El misterio de la energía oscura: el Universo es más extraño de lo que pensábamos

La comprensión del Universo ha avanzado a pasos agigantados en las últimas décadas, pero cada nuevo descubrimiento parece abrir más preguntas que respuestas. Uno de los mayores enigmas que enfrenta la ciencia moderna es la naturaleza de la energía oscura, esa fuerza invisible que impulsa la expansión acelerada del cosmos. Hasta hace poco, la percepción predominante entre los cosmólogos era que la energía oscura es una constante universal, un valor fijo que mantiene la tasa de aceleración universal sin cambios significativos a lo largo del tiempo. Sin embargo, un estudio reciente llevado a cabo con datos del Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura (DESI) ha desafiado esta idea, sugiriendo que la energía oscura podría debilitarse con el tiempo, lo que implica que el Universo es aún más extraño y complejo de lo que habíamos imaginado. DESI, ubicado en el Observatorio Nacional de Kitt Peak en Arizona, ha estado recopilando datos desde 2021, analizando el movimiento y la distribución de millones de galaxias a lo largo de aproximadamente 11 mil millones de años de historia cósmica.

Utilizando medidas muy precisas del desplazamiento al rojo, que indica cómo las galaxias se alejan unas de otras debido a la expansión del Universo, y estudiando las oscilaciones acústicas de bariones, que son patrones en la distribución de materia dejados por ondas sonoras en el plasma primigenio del Universo, DESI ha ofrecido una visión sin precedentes sobre cómo ha evolucionado la expansión cósmica. Lo que han encontrado es desconcertante y podría alterar las bases de la cosmología moderna. Para entender la importancia de estos hallazgos, es necesario conocer el modelo cosmológico predominante conocido como LCDM. En este acrónimo, "L" hace referencia a la constante cosmológica lambda, que representa la energía oscura constante, y "CDM" a la materia oscura fría, la forma de materia que no emite ni absorbe luz y que ayuda a mantener unidas a las galaxias mediante la gravedad. Durante décadas, LCDM ha sido el modelo que explicaba de forma satisfactoria una gran cantidad de observaciones, desde la formación de estructuras galácticas hasta la aceleración del Universo detectada a finales de los años noventa.

El gran choque generado por los datos de DESI se debe a que aportaron indicios claros de que la constante cosmológica lambda no es tan constante. En cambio, la energía oscura parece disminuir en su influencia sobre la expansión del Universo a lo largo del tiempo, una idea que se ajusta más a modelos dinámicos de energía oscura, conocidos en la jerga científica como "w(z)CDM", donde el parámetro "w(z)" representa una relación que varía entre la presión y la densidad de energía oscura con el tiempo. En términos simples, en lugar de ser una fuerza uniforme e inmutable, la energía oscura podría estar cambiando y, en este caso, debilitándose. Este descubrimiento ha generado una fuerte reacción en la comunidad científica. Por un lado, algunos teóricos han acogido con entusiasmo estas observaciones, ya que abren la puerta a nuevas partículas o fuerzas fundamentales hasta ahora desconocidas.

Por ejemplo, la idea de una quinta fuerza fundamental, más allá del electromagnetismo, la gravedad, y las fuerzas nucleares fuerte y débil, podría estar relacionada con partículas muy ligeras pero estables que influencian tanto la energía oscura como la materia oscura. Si estas partículas existen y tienen ciertas propiedades, podrían explicar la dinámica observada en los datos de DESI. Según los cálculos derivados del estudio, estas hipotéticas partículas tendrían masas extremadamente pequeñas, miles de millones de veces menores que la de un electrón, lo que las convertiría en unos de los componentes más ligeros y tolerantes a la estabilidad conocidos en la naturaleza. Sin embargo, no todo es unánimemente aceptado. Algunos científicos, como el físico Daniel Green de la Universidad de California en San Diego, han expresado escepticismo respecto a la interpretación predominante de DESI, señalando que el equipo podría haberse centrado demasiado en una sola hipótesis y no haber explorado con suficiente amplitud las alternativas posibles.

Green sugiere que esta “luz bajo el farol” podría estar cegando a los investigadores de otras interpretaciones igualmente válidas, como la posibilidad de que la materia oscura no sea completamente estable, sino que esté decayendo lentamente en productos más ligeros denominados “radiación oscura”. Este enfoque evita problemas asociados con los modelos de energía oscura variable y podría reconciliar mejor ciertas observaciones. La controversia se intensifica cuando se consideran principios fundamentales de la física, como la condición de energía nula (null energy condition), que es un requisito teórico según el cual la energía no puede propagarse más rápido que la luz y se evitan paradojas como la violación de la causalidad o la inestabilidad del espacio-tiempo. Un modelo de energía oscura que varíe violando esta condición podría implicar escenarios catastróficos para el Universo, como el llamado "big rip", donde toda la materia y energía del cosmos —desde galaxias hasta átomos— se desgarrarían en el futuro. Al analizar los gráficos presentados por DESI, algunos interpretan que sus datos sugieren que estos límites podrían estar siendo cruzados, aunque otros expertos señalan que esto podría ser una consecuencia de las técnicas estadísticas utilizadas para ajustar los datos, y que al aplicar modelos más complejos, estos cruces no ocurren.

Una complicación adicional está relacionada con las propiedades de los neutrinos, esas partículas fundamentales casi sin masa que atraviesan el Universo y los organismos vivos constantemente. Los modelos en los que la energía oscura evoluciona predicen en algunos casos que los neutrinos adquirirían masas negativas, algo que contradiría varias experimentaciones empíricas que han comprobado la existencia de masas positivas para estas partículas. Para esquivar este problema, la hipótesis de la desintegración de la materia oscura aparece nuevamente como una solución plausible, donde la disminución observada en la tasa de expansión se debe más a la pérdida progresiva de masa en materia oscura que a cambios en la energía oscura. Estos nuevos modelos no solo cambian cómo entendemos la expansión del Universo, sino que podrían tener implicaciones profundas sobre otros fenómenos astrofísicos. La desintegración de partículas de materia oscura abriría nuevos caminos para entender la formación y evolución de galaxias y cúmulos galácticos, además de ofrecer un método indirecto para medir propiedades fundamentales de partículas casi imposibles de detectar en laboratorios terrestres.

La energía oscura, que representa cerca del 70% de la densidad energética total del Universo, siempre ha sido un misterio. Fue introducida de forma teórica en 1917 por Albert Einstein como una constante cosmológica, pero abandonada tras el descubrimiento de la expansión del Universo. No fue sino hasta 1998, cuando supernovas distantes revelaron una aceleración acelerada en la expansión cósmica, que la energía oscura recuperó protagonismo, aunque como un valor constante. Hoy, los datos de DESI desafían la simplicidad de ese modelo y sugieren que la naturaleza misma de la energía oscura podría ser mucho más dinámica y exótica. El debate científico está lejos de resolverse y los expertos coincidieron en que se necesitan análisis adicionales basados en observaciones aún más precisas y o con mayor profundidad sobre el cosmos.

Pruebas futuras a partir de telescopios de próxima generación y nuevos proyectos de mapeo estelar permitirán esclarecer si la naturaleza de la energía oscura es cambiante, o si fenómenos alternativos como la desintegración de la materia oscura son responsables de las señales detectadas. La situación actual recuerda que la cosmología, a diferencia de la percepción popular, es un campo vibrante y en constante evolución donde cada respuesta trae consigo nuevas incógnitas. Lo que está claro es que el modelo LCDM, piedra angular del entendimiento moderno del Universo, se encuentra en un punto de inflexión trascendental. Sea cual sea la resolución, implicará nuevas y sorprendentes formas de física que rompen con nuestro entendimiento tradicional y nos invita a mirar el cosmos de forma mucho más compleja, fascinante y, sin dudas, más extraña de lo que imaginábamos. La búsqueda por comprender la energía oscura continúa, y con ello, el viaje para entender no solo cómo se expande el Universo, sino también qué es el propio tejido mismo de la realidad cósmica.

El despertar de una nueva era en la cosmología parece estar en marcha, y las próximas décadas prometen un emocionante catálogo de descubrimientos y debates que remodelarán para siempre nuestra percepción del cielo y el espacio que habitamos.