Energía oscura: la fuerza detrás del 68 % del universo

Aproximadamente el 68 % de todo lo que existe es algo que ningún instrumento ha detectado jamás directamente: la energía oscura. Los cosmólogos sitúan actualmente la proporción de la materia oscura en el 27 % y la de los átomos ordinarios —la materia de la que están hechas las estrellas, los planetas y las personas— en apenas un 5 %. A pesar de superar en peso a todo lo demás combinado, la energía oscura permaneció sin nombre y sin advertir hasta los últimos años del siglo XX.

Eso cambió en 1998, cuando dos equipos rivales que estudiaban estrellas en explosión descubrieron que la expansión del universo se está acelerando en lugar de frenarse. El resultado fue tan inesperado que llevó a los físicos a revisar una idea que Albert Einstein había introducido, y luego abandonado, décadas antes.

Este artículo recorre lo que esas observaciones realmente mostraron, cómo la luz más antigua del universo las respalda, y por qué explicar la energía oscura sigue considerándose uno de los problemas abiertos más difíciles de la física.

La división 68/27/5 es el mejor balance actual de la cosmología sobre todo lo que existe, y se sigue refinando a medida que mejoran los instrumentos. Los datos del satélite Planck de la Agencia Espacial Europea situaron la proporción de la materia oscura en el 26,8 %, casi un quinto más de lo que sugerían estimaciones anteriores, una señal de que incluso las cifras "asentadas" de la cosmología siguen siendo objetivos en movimiento.

Lo que hace extraña a la energía oscura es cómo domina el presupuesto cósmico mientras apenas existe. Su densidad equivale a unos 7×10⁻³⁰ gramos por centímetro cúbico, lo que corresponde a aproximadamente 6×10⁻¹⁰ julios por metro cúbico de masa-energía, muy por debajo de lo que alcanzan la materia ordinaria o la materia oscura cuando se concentran dentro de una galaxia. Gana el balance no por estar concentrada en algún lugar, sino simplemente por estar en todas partes a la vez, de modo que su efecto total crece a medida que crece el propio universo.

Mucho antes de que alguien midiera una aceleración, Einstein ya había construido la herramienta matemática que terminaría describiéndola. Añadió un término adicional a sus ecuaciones gravitacionales específicamente para permitir un universo estático e invariable, que era la suposición estándar de su época. Cuando observaciones posteriores mostraron que el cosmos se expandía en cambio, Einstein descartó su propia corrección y la calificó de error.

Ese término abandonado quedó prácticamente olvidado hasta que el cosmólogo Michael S. Turner revivió el concepto bajo una nueva etiqueta. En un artículo escrito junto con Saul Perlmutter y Martin White en 1998, Turner acuñó el término "energía oscura" para designar la fuerza que impulsaba la aceleración recién descubierta, rehabilitando así la misma idea que Einstein había descartado.

El avance llegó en 1998, cuando dos grupos rivales —el Supernova Cosmology Project por un lado, y el High-Z Supernova Search Team por otro— usaron de forma independiente supernovas de tipo Ia distantes para rastrear cómo ha cambiado el ritmo de la expansión cósmica a lo largo de miles de millones de años.

Estas supernovas en particular son referencias cósmicas fiables por la consistencia con la que detonan. Ocurren cuando la masa de una enana blanca de carbono y oxígeno se acerca a aproximadamente 1,44 masas solares, el umbral más allá del cual la estrella ya no puede sostenerse. Como ese límite es casi idéntico de una estrella a otra, las explosiones resultantes alcanzan un brillo máximo comparable, lo que permitió a ambos equipos usarlas para medir distancias. Cuando esas distancias se compararon con el desplazamiento al rojo de la luz, los números solo tenían sentido si la propia expansión se estaba acelerando.

La historia de la energía oscura también pasa por la luz más antigua que los astrónomos pueden observar. El fondo cósmico de microondas se descubrió por completo accidente en 1965, cuando dos investigadores de los Laboratorios Bell, Arno Penzias y Robert Wilson, buscaban una fuente de interferencia de radio y, en cambio, se toparon con un tenue resplandor que cubría todo el cielo.

Ese resplandor es una instantánea del cosmos de hace aproximadamente 375.000 años tras su origen, cuando todo era aún una sopa caliente y densa de partículas. A medida que el espacio se ha estirado desde entonces, la propia luz se ha estirado con él, enfriándose hasta longitudes de onda de microondas equivalentes a solo 2,7 grados sobre el cero absoluto en la actualidad. En 1992, el satélite Cosmic Background Explorer de la NASA descubrió que este resplandor no es perfectamente uniforme: presenta pequeñas variaciones de temperatura por todo el cielo, y cartografiar esas variaciones con una precisión cada vez mayor es lo que permitió a los cosmólogos llegar a la actual receta 68/27/5.

Saber que la energía oscura existe es una cosa; explicar qué es realmente sigue siendo mucho más difícil. Una idea destacada la trata como la energía intrínseca del espacio vacío, el vacío descrito por la teoría cuántica de campos. El problema es que, cuando los físicos intentan calcular cuánta energía debería tener ese vacío, el resultado supera lo que realmente se observa en unos 120 órdenes de magnitud, una brecha tan enorme que algunos investigadores la consideran el cálculo menos preciso registrado en la física. Ningún ajuste matemático ha logrado cerrar esa brecha, lo que explica en gran parte por qué la energía oscura sigue considerándose un asunto pendiente.

Si la energía oscura no es real, algo más tiene que explicar la aceleración, y la principal alternativa es que la propia teoría de la gravedad de Einstein deje de funcionar a distancias suficientemente grandes, permitiendo que el espacio se estire más rápido de lo que la gravedad puede contener. Descartar esa posibilidad tomó décadas, y solo fue posible una vez que los astrónomos pudieron medir directamente las ondas gravitacionales.

GW170817, la primera onda gravitacional confirmada también mediante observaciones no gravitacionales, permitió a los físicos medir la velocidad de la gravedad con la precisión suficiente para descartar muchas de las teorías de gravedad modificada que se habían propuesto como alternativas a la energía oscura.

La historia no ha terminado. La colaboración del Dark Energy Spectroscopic Instrument, en un informe de marzo de 2025, encontró que la intensidad de la energía oscura podría no ser constante después de todo. Combinando los datos de oscilaciones acústicas de bariones del instrumento con mediciones del fondo cósmico de microondas, sondeos de lentes gravitacionales débiles y catálogos de supernovas, el equipo halló evidencia de una energía oscura que evoluciona con el tiempo, con una confianza estadística que osciló entre 2,8 y 4,2 sigma, según los conjuntos de datos combinados.

Ese resultado es intrigante pero aún no está confirmado, lo que mantiene la verdadera naturaleza de la energía oscura como una cuestión abierta décadas después de que Turner le diera nombre por primera vez.

• NASA: Panorama de WMAP
• ESA: Planck revela un universo casi perfecto
• Phys.org: La búsqueda para resolver el enigma sobre la teoría de Einstein
• Scientific American: ¿El fin de la cosmología?
• Wikipedia: Energía oscura
• Wikipedia: Expansión acelerada del universo
• Wikipedia: Constante cosmológica
• Wikipedia: Supernova de tipo Ia