El universo en destellos: la materia y energía oscuras podrían solo ser ilusiones temporales
¿Y si el universo no necesitara que la materia oscura y la energía oscura estuvieran siempre ahí para expandirse? Un nuevo modelo sugiere que breves explosiones de energía, invisibles pero poderosas, podrían ser la clave del cosmos.
Por Enrique Coperías
Un nuevo modelo prescinde de la materia oscura y la energía oscura como explicaciones de la aceleración del universo y de cómo se generan estructuras como las galaxias. Imagen generada con DALL-E
En la Universidad de Alabama en Huntsville (UAH), el físico Richard Lieu ha dado un paso audaz hacia una reinterpretación radical del cosmos. Su nuevo trabajo, publicado en la revista Classical and Quantum Gravity, plantea que el universo no necesita materia oscura ni energía oscura para explicar su expansión acelerada ni la formación de galaxias y cúmulos.
En su lugar, Lieu propone un modelo cosmológico alternativo basado en lo que él denomina singularidades temporales transitorias: estallidos brevísimos y potentes de materia y energía que ocurren de forma escalonada en el tiempo, afectando así de manera homogénea a todo el espacio-tiempo.
Esta visión alternativa, que cuestiona la omnipresencia de la materia y energía oscuras del modelo Lambda-CDM o ΛCDM tradicional, parte de una idea clave: que tal vez estos componentes misteriosos no estén presentes en todo momento. Según Lieu, podrían aparecer y desaparecer en instantes concretos y con tal rapidez que resultan indetectables directamente.
Modele ΛCDM: 70% de energía oscura, 25% de materia oscura
Lo interesante es que, pese a su carácter efímero, su efecto acumulado podría dar lugar a los mismos fenómenos que observamos y atribuimos a estas entidades invisibles.
Antes de nada hay que decir que el modelo ΛCDM, también conocido como modelo Lambda-Cold Dark Matter, es el marco cosmológico estándar que describe la evolución y la composición del universo desde el big bang hasta la actualidad. Su nombre proviene de dos componentes clave: la constante cosmológica Λ (Lambda), que representa la energía oscura responsable de la expansión acelerada del universo; y CDM (Cold Dark Matter o materia oscura fría), una forma hipotética de materia que no emite luz y se mueve lentamente, y que sería esencial para explicar la formación de galaxias y estructuras a gran escala.
Este modelo asume que el universo es homogéneo e isotrópico a gran escala y que su dinámica está gobernada por las ecuaciones de la relatividad general de Einstein. Según ΛCDM, el contenido actual del universo está compuesto aproximadamente por un 70% de energía oscura, un 25% de materia oscura y solo un 5% de materia ordinaria.
A pesar de su éxito explicando una amplia gama de observaciones —como el fondo cósmico de microondas, la distribución de galaxias y la expansión del universo—, el modelo ΛCDM se basa en componentes cuya naturaleza física sigue siendo desconocida.
Una alternativa mejorada y más natural
Pues bien, el nuevo enfoque propuesto por Lieu no nace de la nada. Este profesor de Física se apoya en un trabajo anterior, publicado en 2024 y ya con más de 41.000 lecturas, en el que sugería que la gravedad podría existir sin masa, gracias a ciertas configuraciones topológicas en el espacio. Sin embargo, aquel modelo requería densidades negativas, un concepto problemático desde el punto de vista físico. La nueva versión no solo evita ese obstáculo, sino que amplía el alcance de la propuesta.
«Este nuevo artículo propone una versión mejorada del modelo anterior, que además es radicalmente diferente — explica Lieu en un comunicado de la UAH. Y añade—: El nuevo modelo puede explicar tanto la formación de estructuras cósmicas como la estabilidad gravitacional, así como las propiedades observadas de la expansión del universo, mediante singularidades de densidad en el tiempo que afectan de forma uniforme a todo el espacio, reemplazando así a la materia y la energía oscuras convencionales».
Lo más fascinante es que estas singularidades no violan la conservación de la masa-energía. «Sir Fred Hoyle se oponía a la cosmología del big bang y postulaba un modelo de estado estacionario, donde la materia y la energía se crean constantemente mientras el universo se expande. Pero esa hipótesis viola las leyes de conservación», recuerda Lieu. Y añade—: En cambio, en la teoría actual, se conjetura que la materia y la energía aparecen y desaparecen en ráfagas repentinas, y, curiosamente, eso no viola las leyes físicas».
Cronología de la expansión del universo, según el el modelo Lambda-CDM o ΛCDM. Cortesía: NASA / Ryan Kaldari
Presión negativa y expansión acelerada
En palabras del físico, estas singularidades no se pueden observar directamente porque ocurren rara vez y son demasiado rápidas. Esa podría ser la razón por la que no hemos detectado materia oscura ni energía oscura».
Una de las claves del modelo es que estas explosiones temporales de materia y energía generan lo que se conoce como presión negativa, un tipo de energía con efecto gravitacional repulsivo que acelera la expansión del universo, muy similar a lo que se atribuye a la energía oscura.
«Un ejemplo sería la presión negativa ejercida por un campo magnético a lo largo de una línea de campo —explica Lieu. Y continúa—: Einstein también postuló la presión negativa en su artículo de 1917 sobre la constante cosmológica. Cuando se combina una densidad de energía positiva con presión negativa, existen restricciones que aseguran que la densidad de masa-energía se mantenga positiva respecto a cualquier observador, por lo que evitamos la necesidad de asumir densidades negativas».
Singularidades múltiples, no una sola
El título del artículo —Are dark matter and dark energy omnipresent?— ya anticipa la principal conclusión: «No son omnipresentes —afirma el investigador—. Solo aparecen en instantes breves durante los cuales la materia y la energía sí llenan el universo de forma uniforme, salvo por las variaciones espaciales que dan lugar a las galaxias y otras estructuras. En los intervalos entre estos eventos, simplemente no están”.
En otras palabras, el universo del físico Lieu no se expande de forma continua, sino a través de saltos o escalones temporales.
Cada singularidad representa un impulso que acelera la expansión y redistribuye energía y materia por todo el cosmos. Si estos saltos son suficientemente frecuentes y breves, resultan indistinguibles de una expansión suave desde nuestra perspectiva limitada.
Implicaciones para la inflación y el futuro de la cosmología
El modelo también aporta una nueva forma de concebir la inflación cósmica, ese período de expansión ultrarrápida que se postula tras el big bang. En lugar de depender de un campo inflatón hipotético, o sea, una expansión extremadamente rápida del universo en los primeros instantes tras la gran explosión, estas singularidades temporales podrían haber causado el mismo efecto sin necesidad de un recalentamiento posterior.
Esta reinterpretación es especialmente atractiva porque evita las complicaciones teóricas que rodean la física del inflatón y su supuesta conversión en materia ordinaria.
También resuelve el problema del horizonte y de la planitud del universo sin necesidad de suposiciones especulativas adicionales, según Lieu.
¿Cómo detectar estos «saltos» en la expansión?
Aunque las singularidades temporales no se pueden observar directamente, Lieu propone una estrategia para buscar señales indirectas: «La mejor manera de buscar el efecto propuesto es usar un gran telescopio terrestre, como el Observatorio Keck de Hawái o los telescopios Isaac Newton de La Palma (España), para hacer observaciones de campo profundo, cuyos datos serían segmentados según el redshift (corrimiento al rojo)», explica el investigador.
Recordemos que el corrimiento al rojo es el fenómeno por el cual la luz de objetos lejanos en el universo, como las galaxias, se desplaza hacia longitudes de onda más largas (más rojas) a medida que el universo se expande. Cuanto mayor es el corrimiento al rojo, más lejos y más atrás en el tiempo está el objeto observado, por lo que es una herramienta clave en cosmología para medir distancias y estudiar la evolución del universo.
Lieu señala que, con suficiente resolución temporal, «podría encontrarse que el diagrama de Hubble muestra saltos discretos en la relación entre distancia y redshift, lo cual sería muy revelador».
Una idea disruptiva, pero bien armada
Aunque radical, el modelo de Lieu cumple con las ecuaciones fundamentales de la relatividad general, respeta las condiciones de energía, y no introduce partículas hipotéticas ni campos exóticos.
El físico propone una nueva forma de interpretar datos existentes, que además explica la expansión acelerada del universo y la formación de galaxias sin necesidad de invocar entidades aún no detectadas.
También nos recuerda una lección esencial de la ciencia: nuestras teorías cosmológicas son mapas, no el territorio. Lo que hoy llamamos materia oscura o energía oscura podría ser simplemente la forma en que observamos efectos de origen temporal, no espacial. Y tal vez, solo tal vez, ese origen esté en los breves destellos del tiempo, no en la oscuridad del espacio. ▪️
Información facilitada por la Universidad de Alabama en Huntsville
Fuente: Richard Lieu. Are dark matter and dark energy omnipresent? Classical and Quantum Gravity (2025). DOI: 10.1088/1361-6382/adbed1
