientaciones y formatos.
“Las galaxias se deforman en formas características, como un espejo de parque de diversiones”, explica Massey, destacando la complejidad del cálculo involucrado en este tipo de análisis.
Los investigadores observaron la misma región del cielo durante 255 horas con el Webb, lo que representa el mayor levantamiento realizado en el primer año de operaciones científicas del telescopio, iniciado en 2022.
Comparación con Mapas Anteriores y Colaboración Científica
El estudio también presenta una comparación directa entre los mapas de materia oscura obtenidos anteriormente con el Hubble y los nuevos mapas producidos con el Webb.
Las líneas de contorno superpuestas indican regiones de densidad equivalente de materia oscura, permitiendo verificar la consistencia entre los dos conjuntos de datos y evidenciar el aumento de resolución.
La investigación fue realizada en colaboración entre científicos del proyecto COSMOS-Webb, incluyendo al Dr. Gavin Leroy y el profesor Richard Massey, ambos de la Universidad de Durham.
Según los autores, medir la materia oscura de esta forma es comparable a observar el movimiento de las hojas para inferir la presencia del viento, un proceso indirecto, pero altamente informativo.
Este enfoque exige una precisión extrema, ya que las distorsiones analizadas son mínimas y distribuidas a lo largo de vastas escalas cósmicas, involucrando galaxias a miles de millones de años-luz de distancia.
El resultado final es un mapa que no solo confirma teorías existentes, sino que también proporciona una base robusta para análisis futuros sobre la estructura del universo.
Perspectivas Futuras y Nuevos Observatorios
Para especialistas que no participaron en el estudio, como Rachel Mandelbaum, física de la Universidad Carnegie Mellon, el nuevo mapa abre camino para una serie de investigaciones científicas adicionales.
Entre ellas están análisis sobre cómo diferentes tipos de galaxias se relacionan con la cantidad de materia oscura presente y estudios más detallados sobre los llamados vacíos galácticos.
Estas regiones, con menor densidad de galaxias que la media, pueden proporcionar pistas importantes sobre la distribución de la materia en el universo a gran escala.
El mapa del Webb surge en un momento descrito por los científicos como una era de oro en la exploración del universo oscuro, con varios observatorios entrando en operación.
El telescopio Euclid, de la Agencia Espacial Europea, lanzado en 2023, y el Telescopio Espacial Nancy Grace Roman, de la NASA, con lanzamiento previsto para este otoño, realizarán levantamientos en áreas mucho mayores del cielo.
Ya el Observatorio Vera C. Rubin, en Chile, que divulgó sus primeras imágenes en junio de 2025, también contribuirá con mapas detallados de galaxias y materia oscura.
Según Gavin Leroy, el nuevo mapa del Webb representa “un primer paso fundamental” para todo el conocimiento futuro que se producirá sobre la materia oscura.
Del Mapa Bidimensional a la Comprensión de la Materia Oscura
Los científicos ahora trabajan en la construcción de una versión tridimensional del mapa de materia oscura obtenido por el Webb, combinando estos datos con observaciones de otros telescopios.
Este enfoque permitirá estudiar no solo la distribución espacial de la materia oscura, sino también sus propiedades físicas fundamentales.
Una de las cuestiones centrales es determinar si la materia oscura está compuesta por partículas masivas y de movimiento lento, conocidas como frías, o por partículas más ligeras y rápidas, llamadas calientes.
La respuesta a esta pregunta tiene implicaciones directas para los modelos cosmológicos que describen la evolución del universo desde el Big Bang.
“Espero que las personas vean esto como una base para otros estudios”, afirma Scognamiglio, destacando el potencial de combinar diferentes conjuntos de datos para avanzar en la cosmología.
Con esto, el nuevo mapa no cierra el misterio de la materia oscura, pero consolida un hito técnico y científico que permitirá avanzar, paso a paso, en la comprensión de uno de los mayores enigmas de la física moderna, incluso con pequeños desajustes y detalles aún por explorar.
Fuente: Nature Astronomy
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