Reportan cambios en la energía oscura y la expansión del universo

La NASA explica que hace unos 13 mil 800 millones de años, el universo comenzó a experimentar una rápida expansión que llamamos el Big Bang. Después de esta expansión inicial, que duró una fracción de segundo, la gravedad comenzó a desacelerar el universo. Pero el cosmos no se quedaría así. Nueve mil millones de años después de los inicios del universo, su expansión comenzó a acelerarse, impulsada por una fuerza desconocida que los científicos han llamado energía oscura. Pero ¿qué es exactamente la energía oscura? La respuesta corta hasta ahora es: No lo sabemos. Hasta ahora sabíamos que gracias a esa energía oscura, el universo se expandía a un ritmo acelerado y que alrededor del 70% del universo está compuesto de ella.

Pero este marzo de 2025, el Instrumento Espectroscópico para el Estudio de la Energía Oscura (DESI, por su sigla en inglés), el experimento internacional más importante y en el que también participa un grupo de investigadores mexicanos, dio un giro importante a la historia al presentar sus más recientes resultados.

A finales de los 90’s se descubrió que el Universo se expande aceleradamente. Si bien no se tenía clara la razón de esta aceleración cósmica, las observaciones eran consistentes con una energía oscura constante en el tiempo, solución conocida como la constante cosmológica o Lambda. Contrario a lo que se creía hasta ahora, los resultados de DESI apuntan que esta energía oscura no es constante sino que cambia en el tiempo y no solo eso, sino que además está decayendo. Esta conclusión se infiere a partir de la detección de millones de galaxias y cuásares que permiten tener un mapa tridimensional y preciso con el cual se podrá medir la historia de expansión del universo. De verificarse en los próximos años éste sería un cambio de paradigma en la cosmología.

Al tener investigadores directamente asociados con el proyecto en México, este martes 25 de marzo, en el Auditorio Alejandra Jáidar del Instituto de Física de la UNAM, se explicaron los resultados recabados en los últimos tres años de observación cosmológica ante la comunidad científica.

En entrevista para El Economista, la Dra. Mariana Vargas Magaña, física, cosmóloga y colaboradora del proyecto internacional DESI, nos ayuda a comprender la magnitud del hallazgo. “Es un cambio de paradigma porque antes de DESI teníamos un modelo cosmológico estándar, es decir, era la mejor explicación que los cosmólogos tienen para explicar la evolución del universo y estaba basada en dos pilares observacionales muy importantes”. Primero, en saber que el universo se expande desde hace mucho tiempo, porque tenemos observaciones de que las galaxias se están alejando de nosotros desde entonces.

Luego hubo otra observación muy importante que son las supernovas, es decir, explosiones de estrellas que explotan antes de apagarse y esto se ve desde muy lejos, entonces, dada nuestra comprensión del universo, nosotros podíamos estimar qué tan lejos estaban estos objetos y podíamos medir por medio de su luminosidad de nuevo esa distancia a la que están y entonces veíamos que están más lejos de lo que nosotros creíamos. “Eso quería decir que el universo estaba acelerando su expansión más rápido de lo que nosotros creíamos”.

El problema es que a la fecha no entendemos porqué pasa eso, “esta es una de las preguntas abiertas en cosmología más importantes, ¿qué genera la aceleración de la expansión?”

Desde entonces, se introdujo el modelo Lambda, que venía de la constante cosmológica asociada con la expansión acelerada del universo. Es decir, se usaban datos y todas las mediciones coincidían con un modelo de energía oscura muy sencillo que no cambia en el tiempo. Este modelo de energía oscura constante en el tiempo se llama el modelo cosmológico estándar o modelo Lambda CDM “y esto es lo que creíamos que describe mejor al universo hasta antes de DESI”.

El comportamiento de la energía oscura sí cambia

Fueron varias décadas de convencimiento y confirmación del modelo, pero con DESI desde la primera vez que los investigadores reportaron resultados, ya se empezaban a ver variables, “los datos ya no podían ser explicados muy bien considerando el modelo sencillo”.

Ahora lo que los datos nos dicen de cómo se comporta el universo es que la mejor descripción es una ecuación que cambia en el tiempo, entonces, ya no es compatible con esta constante cosmológica que se metió a finales de los 90 para explicar la aceleración de la expansión del universo. “Eso abre la posibilidad de modelar muchas formas más ricas que con el modelo tradicional”.

La Dra. Vargas explica que ahora ya tenemos una ecuación dinámica en el tiempo y podemos pensar que la aceleración va a cambiar en el tiempo también, ¿qué tanto cambia en el tiempo esa aceleración?, “eso tiene que ver con la ecuación de la energía oscura”.

Los especialistas también encontraron que la aceleración se está alentando o que lo que sea que esté generando esa aceleración cósmica se está debilitando, ¿qué es eso?, aún no lo sabemos, no se puede describir, pero lo que los investigadores están haciendo ahora es preguntarse cómo se comporta esa energía oscura. La Dra. Vargas puntualiza que no necesitamos saber qué es eso que se está debilitando para estudiar su comportamiento. “Podemos estudiar cómo es el comportamiento de una componente desconocida sin saber exactamente qué es”.

El futuro de la cosmología

El modelo Lamba de energía oscura constante es el mismo que intentó ligarse con la física fundamental y la constante cosmológica, también intentó responder preguntas de física de partículas y aunque había muchos problemas y no funcionaba porque había órdenes de magnitud entre lo que medían y lo que predecía la teoría, al menos había teorías. “Lo que sucederá ahora es que ya hay una variedad más grande de modelos que se introducen para explicar las observaciones”.

La especialista comparte que hoy todos los teóricos están muy entusiasmados porque hay mucho que explorar. “Ahora que hay incógnitas como que el modelo estándar ya no parece responder tan bien a las observaciones, entonces hay mucho impulso de los teóricos para desarrollar nuevas explicaciones que ahora traten de embonar a las diferentes observaciones.

DESI por sí solo no nos puede decir nada de la energía oscura porque todavía no tiene suficiente valor constrictivo, para poder decir algo de la energía oscura tenemos que combinarlo con otros experimentos”. Este cambio de paradigma también significa que vamos a encontrar física nueva en las próximas décadas “porque ya estamos llegando a ver los problemas del modelo estándar para explicar la historia de la expansión del universo”.

Colaborar para avanzar

La Dra. Vargas confirma que la mayoría de estos experimentos que estudian la energía oscura y estas preguntas abiertas en cosmología son gracias colaboraciones muy grandes, “porque hay que construir instrumentos, operar telescopios, hacer análisis que son muy complicados”, entonces existen consorcios que son colaboraciones con diferentes grupos donde las agencias financiadoras de cada país invierte dinero, en su momento fue Conacyt en México con quien se logró el apoyo para iniciar DESI.

México en realidad entró a estas colaboraciones recientemente. Apenas en la década pasada se dio el primer experimento donde México participa como grupo de energía oscura y es DECI. “Fue un grupo de mexicanos de diferentes instituciones que se juntaron y dijeron: Vamos a hacer la labor política de pedir dinero a las agencias para poder entrar a estos consorcios”.

Fueron unos ocho investigadores y de ahí se han integrado alrededor de 35 personas, incluyendo estudiantes. La especialista concluye que estos experimentos colaborativos, son la forma de participar en la ciencia de frontera. “Es un gran acierto que la comunidad mexicana se interese en participar (…) es un gran salto porque nos enriquecemos, el ejercicio intelectual es más rico cuando participas en estos experimentos de primera mano y tienes acceso a los datos, debemos seguir promoviendo este tipo de proyectos”.

VAP

¿Qué estudia la cosmología?

Parte de la astronomía que trata de las leyes generales, del origen y de la evolución del universo.

¿Por qué importa la energía oscura?

Investigar la energía oscura es fundamental porque no importa lo que encontremos, esto va a cambiar las bases de la física fundamental. Si descubrimos que es un nuevo tipo de energía que no podíamos describir antes porque no sabíamos que existía, entonces va a cambiar las bases de la física y de todo lo que conocemos.

Descubrimos que la gravedad no funciona como pensábamos y también implica un cambio en los fundamentos de la física. “Entonces estamos estudiando la física fundamental para entender todo. Entonces lo que encontremos ahí son los cimientos, las bases de la física y eso es importante para entender el todo”.

INVESTIGADORES MEXICANOS PARTICIPANTES: Alejandro Avilés, Jorge L. Cervantes-Cota, Alma Gonzalez, Axel de la Macorra, Tonatiuh Matos, Gustavo Niz, Luis Ureña, Octavio Valenzuela, Mariana Vargas-Magaña, Sebastien Fromenteau(External Collaborator).

ESTUDIANTES: Jesús A. Astorga, Sergio F. Beltrán, Brenda I. Tapia Benavides, Alvaro Callejas Tavera, Rodrigo de la Cruz, Miguel Enríquez Vargas, Diego Gonzalez, Hiram K. Herrera-Alcantar, José Lozano, Flor de Marí­a Lozano-Rodrí­guez, Jennifer Meneses Rizo, Gerardo Morales-Navarrete, Andrea Muñoz-Gutiérrez, Claudio Nahmad Arcaraz, Hernan E. Noriega, Erick Paniagua, Gustavo Pérez-Sánchez, Sadi Ramí­rez Solano, Hugo Rivera, Fanny Arlin Rodrí­guez Martí­nez, Johnatan O. Roman-Herrera, Zenaida B. Sánchez Méndez, José A. Trelles Hernández, José Antonio Vázquez.

nelly.toche@eleconomista.mx