Los impactantes resultados que exigen una nueva teoría del universo

Si imaginas la historia del universo como una película en posproducción interminable, los cosmólogos serían sus editores obsesivos, modificando constantemente la narrativa. La versión con la que están trabajando es un logro cinematográfico sorprendente: comienza con una explosión, el espacio-tiempo surge de la nada, antes de desplegarse majestuosamente con la formación de estrellas y luego galaxias, esculpidas por la atracción gravitacional tanto de la materia visible como de la misteriosa materia oscura, mientras se expanden serenamente gracias a una fuerza sombría conocida como energía oscura.

Pero no puede ser el montaje final. Cuanto más miramos al espacio, más parece incompleto: la historia contiene pequeñas inconsistencias y los protagonistas clave siguen siendo exasperantemente esquivos. Durante décadas, los cosmólogos han estado luchando por refinar el guión.

Ahora, por fin tienen una nueva inspiración del cosmos. Un potente telescopio ha cartografiado millones de galaxias distantes para rastrear la expansión del universo con una precisión sin precedentes. Lo que parece revelador es que la energía oscura se comporta de manera tan extraña que no puede ser lo que pensábamos que era.

Si se confirma, será un giro emocionante. Los teóricos están contemplando una reescritura completa de la energía oscura. Cómo se desarrollará todo está lejos de estar claro. Pero muchos están entusiasmados con la idea de que estamos a punto de producir una historia cósmica más rica y detallada, una que se ve muy diferente de la versión actual.

"Estamos en un momento interesante", dice Adam Riess, astrofísico de la Universidad Johns Hopkins en Maryland, que ganó una parte del Premio Nobel de Física de 2011 por su participación en el descubrimiento de la energía oscura. Si alguien estuviera filmando un documental sobre la realización de nuestra película cosmológica, añade, "yo diría: 'No vayas al baño ahora'".

El modelo estándar de cosmología.

Nuestra mejor imagen actual de los orígenes y la evolución del universo se construyó a lo largo de un siglo. Comenzó en 1915 con la teoría de la relatividad general de Albert Einstein, que describe la gravedad como el resultado de objetos masivos que deforman el espacio-tiempo.

En ese momento, se pensaba que el universo era estático, por lo que Einstein añadió un término tranquilizador a sus ecuaciones llamado "constante cosmológica". Pero en 1929, el astrónomo Edwin Hubble observó galaxias distantes alejándose unas de otras, lo que indica que el universo se está expandiendo y llevó a Einstein a deshacerse de su constante.

Luego vino la teoría del big bang. Si bien hoy en día es un evangelio, no fue hasta la década de 1960 que la teoría rival del estado estacionario cedió, cuando los astrónomos descubrieron un mar de radiación primordial remanente del big bang – el fondo cósmico de microondas (CMB) – con propiedades que coincidían con las predicciones.

A medida que mejoró nuestra capacidad para observar las profundidades del espacio, la teoría del Big Bang ya no fue suficiente. En la década de 1980, los astrónomos descubrieron que la gravedad de la materia visible era insuficiente para mantener unidas a las galaxias o explicar la formación de cúmulos de galaxias. La solución fue invocar materia oscura invisible. Una década más tarde, las observaciones de estrellas distantes en explosión dirigidas por Riess y sus colegas revelaron, contrariamente a todas las expectativas, que la expansión del universo se está acelerando. La constante cosmológica fue restablecida, aunque rebautizada como energía oscura.

Y este, esencialmente, es el modelo estándar actual de cosmología, conocido como lambda-CDM. La letra griega lambda denota la constante cosmológica y CDM significa materia oscura fría, que se supone está formada por partículas pesadas y de movimiento lento. Sumado a la relatividad general y con algunos supuestos clave (el más importante es que el universo, en promedio, tiene el mismo aspecto en todas las direcciones), ofrece un marco convincente de cómo se formó una estructura a gran escala a partir de fluctuaciones cuánticas en el universo temprano a través de un breve estallido de inflación exponencial en los primeros momentos.

Lambda-CDM se encuentra entre los mayores triunfos de la ciencia. Combina elegancia con un alcance impresionante, utilizando sólo seis parámetros para describir toda la historia del cosmos, realizando una serie de predicciones precisas que han sido verificadas mediante observaciones cada vez más exigentes. "Ha tenido un éxito extraordinario", afirma Mike Turner, cosmólogo teórico de la Universidad de Chicago en Illinois. "Compárelo con lo que teníamos cuando me convertí en cosmóloga alrededor de 1980 y, Dios mío, es más de lo que jamás podríamos haber imaginado. Es absolutamente impresionante".

Y, sin embargo, como dice Turner, “ahora es mucho menos de lo que estamos dispuestos a aceptar”. En parte, esto se debe simplemente a la naturaleza inquieta de la ciencia: incluso las teorías más exitosas son sólo aproximaciones a una comprensión más profunda y, a medida que las sometemos a pruebas con nuevas observaciones, descubrimos cabos sueltos y grietas.

En el caso de lambda-CDM, los cabos sueltos son evidentes. La materia y la energía oscuras siempre fueron sólo marcadores de posición: fueron invocadas en respuesta a observaciones, pero sin explicaciones físicas. A pesar de décadas de esfuerzos, los físicos aún tienen que detectar directamente partículas de materia oscura. Y aunque se piensa que la energía oscura es energía del vacío, el resultado de fluctuaciones cuánticas en el espacio vacío, siempre ha sido preocupante desde una perspectiva teórica. La teoría cuántica predice que su fuerza debe ser unas 10120 veces mayor que la necesaria para impulsar la expansión del universo que vemos.

"En este momento, la energía y la materia oscuras… son complementos", dice Turner. Ambos cumplen funciones. Hay pruebas empíricas sólidas de que existen. "Pero son sólo descripciones fenomenológicas, por lo que apuntan a algo más fundamental".

La tensión del Hubble

También han comenzado a aparecer grietas, la más notoria de las cuales tiene una larga historia, pero fue reconocida como la tensión de Hubble en 2015. Se llama así porque dos formas diferentes de medir la velocidad a la que se expande el universo, conocida como la constante de Hubble, no coinciden. Cuando los cosmólogos extrapolan hacia adelante desde el CMB utilizando el modelo actual, obtienen un valor de aproximadamente 67 kilómetros por segundo por megaparsec. Pero cuando los astrónomos miden el universo local directamente, utilizando supernovas y estrellas variables, el valor es de alrededor de 73. "Es una prueba del universo de un extremo a otro", dice Riess, quien sostiene que el hecho de que los dos extremos no se encuentren es un fuerte indicio de que algo está muy mal con lambda-CDM.

Aún así, la mayoría de los cosmólogos no han estado dispuestos a renunciar a ello. Todas las propuestas hechas hasta ahora sobre cómo resolver la tensión del Hubble socavan el ajuste casi perfecto del modelo existente al CMB y la estructura a gran escala que vemos hoy. También es posible que las mediciones subyacentes a la tensión contengan errores sistemáticos sutiles. La forma en que medimos la expansión del universo tardío en particular se basa en una intrincada cadena de inferencias, cada eslabón depende de una minuciosa calibración y suposiciones sobre estrellas y galaxias. La sospecha es que, con más datos, la tensión desaparecerá. "Están sucediendo demasiadas cosas allí como para decir algo verdaderamente definitivo", dice Pedro Ferreira, cosmólogo y astrofísico de la Universidad de Oxford.

Riess no se lo cree. Sus mediciones de la expansión del universo tardío han sido comprobadas una y otra vez, señala, y nadie ha encontrado un error, incluso si algunos astrónomos argumentan que las mediciones de distancia independientes del Telescopio Espacial James Webb podrían resolver la tensión. "Ha pasado una década desde que descubrimos la tensión del Hubble y no ha desaparecido", afirma. "Sólo se ha vuelto más pronunciado".

La verdadera razón por la que la comunidad se ha mostrado reacia a ir más allá de lambda-CDM, sostiene Riess, es que los científicos se resisten a abandonar cualquier teoría, especialmente una tan exitosa, hasta que tengan una mejor. "La gente se siente incómoda simplemente deambulando por el desierto".

Lo que necesitamos, según esa lógica, son observaciones que señalen más claramente el camino hacia algo mejor. La buena noticia en ese frente es que una nueva generación de telescopios diseñados para estudiar la energía oscura ha comenzado a dar resultados espectaculares, como el Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura (DESI).

Los resultados de DESI

Montado en un telescopio en Arizona, DESI combina un enorme espejo con 5.000 fibras ópticas controladas robóticamente que se fijan automáticamente en galaxias distantes, una tras otra, en rápida sucesión, mucho más rápido que estudios anteriores de energía oscura.

Desde 2021, ha estado estudiando millones de galaxias para medir su corrimiento al rojo, o cuánto se ha estirado la luz que emiten debido a la expansión cósmica, un indicador de su distancia de nosotros. Y debido a que las galaxias tienen diferentes corrimientos al rojo, podemos comparar un espaciamiento característico en su distribución (una ligera preferencia por que las galaxias estén separadas por una distancia particular) para reconstruir cómo la tasa de expansión del universo ha cambiado con el tiempo.

Para calibrar esas distancias, DESI también ha estado midiendo una huella sutil que quedó del universo temprano, conocida como oscilaciones acústicas bariónicas (BAO). Como ondas en un estanque congelado en hielo, estos BAO preservan un patrón en la separación de galaxias que proporciona a los cosmólogos una “regla estándar” para medir la expansión cósmica. La idea era producir la reconstrucción tridimensional más exacta y precisa de la expansión cósmica jamás realizada. Y la última versión, publicada en marzo de 2025 y basada en datos de tres años, o 15 millones de galaxias, contenía una bomba que ha provocado ondas de choque en la cosmología.

Cuando los investigadores de DESI combinaron esto con los últimos datos de supernovas (que limitan estrechamente la expansión del universo cercano) y el CMB, y luego comprobaron qué tan bien encaja todo con lambda-CDM, descubrieron que el modelo actual no coincide, al menos no tan bien como uno que permite que la fuerza de la energía oscura cambie con el tiempo. El hallazgo del titular fue claro: la energía oscura parece estar debilitándose y, después de todo, no es una constante cosmológica.

"En realidad, fue bastante aterrador", dice Will Percival, astrofísico de la Universidad de Waterloo en Canadá que forma parte de la colaboración DESI. Por supuesto, hubo un alto nivel de escrutinio, afirma. "Pero en muchos sentidos, esto es exactamente lo que la gente estaba esperando. Los experimentos que nos llevan a lo desconocido y nos dan resultados inusuales e inesperados son increíblemente emocionantes".

Y como si eso no fuera suficiente, los resultados de DESI también sugieren que en el universo temprano, la energía oscura puede haber caído por debajo de la llamada división fantasma (el umbral por debajo del cual su poder repulsivo habría sido mucho más fuerte de lo que permite la constante cosmológica) antes de volver a subir.

"Lo que estamos viendo ahora con los resultados de DESI, me gusta llamarlo maravillosamente extraño", dice Eric Linder, físico y cosmólogo de la Universidad de California, Berkeley. "No sólo están fuera de la constante cosmológica, sino que están fuera de una forma en la que nadie había pensado antes". En esta etapa, los resultados de DESI no son lo suficientemente sólidos como para afirmar que se trata de un descubrimiento genuino. El análisis sólo favorece la evolución de la energía oscura con una significación estadística de 4,2 sigma en el mejor de los casos, algo por debajo del estándar de oro de 5 sigma, por lo que es un resultado que aún podría desaparecer a medida que lleguen más datos, y la indicación del cruce fantasma es aún menos segura. “Estoy indeciso al respecto”, dice Ferreira, haciéndose eco de la cautela expresada por muchos en el campo. "Hemos estado aquí muchas veces antes".

Aun así, hay razones para pensar que los resultados de DESI podrían ser diferentes. “Es la primera vez que realmente digo '¡Ja!'”, dice Catherine Heymans, astrónoma de la Universidad de Edimburgo, Reino Unido. "El método que utilizan es una de las mediciones más claras posibles de la expansión cósmica que podemos hacer. Es mucho más difícil encontrar argumentos con esto que con la tensión de Hubble".

No es que eso haya impedido que la gente lo intente. En mayo de 2025, George Efstathiou, astrofísico de la Universidad de Cambridge, publicó un artículo en el que afirmaba que la evidencia de la evolución de la energía oscura es inestable por dos razones. La primera es que la discrepancia con lambda-CDM sólo se hace evidente cuando los datos de la supernova se incluyen en el análisis. La segunda es que el análisis estadístico del equipo DESI se basa en suposiciones hechas de antemano sobre cuán plausibles son los diferentes modelos cosmológicos, conocidos como "priores", que, según Efstathiou, favorecen injustamente la evolución de los modelos de energía oscura.

Sin embargo, hay consenso en que si los resultados de DESI se fortalecen con más datos, supondrían un duro golpe para lambda-CDM. "En ese caso, es emocionante, porque significa que tenemos que pensar de nuevo", dice Ferreira.

En un artículo publicado en agosto de 2025, Riess y la cosmóloga observacional Alexie Leauthaud de la Universidad de California, Santa Cruz, argumentaron que podemos estar presenciando la desaparición de lambda-CDM y que ahora debemos prepararnos para ir más allá. Es emocionante que, por primera vez en 25 años, tengamos una idea real de cómo se ve algo mejor.

¿Qué reemplazará al modelo estándar?

Lo cual no quiere decir que vaya a ser fácil resolverlo todo. Aunque los resultados de DESI nos dieron una orientación clara sobre las propiedades físicas de la energía oscura, lo que provocó un frenesí en los teóricos, la imagen de la expansión cósmica que presentan hace que sea increíblemente difícil encontrar la fórmula correcta. La solución más sencilla es decir que la energía oscura no proviene del vacío, sino que es una especie de campo similar a los que describen la luz o las fuerzas nucleares. Pero estos modelos requieren un ajuste sospechosamente preciso para que la energía oscura se fortalezca en los últimos miles de millones de años, en lugar de en otro momento. Más importante aún, ellos por sí solos no pueden reproducir el cruce fantasma.

Muchos teóricos prefieren centrarse en modelos en los que la energía oscura interactúa con la gravedad, en lugar de evolucionar de forma independiente. La idea es que la gravedad comienza a funcionar de manera diferente en algún momento porque hay una transferencia de energía entre la materia ordinaria y la energía oscura. "Así es como se puede entender que la densidad de energía [de la energía oscura] podría aumentar y luego disminuir", dice Alessandra Silvestri, teórica de la Universidad de Leiden en los Países Bajos, quien ha demostrado que un modelo de este tipo se ajusta mejor a los datos DESI que el lambda-CDM. "Éste es realmente el único modelo que parece funcionar".

También hay modelos en los que la energía oscura intercambia energía con la materia oscura, permitiendo que esta última se descomponga lentamente en la primera a medida que el universo se expande. Esta idea es particularmente atractiva desde una perspectiva teórica porque conecta las dos mayores incógnitas de la cosmología.

El problema con todos estos modelos que interactúan es que deberíamos haber visto evidencia de ellos en observaciones existentes de órbitas planetarias, por ejemplo, y no lo hemos hecho. Además, si bien es posible que las interacciones sean tan extremadamente pequeñas que habrían eludido la detección, aún podrían violar la sacrosanta ley de conservación de la energía-momento.

Lo que tenemos, entonces, es una abundancia de ideas, ninguna de las cuales funciona. "Realmente no tenemos idea", dice Ferreira.

Para Ferreira, y también para Riess, eso sugiere que no deberíamos simplemente intentar parchear la energía oscura para que coincida mejor con los datos. En cambio, deberíamos pensar en lo que podemos aprender si los resultados de DESI realmente son el último clavo en el ataúd de lambda-CDM. "Deberíamos hacer una pequeña pausa y reflexionar", afirma Riess. Si estamos en los primeros pasos de otro gran salto en nuestra comprensión del universo, sostiene que los cosmólogos deben pensar cuidadosamente cómo navegarlo, no sólo en términos de suposiciones de larga data sobre cómo sería una mejor teoría, sino también cómo la encuentran.

Es posible que aún descubramos una teoría tan simple y elegante como la que ya tenemos. O podría ser que la mejor explicación sea más compleja: una mezcolanza que incluye múltiples campos de energía oscura, múltiples tipos de materia oscura, interacciones entre los dos y/o una nueva visión de la gravedad a escalas cosmológicas. "Esta atención a la elegancia y la simplicidad proviene de la física de partículas", afirma Riess. "¿Pero quién puede decir que funciona tan bien a escala del cosmos en su conjunto? El universo parece bastante complicado desde donde estoy, así que creo que debemos tener la mente abierta".

Las observaciones, como siempre, serán nuestra guía. DESI todavía está recopilando datos, y se espera otra publicación de datos en 2027. Pero los cosmólogos también esperan grandes cosas del telescopio espacial Euclid de la Agencia Espacial Europea y del Observatorio Vera Rubin en Chile, los cuales comenzaron a publicar datos el año pasado. Eso debería darnos una mayor confianza en el panorama emergente de expansión, o no. Pero también nos permitirá verlo a partir de corrimientos al rojo inexplorados anteriormente.

Ferreira es menos optimista. En un artículo de 2025, él y sus colegas argumentaron que debido a que los estudios cosmológicos sólo pueden sondear un período limitado de la historia de expansión del universo, muchos modelos teóricos diferentes pueden producir un comportamiento casi idéntico durante ese intervalo. Como resultado, Ferreira considera que incluso con todos los nuevos datos que lleguen, “nos quedaremos con una gran familia de modelos que son esencialmente indistinguibles observacionalmente desde el punto de vista de los datos cosmológicos”.

El peligro es que terminemos exactamente donde estábamos con la tensión del Hubble: un callejón sin salida en el que muchos cosmólogos no están preparados para abandonar el lambda-CDM porque no confían en los datos que lo romperían sin una teoría mejor y con pocas perspectivas de encontrar esa teoría en el corto plazo. Riess describe este escenario como “purgatorio kuhniano”, en referencia a las ideas del filósofo Thomas Kuhn sobre cómo se desarrolla el progreso científico, y le preocupa que conduzca a la inercia. "Tratar de sacar la espada de la piedra es un trabajo duro… y es posible que no consigas muchos papeles. Pero no olvidemos que la espada todavía está clavada en esa piedra".

Es hora de un cambio de paradigma

Dicho esto, sugiere que el problema no reside en los datos que se publicarán a continuación. Más bien, es que la comunidad le da demasiado peso a un modelo desarrollado antes de que aparecieran nuevos datos, y no suficiente a los datos en sí. Siempre que surge una tensión dentro de lambda-CDM, dice, la incapacidad de explicarla se presenta como evidencia en contra de las nuevas observaciones, lo que explica por qué la comunidad se obsesiona con errores desconocidos y más mediciones sólo generan más dudas. "Cuando vives con un modelo estándar durante 20 años, mucha gente ha pasado la mayor parte de su carrera con él", afirma Riess. "Incluso la idea de que esta podría no ser toda la historia es discordante".

Quizás ésta sea simplemente la naturaleza de los cambios de paradigma. Siempre estarán marcados por el conflicto y lambda-CDM no pasará tranquilamente en la noche. Pero eso no es necesariamente un problema. "Lo que se quiere es que los defensores busquen cualquier cosa que parezca un poco sospechosa en los datos. También se quieren revolucionarios, personas que estén dispuestas a ir más allá de lo que ya tenemos", dice Linder. "El ir y venir, si bien puede parecer antagónico, en realidad es saludable".

De hecho, el hecho de que los cosmólogos se estén preparando para una lucha podría indicar en sí mismo que realmente estamos preparados para otra revolución. Lo único que podemos decir con certeza es que, después de un largo período de armonía, la cosmología está entrando en una era de tensiones que la hacen mucho más interesante. "Esperamos con ansias todos estos nuevos datos, que creo que nos emocionarán a todos", afirma Linder. "Es simplemente un momento increíblemente emocionante".

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