Según la teoría cosmológica más aceptada, antes de que se formaran las galaxias ya había concentraciones de materia oscura que sirvieron de aglutinante: el gas que daría lugar a las primeras galaxias se concentró en los grumos de materia oscura (un tipo de materia que no emite luz y solo interacciona gravitatoriamente), y este tipo de materia sigue siendo mayoritario en galaxias y cúmulos de galaxias, en forma de enormes halos en torno a la materia luminosa.

Imagen del cúmulo de galaxias PSZ2 G099.86+58.45 obtenida utilizando tres imágenes distintas del telescopio espacial Hubble (fuente: Anna Serena Esposito y Luca Izzo).

Ahora, un grupo de investigadores, con la participación del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC), ha hallado un halo de materia oscura tan denso que pone de manifiesto la existencia de mecanismos de crecimiento no contemplados hasta ahora.

«La estructura a gran escala del universo es como una especie de telaraña en tres dimensiones, con grandes vacíos salpicados por filamentos y nodos densos de galaxias y cúmulos de galaxias -señala Mauro Sereno, investigador del Instituto Nacional de Astrofísica (INAF, Italia) que encabeza el estudio-. Su estudio resulta complicado, porque los principales componentes del universo, la energía y materia oscuras, no se conocen con certeza y la materia ordinaria, que forma estrellas y planetas, apenas constituye un 5% del total».

De hecho, en los cúmulos de galaxias, las mayores estructuras del universo, la proporción de materia oscura y ordinaria está en torno al 5 a 1. El grupo de investigadores estudió una muestra de cúmulos para comprobar si, además de una relación ya conocida, según la que las regiones muy densas albergan halos de alta masa -y, al contrario, las de menor densidad albergan halos menores-, pueden existir otros mecanismos, relacionados con el entorno de los halos, que puedan influir en la cantidad de materia que contienen.

Y hallaron un sistema extraño. «Estudiamos el entorno alrededor del cúmulo PSZ2 G099.86+58.45 hasta distancias de millones de años luz y comprobamos que presenta una densidad de materia seis veces mayor de la que cabría esperar», apunta Luca Izzo, investigador del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSCI) que participa en el trabajo.

Simulación por ordenador que muestra la distribución de materia en el universo, con nodos densos, filamentos y vacíos. Fuente: V. Springel, MPIA.

Los investigadores aplicaron una técnica conocida como lente gravitatoria: la materia del cúmulo y su entorno, en su mayor parte materia oscura, desvía los rayos de luz de las galaxias de fondo y actúa como una lupa, o una lente deformadora. A mayor densidad de materia, mayor será la deformación de las galaxias de fondo, y el estudio de 150.000 galaxias permitió determinar la densidad de PSZ2 G099.86+58.45, muy superior a la esperada.

«Este hallazgo revela un entorno muy raro en el actual paradigma de formación de estructuras en el universo e implica que, en efecto, existen mecanismos de aumento de masa en los grandes halos que pueden resultar muy eficaces», concluye Mauro Sereno (INAF).