La gran pregunta cósmica se complica aún más

   (Por Joel Achenbach*) - El universo se expande. ¿Pero a qué velocidad? ¿Por qué ocurre esto? ¿Y cuál será el destino final del universo? Éstas son cuestiones cósmicas y los astrónomos siguen teniendo muchas dificultades para encontrar sus respuestas. Porque las diferentes técnicas existentes para medir la llamada constante de Hubble –que establece la relación de proporcionalidad entre la distancia y la velocidad de recesión de las galaxias– ofrecen estimaciones distintas.

   Los cosmólogos han bautizado este enigma bajo el nombre de "tensión de Hubble".

   En agosto pasado, un artículo de un grupo de astrónomos de la Universidad de Chicago, publicado en línea y aún no revisado por pares, informó sobre tres técnicas de observación que habían producido estimaciones para la constante de Hubble que oscilaban entre 68 y 72 kilómetros por segundo por megaparsec.

   Pocos días después, otro equipo de investigación encabezado por el cosmólogo y premio Nobel Adam Riess, de la Universidad Johns Hopkins, publicaba un artículo online en el que amaba la constante de Hubble en 73.

   Para cualquier profano, estas cifras pueden ser muy similares. Pero no para los cosmólogos, y menos aún para Riess, que ha dedicado toda su carrera a medir la expansión cósmica.

    "Estamos atascados", explica Riess en su despacho de Johns Hopkins, donde guarda una réplica de la medalla de oro que le dieron en Estocolmo.

   La constante de Hubble se había estimado tradicionalmente en 67. Pero Riess y sus colegas utilizaron el telescopio espacial Hubble para estudiar estrellas que explotan en galaxias lejanas (supernovas) y obtuvieron una estimación más alta, de 73. Algunas observaciones más recientes hechas con el telescopio James Webb han alcanzado resultados similares.

   Wendy Freedman, autora principal del artículo de la Universidad de Chicago, piensa ahora que quizás la tensión del Hubble no sea nada grave y que la comunidad científica sólo necesita mejorar la forma en que estima las distancias entre galaxias y, por tanto, la velocidad con la que se mueven. lejos el uno del otro. Si es así, podría resolverse sin necesitar teorías revolucionarias.

   "Llegaremos al fondo de la cuestión", asegura Freedman.

   Pero el debate –la tensión– es esotérico y fundamental a la vez. Es esotérico porque la evolución del universo tiene lugar en escalas de miles de millones de años. Por tanto, la constante de Hubble no afecta a ningún ser humano. En definitiva, la expansión cósmica ocurre en el espacio intergaláctico, no aquí en la Tierra, donde vivimos todos.

   Pero a los físicos y cosmólogos les importa mucho, porque al fin y al cabo hablamos sobre la naturaleza fundamental del universo. Si los científicos no pueden reconciliar sus estimaciones, esto puede significar que hay algo en el universo que requiere realizar revisiones drásticas en la ortodoxia cosmológica.

   Porque la tasa de expansión cósmica nos indica la edad del universo –unos 13,8 mil millones de años, según la estimación actual basada en la radiación de fondos. Y la expansión cósmica determinará, finalmente, el futuro de todo lo que existe. Y, ciertamente, no hay cuestiones científicas mayores que ésta.

Lejos, muy lejos

   El espacio tiene la característica de ser generalmente transparente. Pero sigue siendo muy difícil para los astrónomos medir la distancia a estrellas y galaxias lejanas. Esto, a su vez, hace que sea difícil determinar con qué rapidez las galaxias se alejan unas de otras a medida que el espacio entre sí se expande.

   Cada vez que los científicos creen que están a punto de llegar a un consenso, el universo cambia la narrativa, obligando a los astrónomos a regresar a sus telescopios y, en el caso de los teóricos, a sus pizarras.

   La constante de Hubble debe su nombre al astrónomo Edwin Hubble, que en los años veinte del siglo pasado descubrió que la luz de muchas galaxias se desplazaba hacia el rojo, un signo de que las galaxias se van alejando de nosotros. Además, el desplazamiento hacia el rojo aumentaba con la distancia. (Y este es el motivo por el que la constante de Hubble se describe tradicionalmente con la complicada unidad de "kilómetros por segundo por megaparseco". Un megaparsec es una distancia equivalente a unos 3 millones de años luz. Cuanto más lejos es una galaxia, más rápido se aleja de nosotros.)

   La implicación teórica del descubrimiento de Hubble fue asombrosa: el universo no es estático ni eterno. Es dinámico. El espacio entre las galaxias, salvo las que están unidas entre sí por la gravedad, se expande. Éste es un elemento clave de la teoría del Big Bang. Hoy el universo es una vasta sopa fría y delgada de materia y energía, pero hace mucho tiempo era inimaginablemente caliente y densa.

   Riess, de 54 años, ha dedicado su carrera a entender la expansión cósmica. Él y otros dos científicos compartieron el Nobel por el descubrimiento que hicieron en 1998 de que el universo no sólo se estaba expandiendo, sino que lo hacía a un ritmo acelerado.

   "Hemos descubierto que el universo es bastante complicado. De modo que seguimos encontrando pequeñas sorpresas", dijo Riess.

   Pero mientras continúa el debate sobre la tensión de Hubble, ha aparecido otro sorprendente desarrollo que hace referencia a la expansión cósmica. Un proyecto llamado Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura (DESI) utiliza un telescopio en Kitt Peak, Arizona, para examinar millones de galaxias y crear un filme de la historia de la expansión cósmica durante miles de millones de años.

   El primer lote de datos de DESI se publicó este año. Y los datos indicaban que la aceleración del universo, ese descubrimiento por el que Riess ganó el Nobel, parece que se ha moderado en los últimos mil millones de años, como si alguien hubiera levantado el pie del acelerador.

   Este resultado es provisional pero tiene el potencial de dinamitar una suposición sobre la energía oscura, el campo energético hipotético (y todavía muy misterioso) que se cree que impulsa la aceleración. Los científicos han considerado generalmente la energía oscura como una "constante cosmológica", que mantiene su densidad en cualquier volumen de espacio incluso cuando el universo se expande. Pero los datos de DESI sugieren que puede que no sea constante.

    "Si este resultado se confirma, sería el mayor hallazgo sobre la energía oscura desde el descubrimiento de la aceleración cósmica en 1998", explica Mustapha Ishak, astrofísico de la Universidad de Texas en Dallas y uno de los jefes del análisis cosmológico de DESI.

   De hecho, esto podría cambiar el destino del universo.

   Desde el descubrimiento de la aceleración, los teóricos han calculado que el universo seguirá expandiéndose cada vez más rápidamente, hasta que (dentro de trillones de años) el cosmos se convierta completamente frío, oscuro e inhóspito por en la vida. Sin embargo, este futuro desolador quizá no llegue nunca si la expansión se modera.

   De hecho, en una de las hipótesis posibles, el universo podría volver a colapsarse, incluso. Un fenómeno que tiene nombre: el "gran colapso" (Big Crunch).

   Los astrónomos ya han revelado maravillas increíbles del universo, pero algunas de las preguntas más básicas siguen siendo difíciles de responder y quizás van más allá del alcance de la ciencia actual. Por ejemplo: ¿el universo es finito o infinito? Los científicos no lo saben. Podría ser una cosa u otra, dicen. Quizás no hay forma de responder definitivamente a esta pregunta. Y por eso es impreciso decir que el universo en expansión "se hace mayor". Si es infinito, ya sería tan grande como puede ser.

   El libro más vendido de Stephen Hawking, Historia del tiempo, presentaba grandes preguntas que aún no tienen respuesta, treinta y seis años después de su publicación: "¿De dónde salió el universo y hacia dónde se dirige? ¿Tuvo un comienzo? Y si es así, ¿qué pasó antes? ¿Cuál es la naturaleza del tiempo? ¿Llegará alguna vez a su fin?"

   He aquí otra cuestión compleja: nadie sabe de qué está hecho el universo –incluso, el "espacio vacío"– en el nivel más fundamental. El físico Brian Greene presenta la pregunta de esta manera: "¿Qué hilos cosen el tejido del espacio?"

   Los científicos han calculado que una cuarta parte de la "energía total" del universo, aproximadamente (que incluye materia y energía), es materia oscura. Nadie sabe lo que es la materia oscura. Por eso se llama "oscura".

   Finalmente, llegamos de nuevo a la encuesta DESI: existe la energía oscura. Se calcula que constituye en torno al 70% del universo. Sólo un 4% del universo está compuesto por materia ordinaria, como protones, neutrones, electrones y otras partículas que nos proporcionan estrellas, planetas, rocas, árboles, hormigueros, tostadoras, etc.

    "El universo está dominado por la materia oscura y la energía oscura, y nosotros no las entendemos. Es absurdo. Esto nos desconcierta a todos", dice Jane Rigby, científica senior del telescopio Webb.

Todavía a oscuras

   Riess era todavía un joven investigador posdoctoral cuando se sumó a un proyecto encabezado por el astrónomo Brian Schmidt para estudiar supernovas con la intención de discernir cambios en la tasa de expansión del universo. Un segundo equipo encabezado por el astrónomo Saul Perlmutter tenía un objetivo similar, y ambos equipos competían por ser los primeros en conseguir la respuesta.

   En ese momento, se asumía que la gravedad haría que la expansión se ralentizara. Pero en 1997 Riess se encontró con una anomalía: las observaciones de supernovas y las ecuaciones para la expansión cósmica sólo tenían sentido si el universo tenía demasiado negativa. Y esto no tenía sentido. No existe la masa negativa.

   Entonces, Riess tuvo una revelación: las ecuaciones tendrían sentido si el universo no se fuera ralentizando, como todo el mundo pensaba en ese momento, sino que se fuera acelerando.

   Él y sus colegas intercambiaron un gran número de correos electrónicos emocionados pero prudentes. Fue una declaración muy extraordinaria. ¿Y si se equivocaban? Riess instó a sus colegas a confiar en ellos: "Enfóquese en estos resultados no con el corazón o la cabeza, sino con los ojos. ¡Somos observadores, al fin y al cabo!"

   Por último, los dos equipos rivales acabaron informando del mismo resultado sorprendente y compartieron la gloria del premio Nobel.

   Pero entonces, los científicos tuvieron que enfrentarse a la tarea de averiguar qué causaba exactamente la aceleración cósmica. Y empezaron a utilizar un nuevo término: energía oscura, que parece ser una propiedad del espacio, una fuerza repulsiva, similar a la antigravedad.

    "La energía oscura es un nuevo fluido sobre el que nada sabemos. No es materia, no son fotones, es otra cosa, con presión negativa", explica Nathalie Palanque-Delabrouille, directora de la división de física del Laboratorio Nacional de Lawrence Berkeley y portavoz del proyecto DESI.

    "Lo dije hace veinticinco años, y todavía lo creo: la energía oscura es el enigma más profundo de toda la ciencia", razona Michael Turner, cosmólogo de la Universidad de Chicago, que acuñó el término " energía oscura" y no forma parte del equipo de DESI. Los resultados de DESI, dice, "pueden ser el avance que necesitamos".

   Los resultados de DESI que muestran que la energía oscura no es una constante son preliminares. El jefe del estudio, Michael Levi, físico del laboratorio nacional, señala que los datos publicados hasta ahora cubren solo un año de observaciones.

   "Pensamos que esto es interesante, pero creo que todavía estamos muy lejos de poder hablar de un "descubrimiento"", explica Levi.

   Se hace un gran esfuerzo por resolver el misterio de la energía oscura. En Estados Unidos, la NASA desarrolla el telescopio espacial Nancy Grace Roman, que está previsto que se lance en 2027. Tiene el mismo tamaño que el telescopio Hubble, pero tendrá un campo de visión mucho más amplio y tendrá que ofrecer más datos sobre el evolución del universo. Una misión europea, Euclid, también se dedica a realizar el mapa del universo durante el tiempo ya estudiar el papel de la energía oscura.

   Si analizamos el último siglo de la cosmología, vemos un universo estático que se transforma en un universo en expansión, luego en uno acelerado, y que ahora puede volver a cambiar. Riess es uno de los que creen que su profesión puede estar a punto de hacer otro gran descubrimiento.

    "Empezamos a ver más tensiones o, tal vez, anomalías", dice. "¿Tenemos la descripción física correcta del universo?"

   Con tanta incertidumbre científica sobre la expansión cósmica, el futuro está muy abierto. Y, de hecho, el pasado también. Es posible, comenta Riess, que el universo sea cíclico. Un Big Bang podría ser seguido por un Big Crunch ("gran colapso") y después otro Big Bang, una y otra vez. Por toda la eternidad. "De hecho, yo siempre he preferido que fuera un universo cíclico", dice.

   Pero esto sólo es su preferencia. El universo hará lo que tenga que hacer y el destino del cosmos, eso sí es seguro, no se decidirá con una votación popular.

*Publicado en The Washington Post.