El universo se expande más rápido de lo que pensábamos: ¿están los modelos cosmológicos equivocados?
Nuevas mediciones confirman que el universo se expande a una velocidad mayor de la prevista, lo que desafía las leyes actuales de la física. Los científicos se enfrentan a una encrucijada que podría cambiar nuestra comprensión del cosmos.
Por Enrique Coperías
Imagen conceptual de la expansión acelerada del universo, generada con DALL-E
Al parecer el universo se está expandiendo a una velocidad mucho mayor de lo que habíamos pensado. Una nueva medición confirma lo que ya sugerían estudios previos —y muy debatidos—, es decir, que la expansión del cosmos supera las predicciones de los modelos teóricos y escapa a las explicaciones de la física actual.
Esta discrepancia entre las observaciones y las predicciones se conoce como la tensión de Hubble. Los recientes resultados, publicados en la revista Astrophysical Journal Letters, refuerzan la idea de que la expansión está ocurriendo a un ritmo acelerado.
«La tensión ahora se ha convertido en una crisis», afirma Dan Scolnic, líder del equipo de investigación, en un comunicado de la Universidad Duke, en Estados Unidos.
Materia oscura y energía oscura
Determinar la velocidad de expansión del universo, conocida como la constante de Hubble, ha sido un objetivo clave de la ciencia desde 1929, cuando Edwin Hubble demostró por primera vez que el universo se estaba expandiendo. Según Scolnic, profesor de Física en la Universidad de Duke, el desafío consiste en construir un retrato de cómo ha crecido el universo.
Sabemos cómo era en el big bang, pero ¿cómo llegó a ser lo que es ahora? Usando una analogía, la foto de bebé del universo representa su estado más primitivo, mientras que la foto actual refleja nuestro universo local, que incluye la Vía Láctea y sus galaxias vecinas. El modelo estándar de la cosmología debería conectar estas dos imágenes, pero el problema es que los datos no se alinean.
El modelo estándar de la cosmología, conocido como ΛCDM (Lambda-CDM), es la teoría más aceptada para describir la evolución del universo. Se basa en la relatividad general de Einstein, y postula que el universo está compuesto principalmente por dos ingredientes: materia oscura, que constituye alrededor del 27% del contenido del universo, y energía oscura, que representa aproximadamente el 68%.
Mediciones extremadamente precisas de la distancia entre la Tierra y el cúmulo de galaxias Coma aportan nuevas pruebas del ritmo de expansión del universo, más rápido de lo previsto. Cortesía: NOIRLab
Una medición más precisa de la distancia al cúmulo de Coma
La materia oscura es una forma de materia invisible que no emite radiación pero tiene efectos gravitacionales, mientras que la energía oscura es responsable de la expansión acelerada del universo. Este modelo describe la expansión continua del universo desde el big bang, hace unos 13.800 millones de años, y explica la formación de estructuras como galaxias y cúmulos de galaxias.
Además, la radiación cósmica de fondo (CMB) —la radiación remanente del bigbang, que llena todo el universo y ofrece evidencia de su origen y evolución temprana— sirve como una prueba fundamental para validar esta teoría.
Scolnic destaca que el problema de conectar los universos primigenio y actual podría solventarse con una medición más precisa de la distancia al cúmulo de Coma, uno de los cúmulos galácticos más cercanos a la Tierra.
Unas «velas» para medir distancias en el cosmos
«La colaboración DESI [Instrumento Espectroscópico para el Estudio de la Energía Oscura] hizo el trabajo más complicado, pero su escalera carecía del primer peldaño —dice Scolnic. Y añade—: Yo sabía cómo hacerlo, y que eso nos daría una de las mediciones más precisas de la constante de Hubble, así que cuando se publicó su artículo, dejé todo y me puse a trabajar sin descanso».
Para obtener una medición precisa de la distancia al cúmulo de Coma, Scolnic y su equipo, con apoyo de la Fundación Templeton, utilizaron las curvas de luz de doce supernovas de tipo Ia dentro del cúmulo. Estas supernovas son útiles como velas estándar, ya que tienen una luminosidad predecible que se correlaciona con su distancia, lo que permite llevar a cabo cálculos exactos de distancias cósmicas.
El equipo determinó una distancia de aproximadamente 320 millones de años luz, una cifra que se encuentra en el centro del rango de distancias estimadas por investigaciones previas, lo que respalda la precisión de su medición.
El universo local se expande 76,5 kilómetros por segundo más rápido
«Esta medición no está influenciada por nuestras expectativas sobre el final de la historia de la tensión de Hubble —comenta Scolnic—. Este cúmulo está cerca de nosotros, y ha sido medido mucho antes de que nadie imaginara lo relevante que sería».
Con esta medición precisa como base, el equipo calibró el resto de la escalera de distancias cósmicas, obteniendo un valor para la constante de Hubble de 76,5 kilómetros por segundo por megaparsec. Esto indica que el universo local se expande 76,5 kilómetros por segundo más rápido cada 3,26 millones de años-luz.
Este resultado es consistente con otras mediciones de la expansión del universo local, pero entra en conflicto con las mediciones basadas en el universo lejano. Es decir, aunque concuerda con los datos obtenidos por otros equipos sobre la expansión del cosmos actual, no se ajusta a las predicciones que hace la física moderna. Así surge la gran pregunta: ¿el error radica en las mediciones o en los modelos que usamos?
El Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) es un telescopio avanzado diseñado para mapear más de 35 millones de galaxias y cuásares a lo largo de 5 años. Su objetivo principal es estudiar la energía oscura, que está acelerando la expansión del universo, mediante la medición precisa de distancias y desplazamientos en el espectro de la luz de estos objetos. Cortesía: DESI Collaboration/KPNO/NOIRLab/NSF/AURA/P. Horálek/R. Proctor
Peldaño a peldaño
Los nuevos hallazgos del equipo de Scolnic refuerzan la teoría de que la raíz del problema podría estar en los modelos. «Esto sugiere que, en cierto sentido, nuestro modelo cosmológico podría estar roto», afirma Scolnic.
Medir el universo requiere una escalera cósmica, un conjunto de métodos sucesivos para medir las distancias a los objetos celestes, donde cada peldaño depende del anterior para su calibración.
La escalera utilizada por Scolnic fue creada por otro equipo a partir de los datos del mencionado DESI —un telescopio avanzado diseñado para mapear más de 35 millones de galaxias y cuásares a lo largo de cinco años—, que observa más de 100.000 galaxias cada noche desde el Observatorio Nacional de Kitt Peak, en Arizona (Estados Unidos).
Piezas que no encajan en el puzle cósmico
«Durante la última década, la comunidad científica ha realizado numerosos reanálisis para verificar si los resultados originales de mi equipo eran correctos —dice Scolnic, cuyo trabajo ha cuestionado de forma insistente la constante de Hubble predicha por el modelo estándar de la física.
En palabras de Scolnic, «al final, aunque hemos cambiado muchos aspectos, todos seguimos obteniendo un valor similar. Para mí, esta es una confirmación tan sólida como la que hemos conseguido».
«Estamos llegando a un punto en el que estamos desafiando de forma contumaz los modelos que hemos utilizado durante más de veinticinco años, y estamos viendo que las cosas no encajan —afirma Scolnic. Y concluye—: Esto puede cambiar nuestra forma de entender el universo, ¡y es emocionante! La cosmología todavía tiene sorpresas por revelar, y quién sabe qué descubrimientos nos deparará el futuro». ▪️
Información facilitada por la Universidad Duke
Fuente: Scolnic, D., Riess, A.G., Murakami, Y.S., Peterson, E.R., Brout, D., Acevedo, M., Carreres, B., Jones, D.O., Said, K., Howlett, C. and Anand, G.S. The Hubble Tension in our own Backyard: DESI and the Nearness of the Coma Cluster. The Astrophysical Journal Letters (2025). DOI: 10.3847/2041-8213/ada0bd
