Si miras a través del espacio con un telescopio, verás innumerables galaxias, la mayoría de las cuales tienen grandes agujeros negros centrales, miles de millones de estrellas y planetas que las acompañan. El universo está repleto de objetos enormes y espectaculares, y podría parecer que estos objetos masivos deberían contener la mayor parte de la materia del universo.
Pero la teoría del Big Bang predice que alrededor del 5% del contenido del universo deberían estar formados por átomos formados por protones, neutrones y electrones. La mayoría de estos átomos no se pueden encontrar en estrellas y galaxias, una discrepancia que ha desconcertado a los astrónomos.
Si no es en las estrellas y galaxias visibles, el lugar más probable para que se esconda la materia es el espacio oscuro entre las galaxias. Aunque a menudo se le llama vacío al espacio, no está completamente vacío. Las partículas y átomos individuales están dispersos por el espacio entre estrellas y galaxias, formando una red filamentosa oscura llamada "red cósmica".
Durante mi carrera como astrónomo he estudiado esta red cósmica y sé lo difícil que es explicar la materia que se propaga por el espacio.
En un estudio publicado en junio de 2025, un equipo de científicos utilizó una técnica de radio única para completar un inventario de la materia normal en el espacio.
Inventario de materia normal
El lugar más obvio para buscar materia normal es en forma de estrellas. La gravedad reúne estrellas en galaxias y los astrónomos pueden contar galaxias en todo el universo visible.
La lista alcanza varios cientos de miles de millones de galaxias, cada una de las cuales está compuesta por varios cientos de miles de millones de estrellas. Las cifras son inciertas porque muchas estrellas acechan fuera de las galaxias. Se estima que hay 1.023 estrellas en el universo, o cientos de veces más que la cantidad de granos de arena en todas las playas de la Tierra. Se estima que hay 1082 átomos en el universo.
Sin embargo, esta increíble cifra está muy lejos de explicar todas las cosas predichas por el Big Bang. Un cálculo cuidadoso muestra que las estrellas contienen sólo el 0,5% de la materia del universo. Probablemente haya diez veces más átomos flotando libremente en el espacio. Sólo el 0,03% de la materia está formado por elementos distintos del hidrógeno y el helio, incluido el carbono y todos los componentes básicos de la vida.
Mirando entre galaxias
El medio intergaláctico (el espacio entre galaxias) es casi un vacío completo, con una densidad de un átomo por metro cúbico, o un átomo por cada 35 pies cúbicos. Eso es menos de una milmillonésima parte de la densidad del aire en la Tierra. Incluso a esta densidad tan baja, este medio difuso añade mucha materia, dado el enorme diámetro del universo de 92 mil millones de años luz.
El medio intergaláctico es muy caliente, con una temperatura de un millón de grados. Esto hace que sea difícil de observar excepto con telescopios de rayos X, ya que el gas muy caliente irradia a través del universo en longitudes de onda de rayos X muy cortas. Los telescopios de rayos X tienen una sensibilidad limitada porque son más pequeños que la mayoría de los telescopios ópticos.
Aplicación de la nueva herramienta
Los astrónomos utilizaron recientemente una nueva herramienta para resolver este problema de falta de materia. Las ráfagas de radio rápidas son intensas explosiones de ondas de radio que pueden producir tanta energía en un milisegundo como la que emite el Sol en tres días. Descubiertas por primera vez en 2007, los científicos descubrieron que las explosiones fueron causadas por restos compactos de estrellas en galaxias distantes. Su energía se disipa a medida que las ráfagas viajan a través del espacio, y cuando esa energía llega a la Tierra, es mil veces más débil que la señal de un teléfono celular si se transmitiera a la Luna y luego se detectara en la Tierra.
Las investigaciones de principios de 2025 sugieren que la fuente de las explosiones es una región altamente magnética alrededor de una estrella de neutrones ultracompacta. Las estrellas de neutrones son restos increíblemente densos de estrellas masivas que colapsaron bajo su propia gravedad después de una explosión de supernova. Un tipo particular de estrella de neutrones que emite ráfagas de radio se llama magnetar, con un campo magnético mil billones de veces más fuerte que el de la Tierra.
Un magnetar es un tipo raro de estrella de neutrones con un campo magnético extremadamente fuerte. ESO/L. Calcada, CC BI-ND
Aunque los astrónomos no comprenden completamente las ráfagas de radio rápidas, pueden utilizarlas para explorar el espacio entre galaxias. A medida que las explosiones viajan a través del espacio, las interacciones con los electrones en el gas intergaláctico caliente ralentizan principalmente las longitudes de onda más largas. La señal de radio se extiende, de forma análoga a la forma en que un prisma convierte la luz del sol en un arco iris. Los astrónomos utilizan la cantidad de expansión para calcular cuánto gas atravesó la explosión en su camino hacia la Tierra.
Acertijo resuelto
En un nuevo estudio, publicado en junio de 2025, un equipo de astrónomos de Caltech y el Centro de Astrofísica de Harvard estudiaron 69 ráfagas de radio rápidas utilizando una serie de 110 radiotelescopios en California. El equipo descubrió que el 76% de la materia normal del universo se encuentra en el espacio entre galaxias, otro 15% en los halos galácticos (la región que rodea las estrellas visibles en una galaxia) y el 9% restante en las estrellas y el gas frío dentro de las galaxias.
Una explicación completa de la materia normal del universo proporciona una fuerte confirmación de la teoría del Big Bang. La teoría predice una abundancia de materia normal formada en los primeros minutos del universo, por lo que devolver la teoría predicha del 5% pasa la prueba crítica.
Ya se han observado varios miles de ráfagas de radio rápidas, y es probable que una próxima serie de radiotelescopios aumente la tasa de descubrimiento a 10.000 por año. Una muestra tan grande permitirá que las rápidas ráfagas de radio se conviertan en poderosas herramientas para la cosmología. La cosmología es el estudio del tamaño, la forma y la evolución del universo. Las ráfagas de radio podrían ir más allá de contar átomos y mapear la estructura tridimensional de la red cósmica.
Un gráfico circular del universo.
Es posible que los científicos tengan ahora una imagen completa de dónde se distribuye la materia normal, pero gran parte del universo todavía está compuesto de cosas que no comprenden del todo.
Los ingredientes más abundantes en el universo son la materia oscura y la energía oscura, que no se conocen bien. La energía oscura hace que el universo se expanda rápidamente, y la materia oscura es el pegamento invisible que mantiene unidos a las galaxias y al universo.
Aunque los físicos no saben mucho al respecto, la materia oscura constituye aproximadamente el 27% del universo. Biblioteca de fotos Visual Capitalist/Ciencia vía Getty Images
La materia oscura es probablemente un tipo de partícula fundamental inexplorada previamente y que no forma parte del modelo estándar de física de partículas. Los físicos aún no han podido detectar esta nueva partícula, pero sabemos que existe porque, según la relatividad general, la masa desvía la luz y se ven muchas más lentes gravitacionales de las que la materia visible puede explicar. Con lentes gravitacionales, un cúmulo de galaxias curva y magnifica la luz de una manera análoga a las lentes ópticas. La materia oscura supera en más de cinco veces a la materia convencional.
Puede que un misterio esté resuelto, pero aún queda un misterio mayor. Aunque la materia oscura sigue siendo enigmática, ahora sabemos mucho sobre los átomos normales que nos componen como humanos y el mundo que nos rodea.
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