Uno de los grandes retos a los que se enfrentan tanto la física como la astronomía en este siglo es el llamado problema de la materia oscura. Si observamos el movimiento de las estrellas de las galaxias y sumamos la cantidad de materia visible que emite radiación como los planetas, estrellas, lunas, gas y polvo, la masa total no es suficiente para mantenerlas unidas –sólo el 5% es materia visible, el 23% materia oscura, y el 72% energía oscura–; se deberían estar evaporando, perdiendo gas y estrellas. Tampoco podemos explicar, con sólo observar la luz de las galaxias, cómo pudieron conglomerarse, en lo que se conoce como la telaraña cósmica; una estructura en forma de filamentos que rodea inmensos huecos. La fuerza de gravedad de la materia visible no es suficiente para explicarla. Cabe mencionar que aun sumando la masa de todos los hoyos negros a la de las estrellas y el gas, no sería suficiente para mantener unidas a las galaxias ni la existencia de la telaraña cósmica.
Existen dos maneras de explicar la fuerza de gravedad invisible. La primera es que la Ley de la gravitación universal no es la misma a distancias muy pequeñas, como la del sistema solar, y las mayores, como las de las galaxias o el universo. La otra invoca un tipo de materia que no interactúa con la radiación, responsable de generar la fuerza de gravedad faltante. A ésa me referiré.
La materia oscura tendría que ser insensible a la radiación electromagnética al no emitirla, absorberla ni reflejarla. Se ha invocado a dos tipos de materia oscura, la fría y la caliente, ambas compuestas por partículas subatómicas.
La materia oscura fría estaría compuesta por partículas con velocidades mucho menores que la velocidad de la luz, y la caliente, con velocidades cercanas a ésta. Hasta ahora los modelos teóricos han favorecido la materia oscura fría porque explica mejor la estructura de las galaxias, por ejemplo, las espirales rodeadas de halos de gas a millones de grados y brazos ricos en formación estelar. La materia oscura fría también permite modelar mejor la telaraña cósmica. A pesar de haber construido numerosos laboratorios en distintos países, empleando distintas técnicas, no se ha logrado descubrir ninguna partícula de materia oscura; no parece interactuar más que gravitacionalmente con la materia común.
Así que ahora se está apelando a la materia oscura caliente, la cual estaría constituida por partículas conocidas como los neutrinos. Son partículas muy ligeras comparadas con los electrones, se desplazan a velocidades cercanas a las de la luz y muy de vez en cuando interactúan con la materia común. En laboratorios terrestres se han detectado neutrinos provenientes del Sol, de explosiones de supernova y discos de materia en torno de hoyos negros súper masivos de los centros de las galaxias. Ahora se están buscando en los halos de las galaxias y la telaraña cósmica.
