Las galaxias de nuestro universo parecen estar logrando una hazaña imposible. Giran a tal velocidad que la gravedad generada por su materia observable no podría mantenerlas unidas; deberían haberse desgarrado hace tiempo. Lo mismo ocurre con las galaxias en cúmulos, lo que lleva a los científicos a creer que hay algo que no podemos ver. Creen que algo que aún no hemos detectado directamente está dando a estas galaxias una masa adicional, generando la gravedad extra que necesitan para mantenerse intactas. Esta materia extraña y desconocida fue llamada «materia oscura» ya que no es visible.
Materia oscura
A diferencia de la materia normal, la materia oscura no interactúa con la fuerza electromagnética. Esto significa que no absorbe, refleja ni emite luz, por lo que es extremadamente difícil de detectar. De hecho, los investigadores han podido deducir la existencia de la materia oscura sólo por el efecto gravitatorio que parece tener sobre la materia visible. La materia oscura parece superar a la visible en una proporción de seis a uno, y constituye aproximadamente el 27% del universo. Un dato aleccionador: ¡la materia que conocemos y que compone todas las estrellas y galaxias sólo representa el 5% del contenido del universo! Pero, ¿qué es la materia oscura? Una de las ideas es que podría contener «partículas supersimétricas», es decir, partículas hipotéticas que se asocian a las ya conocidas en el Modelo Estándar. Los experimentos en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) podrían proporcionar pistas más directas sobre la materia oscura.
Muchas teorías dicen que las partículas de materia oscura serían lo suficientemente ligeras como para ser producidas en el LHC. Si se crearan en el LHC, escaparían a través de los detectores sin ser detectadas. Sin embargo, arrastrarían energía y momento, por lo que los físicos podrían inferir su existencia a partir de la cantidad de energía y momento «perdidos» tras una colisión. Los candidatos a materia oscura surgen con frecuencia en las teorías que sugieren una física más allá del Modelo Estándar, como la supersimetría y las dimensiones extra. Una teoría sugiere la existencia de un «Valle Oculto», un mundo paralelo hecho de materia oscura que tiene muy poco en común con la materia que conocemos. Si una de estas teorías resultara cierta, podría ayudar a los científicos a comprender mejor la composición de nuestro universo y, en particular, cómo se mantienen unidas las galaxias.
Energía oscura
La energía oscura constituye aproximadamente el 68% del universo y parece estar asociada al vacío del espacio. Se distribuye uniformemente por todo el universo, no sólo en el espacio sino también en el tiempo, es decir, su efecto no se diluye a medida que el universo se expande. Esta distribución uniforme significa que la energía oscura no tiene efectos gravitatorios locales, sino un efecto global sobre el universo en su conjunto. Esto conduce a una fuerza de repulsión, que tiende a acelerar la expansión del universo. El ritmo de expansión y su aceleración pueden medirse mediante observaciones basadas en la ley de Hubble. Estas mediciones, junto con otros datos científicos, han confirmado la existencia de la energía oscura y proporcionan una estimación de la cantidad de esta misteriosa sustancia que existe.