¿Por qué el universo no deja de crecer?

Pregunta realizada en el curso de 2º de ESO en el Instituto de Educación Secundaria Miguel de Unamuno, en Gasteiz (Álava)

Esta cuestión ha fascinado a físicos y astrónomos durante décadas. Pero cuando intentamos responderla, el universo nos preparó para una sorpresa inesperada: cuando estudiamos su crecimiento con más detalle, descubrimos un misterio aún más profundo. El que nos hizo admitir que sabemos mucho menos sobre el cosmos de lo que pensábamos.

El espacio se extiende

Las galaxias se están alejando de nosotros. YouTube/Elaboración del autor

Durante más de un siglo, los astrónomos han observado que casi todas las galaxias se alejan de nosotros. Además, cuanto más distante está la galaxia, más rápido retrocede. Esta relación se conoce como ley de Hubble y nos dice que el espacio mismo se está expandiendo.

Esta expansión se comprende bastante bien en retrospectiva: el universo comenzó con el Big Bang, una expansión inicial masiva. Desde entonces, el universo ha seguido expandiéndose, como un globo que empezó a inflarse hace miles de millones de años y nunca se detuvo.

El universo está lleno de materia: estrellas, planetas, gas, polvo… y la fuerza de la gravedad atrae toda esa materia entre sí. Por eso los cosmólogos creyeron durante mucho tiempo que la expansión del universo debía frenarse poco a poco.

Dependiendo de cuánta materia hubiera, el cosmos podría colapsar, expandirse para siempre pero cada vez más lentamente, o estar en el límite entre ambas cosas. Durante décadas, no supimos cuál de estas posibilidades era la correcta.

gran sorpresa

Ilustración de una supernova. NASA/CKSC/M. Weiss

Todo cambió a finales de los años 1990, cuando los astrónomos comenzaron a estudiar con gran precisión ciertas explosiones estelares llamadas supernovas de Tipo Ia. Estas supernovas son particularmente útiles porque todas brillan casi igual, lo que permite usarlas como “balizas” para medir distancias en el cosmos.

Al observar supernovas muy distantes, los científicos descubrieron algo completamente inesperado: estaban más lejos de lo que estarían si la expansión se desacelerara. La única explicación posible era sorprendente: el universo no sólo se está expandiendo, sino que lo hace cada vez más rápido. Fue un descubrimiento tan revolucionario que sus autores recibieron el Premio Nobel de Física en 2011.

El universo se expande cada vez más rápido, lo que contradice la ley de gravedad postulada por Newton. procesamiento del autor

Este extraño resultado puede explicarse mediante una imagen casi absurda: como si la gravedad, a gran escala, actuara a la inversa. Es decir, como si la manzana de Newton, en lugar de caer del árbol, fuera empujada hacia arriba. Algo en el universo está empujando el espacio, no reteniéndolo.

Esto no significa que la gravedad haya cambiado de signo, sino que hay un efecto que, a gran escala, supera la atracción gravitacional de toda la materia.

¿Pero qué está pasando?

Para comprender esta aceleración, la física se enfrenta a dos posibilidades profundas: o la teoría de la gravitación de Einstein, que funcionó notablemente bien en todos los contextos en los que fue probada, falla a grandes distancias (cosmológicas); O el universo contiene un tipo de energía o materia que no se parece a nada que conozcamos.

Hoy en día, la opción más aceptada es la segunda. Para explicar la aceleración, los científicos introdujeron la idea de energía oscura, una misteriosa forma de energía que llena todo el espacio y actúa como una especie de antigravedad cósmica.

Una posible explicación es la llamada constante cosmológica, un término que aparece de forma natural en las ecuaciones de Einstein y que éstas las permiten, e incluso las predicen. Pero si bien encaja bien con las observaciones, tampoco sabemos qué es ni por qué existe.

No tenemos idea

En resumen, no sabemos qué es la energía oscura; Tener un nombre no significa entenderlo. Conocemos algunas de las propiedades que se le supone, pero estamos lejos de saber de qué está hecho y cuál es su origen.

La pregunta realmente interesante ya no es “¿por qué se está expandiendo el universo?”, sino “¿por qué se está acelerando su expansión?”. Resolver este enigma podría obligarnos a cambiar nuestra comprensión de la gravedad, el espacio y el contenido del universo.

El cosmos sigue creciendo, cada vez más rápido, y no sabemos exactamente por qué. Pero ese desconocimiento no es un fracaso: es una invitación a seguir explorando. Esperemos que en el futuro, tal vez alguien que actualmente es un adolescente descubra la respuesta… o abra la puerta a otro enigma aún mayor.

El Departamento de Cultura Científica de la Universidad del País Vasco colabora en la sección The Conversation Junior.