¿Cuál es la naturaleza de la energía oscura y por qué sigue siendo un misterio?

La ciencia puede describir la evolución del universo desde sus primeras etapas observables y, aun así, desconoce la naturaleza de buena parte de lo que contiene. Según las estimaciones actuales, la materia ordinaria representa cerca del 5 % del contenido cósmico; el resto se atribuye a materia oscura y energía oscura. Estos son diez de los grandes interrogantes que siguen abiertos, qué pruebas los sustentan y por qué todavía no existe una respuesta definitiva.

1. ¿Qué es la materia oscura?

Los astros que se localizan en las periferias de numerosas galaxias giran a una velocidad superior a la prevista si únicamente interviniese la fuerza gravitatoria de la materia perceptible. Asimismo, los destellos provenientes de galaxias distantes experimentan una desviación al cruzar áreas donde da la impresión de que existe una cantidad de masa mayor que la detectable a simple vista.

La explicación más aceptada es que existe materia oscura, que constituiría aproximadamente el 27 % del contenido del universo. Su gravedad ayuda a explicar cómo se formaron las galaxias, pero nadie ha identificado aún la partícula —o el fenómeno— responsable. Los experimentos buscan señales de ella en detectores y aceleradores, mientras los astrónomos comprueban hasta dónde pueden llegar otras explicaciones de la gravedad.

2. ¿Qué impulsa la expansión acelerada del universo?

Las observaciones de supernovas lejanas indican que la expansión del universo se acelera. A la causa desconocida se la llama energía oscura, y se calcula que representa alrededor del 68 % del contenido cósmico.

Podría ser una propiedad constante del espacio o un fenómeno que cambia con el tiempo. La diferencia es decisiva: de ella depende cómo evolucionará el universo a muy largo plazo. Medir con mayor precisión la distancia y distribución de las galaxias puede ayudar a distinguir entre esas posibilidades, pero todavía no se sabe qué es la energía oscura.

3. ¿Por qué las mediciones de la expansión no coinciden?

Hay dos formas principales de estimar la velocidad actual de expansión. Una utiliza la radiación que quedó de las primeras etapas del universo y obtiene un valor cercano a 67 o 68 kilómetros por segundo por megapársec. Otra mide distancias a estrellas y supernovas relativamente cercanas y encuentra un valor próximo a 73 en las mismas unidades.

Esta divergencia recibe el nombre de tensión de Hubble. Podría obedecer a fallos todavía no descubiertos en las observaciones, a premisas incompletas dentro de los modelos o bien a algun proceso físico inédito. El enigma sigue sin resolverse, ya que refinar una estimación resulta insuficiente: asimismo resulta indispensable aclarar por qué los diversos procedimientos arrojan cifras dispares.

4. ¿Qué sucedió en los primeros instantes del cosmos?

El universo observable tiene unos 13 800 millones de años. Conocemos gran parte de su trayectoria posterior, si bien resulta más complejo descifrar sus fases iniciales. Cierta hipótesis plantea que, en el origen, el espacio experimentó un periodo de crecimiento sumamente veloz, conocido como inflación cósmica.

Esta idea ayuda a explicar por qué regiones muy alejadas presentan propiedades semejantes y cómo pequeñas variaciones iniciales pudieron dar origen a galaxias. Sin embargo, no se ha identificado el mecanismo que habría provocado esa expansión ni se ha confirmado de forma concluyente una señal exclusiva de ella. Tampoco sabemos si la inflación describe el comienzo absoluto o solo una etapa temprana.

5. ¿Por qué existe más materia que antimateria?

Cuando una partícula de materia encuentra su correspondiente antipartícula, ambas pueden aniquilarse. Si el universo primitivo hubiera producido exactamente las mismas cantidades de materia y antimateria y ambas se hubieran comportado de manera perfectamente simétrica, resultaría difícil explicar la materia que hoy forma estrellas, planetas y seres vivos.

Los experimentos han observado ciertas diferencias de comportamiento entre partículas y antipartículas, pero las conocidas hasta ahora no parecen suficientes para explicar el desequilibrio cósmico. Descubrir su origen exigiría comprender mejor qué sucedió en las primeras etapas del universo.

6. ¿De qué manera se conectan la gravedad y la física cuántica?

La relatividad general describe con gran precisión la gravedad a escala de planetas, estrellas y galaxias. La física cuántica explica el comportamiento de partículas y átomos. Ambas teorías funcionan extraordinariamente bien en sus respectivos ámbitos, pero no encajan de manera completa cuando se intenta describir situaciones extremas, como el interior de un agujero negro.

La búsqueda de una teoría cuántica de la gravedad intenta solucionar esa contradicción. El obstáculo principal resulta ser de índole experimental: por lo general, los fenómenos que posibilitarían diferenciar las diversas hipótesis se manifiestan con una escala diminuta o acontecen en escenarios cuya reproducción actual resulta inviable.

7. ¿Qué pasa con los datos que caen dentro de un agujero negro?

Los agujeros negros tienen la capacidad de aumentar su tamaño mediante la captura de materia. Conforme a las previsiones teóricas, es posible asimismo que desprendan radiación de forma gradual hasta desaparecer por evaporación. De esta manera, surge una interrogante ineludible: ¿qué ocurre con la información sobre aquello que cayó en ellos?

La física cuántica señala que dichos datos no tendrían por qué perderse de este modo, aunque aún carecemos de un argumento totalmente probado sobre su preservación o rescate. Aclarar este misterio tal vez arroje luz acerca de la gravedad cuántica. Al mismo tiempo, se requiere prudencia, ya que la desaparición total de un agujero negro jamás ha sido presenciada de forma directa.

8. ¿Cuál es el origen de la masa de los neutrinos?

Los neutrinos son partículas muy abundantes que atraviesan la materia con escasas interacciones. Los experimentos muestran que pueden transformarse de un tipo en otro mientras viajan. Ese comportamiento indica que tienen masa, aunque extremadamente pequeña.

Lo que falta por entender es el origen de esa masa y el valor exacto de la masa de cada tipo de neutrino. Los investigadores estudian neutrinos producidos por el Sol, la atmósfera y experimentos terrestres para averiguar si estas partículas ofrecen pistas sobre procesos aún desconocidos.

9. ¿Qué produce todas las ráfagas rápidas de radio?

Las ráfagas rápidas de radio son emisiones intensas que duran apenas milisegundos y llegan, en muchos casos, desde galaxias lejanas. Algunas se repiten; otras solo se han detectado una vez.

Una ráfaga detectada dentro de nuestra galaxia relacionó al menos una fracción de dichos fenómenos con los magnetares, es decir, astros de neutrones provistos de campos magnéticos de potencia descomunal. Pese a ello, sigue sin confirmarse que la totalidad de los episodios provenga de la misma causa, del mismo modo que todavía no se comprende cabalmente de qué manera se expulsa semejante cantidad de energía en un intervalo tan breve.

10. ¿Existe vida fuera de la Tierra?

Se han validado miles de mundos orbitando otros soles. Ciertos cuerpos se sitúan a una separación de su astro tal que, bajo contextos específicos, el agua en estado líquido hallaría cabida en su corteza. Adicionalmente, existen esferas en nuestro propio sistema planetario cuyos mares subterráneos suscitan un profundo atractivo en la comunidad investigadora.

Pero tener condiciones potencialmente favorables no equivale a albergar vida. Todavía no se ha obtenido una prueba confirmada de organismos extraterrestres. La búsqueda combina el estudio de atmósferas planetarias, la exploración de otros mundos y la investigación de cómo surgió la vida terrestre.

Estos misterios no indican que la ciencia carezca de respuestas, sino dónde terminan por ahora las respuestas comprobadas. Cada discrepancia medida y cada señal nueva permiten descartar posibilidades y formular preguntas más precisas. Comprender el universo consiste también en reconocer con claridad lo que aún no sabemos.