En el último programa de este podcast, hablé de la materia oscura y de su posible papel como fuerza organizadora de la escala global del universo. Me parece injusto dejar de lado a la otra misteriosa entidad tenebrosa del universo, la energía oscura, por lo que me ha parecido apropiado dedicarle también un programa, antes de regresar a temas más biomédicos que, como sabes, son mis preferidos.

Pero no vayas a pensar que este programa no va a aportar ninguna luz sobre la energía oscura, porque los resultados de un nuevo análisis de las estrellas supernova de la clase Ia (uno a), que fueron las responsables de posibilitar el descubrimiento de la energía oscura, pone ahora en entredicho algunas, aunque no todas, las conclusiones extraídas del estudio original de esas estrellas. En particular, cuestiona que la energía oscura sea una constante a lo largo de la evolución del universo, y sugiere que hoy su efecto acelerador podría haberse debilitado hasta casi desaparecer.

Sin embargo, antes de introducirnos en estas cósmicas novedades, considero necesario recordar brevemente cómo y por qué se postuló la existencia de una misteriosa energía oscura que actúa acelerando progresivamente la expansión del universo. Como sabemos, en el principio, hubo una “gran explosión”; la llamada Big Bang. Nacieron tiempo y espacio; el universo comenzó a expandirse y no ha dejado de hacerlo desde entonces.

Los astrofísicos que se han dedicado a determinar cómo se ha desarrollado esta expansión universal esperaban que en los momentos iniciales la expansión fuera rápida, y que, paulatinamente, su velocidad disminuyera, puesto que la atracción gravitatoria entre los cuerpos tiende a frenar la expansión.

Sin embargo, observaciones realizadas en la última década del siglo XX y en la primera del siglo XXI desafiaron esta razonable suposición. Estas observaciones indicaron que no solo la expansión del universo no se está frenando, sino que se está acelerando. ¿Qué broma cosmológica es esta?

Supernovas binarias

Los astrónomos han descubierto la acelerada expansión del universo gracias a la existencia de una clase especial de estrellas supernovas, llamadas supernovas de clase Ia, como ya he mencionado. Estas estrellas explotan en un momento muy particular de su vida, lo que les hace aparecer en el firmamento como una nueva estrella, una nova, de intensidad lumínica particular. Este momento tan especial para su explosión se debe a que las supernovas Ia no son una estrella, sino dos, una orbitando alrededor de la otra.

Las supernovas Ia son pues un sistema binario. En el centro de este sistema se encuentra una estrella enana blanca, que casi ha consumido todo su combustible nuclear, y que, por ello, brilla con muy baja intensidad. La otra estrella suele ser una estrella normal, que tampoco es muy brillante. El sistema binario es por ello un sistema anodino, de poca intensidad lumínica, que no sobresale de entre las demás estrellas de la galaxia en la que se encuentra.

Sin embargo, la enana blanca es una estrella de elevada densidad con un intenso campo gravitatorio por lo que puede así “robar” materia a su compañera. Esta materia suele ser hidrógeno o helio que va cayendo sobre la superficie de la enana blanca.

De este modo, la enana blanca va creciendo poco a poco, aumentando su masa y su gravedad. Cuando su masa ha alcanzado el valor de 1,4 masas solares (el llamado límite de Chandrasekhar), la estructura de la estrella no puede sostener tanto peso. La estrella comienza a colapsar y el carbono y el oxígeno que se encuentran en su núcleo entran en fusión nuclear de forma descontrolada. Esto provoca una explosión termonuclear que destruye por completo a la enana blanca. En cuestión de segundos, se libera una cantidad enorme de energía: durante un breve tiempo, la estrella moribunda brilla tanto como toda una galaxia.

Puesto que la explosión se produce cuando la masa de la estrella enana blanca alcanza las 1,4 masas solares, los astrofísicos estimaron muy razonablemente que las explosiones de las supernovas Ia son virtualmente idénticas. En otras palabras, estas explosiones, resultarían en la emisión de luz de prácticamente la misma intensidad, conclusión que se ve apoyada por observaciones de la variación del brillo de una supernova Ia en el tiempo (su curva de luz). Estas observaciones confirman la presencia de un patrón bastante uniforme: la intensidad luminosa sube hasta un máximo y luego decae de forma bastante regular a lo largo de semanas o meses. La forma de esa curva de intensidad lumínica es muy parecida entre diferentes supernovas Ia. Este es el cuadro más simple y clásico y el que permitió a los astrónomos proponer la existencia de la energía oscura como vamos a ver a continuación, pero hoy sabemos que puede haber varios caminos distintos para producir una supernova Ia, y eso mismo es lo que está en el origen de los cuestionamientos que ahora están saliendo a la luz.

Faros universales que indican oscuridad

La luminosidad homogénea inicialmente atribuida a todas las estrellas supernovas Ia permitió utilizarlas como si fueran faros de una intensidad constante, lo que condujo a poder estimar su distancia con gran precisión. Para entender por qué, podemos fijarnos en la analogía de que conociendo la intensidad luminosa de una bombilla podemos saber a qué distancia nos encontramos de ella si somos capaces de medir la intensidad de la luz que nos llega. Esto permitiría también estimar la velocidad a la que nos desplazamos, si lo estamos haciendo.

Imaginemos que vamos en un tren por una vía iluminada con farolas de doscientos vatios cada cincuenta metros. Un físico con el instrumental adecuado podría determinar a qué velocidad va el tren en cada momento averiguando la velocidad con que la intensidad luminosa de las farolas va disminuyendo a medida que nos alejamos de ellas. Algo similar hicieron los astrónomos con la velocidad de expansión del universo, midiendo la intensidad luminosa que nos llega de las supernovas Ia situadas en galaxias cada vez más lejanas. De esta manera, descubrieron que, como si de un verdadero tren se tratara, el universo, tras salir de la estación en el Big Bang, ha ido adquiriendo poco a poco mayor velocidad.

Evidentemente, si tras una explosión cualquiera los fragmentos expelidos, en lugar de frenarse, adquirieran cada vez más velocidad, tendríamos que suponer que alguna fuerza misteriosa los está impulsando. Los astrónomos y astrofísicos han supuesto que algo así sucede en el universo entero, y han propuesto la existencia de una llamada “energía oscura”. Esta energía oscura no es pequeña, ya que, según sus cálculos, supondría casi el 70% de la energía del universo entero. Recordemos que Einstein nos desveló que materia y energía son intercambiables, por lo que podemos considerar que esta “energía oscura” supondría cerca del 70% de todo el universo.

Sin embargo, como hemos comentado, esta impactante conclusión reposa en la suposición de que todas las explosiones de supernovas Ia son idénticas, independientemente de la época del universo en la que las diferentes supernovas Ia se han ido formando y han ido explotando.

Pero esto podría no ser cierto.

¿Farolas variables?

Volviendo a la analogía del tren, si las primeras farolas al salir de la estación son pobres bombillas de filamento, de las primeras que Edison fabricara, pero a medida que el tiempo pasa y el tren avanza, las bombillas son mejores, más luminosas y de tecnologías más eficientes, la intensidad de las farolas no será la misma a lo largo del viaje. Pero, claro, si suponemos que la intensidad de todas las farolas es la misma, esto causará una estimación errónea de la velocidad a la que avanza el tren, y llevará a la conclusión equivocada de que está acelerando.

En el momento actual las farolas cercanas a la estación son las más alejadas de nosotros y al ser menos intensas que las que hemos dejado solo recientemente atrás, más próximas a nuestra posición, dan la impresión de que se ha producido un aumento de la velocidad a medida que pasa el tiempo. Esta falsa impresión podría quizá estar siendo proporcionada por las supernovas Ia a medida que el universo se expande y envejece: si las “bombillas cósmicas” no son exactamente iguales en todas las épocas, nuestras estimaciones de las distancias y de la velocidad de expansión podrían estar sesgadas.

Investigadores del Departamento de Astronomía y del Centro para la Investigación de la evolución Galáctica de la Universidad Yonsei, en Seoul, Korea del Sur, han publicado un par de artículos en la revista de la Royal Astronomical Society, en los que ponen de manifiesto que las estrellas supernova Ia no son todas iguales y que su brillo depende de la época en la que las estrellas del sistema binario se formaron.

La razón que ha inducido a estos científicos a realizar un análisis sistemático del brillo de las estrellas Ia con los instrumentos y técnicas más avanzados es la revelación de una discrepancia sobre la expansión el universo que surge al estudiar nuevos datos obtenidos por el proyecto DESI (del inglés: Instrumento Espectroscópico para la Energía Oscura). Estos datos cuestionan seriamente el modelo actual de evolución del universo y favorecen modelos en los que la energía oscura varía con el tiempo a medida que el universo evoluciona.

Los datos del proyecto DESI apoyan también que el universo no está en expansión acelerada, sino que ha entrado en deceleración ya en la época actual. Solo cuando se tienen en cuenta los datos de las estrellas supernovas Ia de los que se disponía hasta ahora, puede concluirse que el universo se encuentra en un periodo de expansión acelerada.

Parece evidente que alguno de los datos anteriores podría ser erróneo, en particular es posible que las supernovas Ia no sean todas igual de luminosas, como se había supuesto inicialmente, lo que conduciría a una conclusión errónea sobre la velocidad de expansión del universo.

Por esta razón, los autores de los mencionados estudios determinan las edades de las galaxias que albergan las supernovas Ia observadas y descubren que hay una correlación muy fuerte entre la luminosidad de la supernova Ia y la edad de la población estelar en la que se encuentra. Descubren así que las supernovas Ia lejanas (que provienen de progenitores más jóvenes) son anormalmente débiles, así que parecen aún más lejanas de lo que realmente están. Eso lleva a concluir que la expansión del universo se está acelerando “más de la cuenta”.

Esta conclusión es la que extrajeron dos equipos de astrónomos a finales de los años 90 del pasado siglo. Vieron las supernovas lejanas como demasiado débiles para lo que se esperaba de ellas si la expansión del universo fuera constante o fuera decelerando. Pero si la luminosidad de las supernovas Ia era la misma, los datos indicaban que, al contrario, la expansión el universo se aceleraba, de ahí que alguna energía extraña debía estar impulsando esta aceleración. Era la energía oscura.

Los datos adquiridos en la primera década del siglo XXI parecieron consolidar este modelo, pero a partir del año 2010 comenzaron a aparecer molestas discrepancias entre diversas maneras de medir la expansión del universo, en particular con el modelo del fondo de microondas (Cosmic Microwave Background).

Los datos obtenidos ahora ayudan a explicar las discrepancias, puesto que no todas las supernovas Ia son igual de brillantes después de todo. Las supernovas formadas en un universo más joven, es decir, las más lejanas, las que primero se formaron, lo hicieron en unas condiciones de composición atómica del universo diferentes de las que se formaron más tarde, ya que inicialmente el universo era rico en hidrógeno y en helio, pero muy poco de otros elementos.

No obstante, a medida que el universo envejecía, gracias a la fusión nuclear y a la explosión de supernovas de estrellas masivas, la composición del universo se fue enriqueciendo en otros elementos que entraron a formar parte de las estrellas que se iban formando. Algunas de esas eran estrellas que acabarían siendo enanas blancas en un sistema binario y darían origen a supernovas Ia. Puesto que la composición atómica de su núcleo no era la misma que en el caso de las estrellas más jóvenes, en el momento de alcanzar el límite de Chandrasekhar, se sospecha, aunque no está comprobado aún, que la fusión nuclear descontrolada que se produce no genera explosiones de la misma intensidad que en el caso de estrellas nacidas más tarde en la evolución del universo.

Si se tienen en cuenta estas variaciones de luminosidad de las estrellas Ia con la edad en la que se formaron, los cálculos de la velocidad de expansión del universo determinada por diversos métodos son mucho más coherentes. Y no solo eso. Estos nuevos conocimientos sobre las supernovas Ia apuntan con clara energía a que la energía oscura, si bien no desaparece de las ecuaciones cosmológicas, podría no ser una constante, sino variar con la edad del universo. Al principio, la energía oscura era más intensa de lo que es hoy y la expansión del universo aceleraba. Sin embargo, los nuevos estudios sugieren que hoy esta expansión ha disminuido su velocidad y, aunque sigue presente, no sucede de manera acelerada sino al contrario: la expansión decelera.

Estos nuevos datos, como ya he comentado, no hacen desaparecer la energía oscura, de la que seguimos sin conocer su naturaleza y origen. Y no solo no la hacen desaparecer, sino que aumentan, en mi opinión, la intensidad de su misterio. Lejos de ser un parámetro constante para la evolución del universo, la energía oscura parece comportarse como un fluido cuya presión varía con la edad de este. ¿Qué es lo que la hace cambiar? ¿Acaso existe una nueva fuerza desconocida y oscura que afecta a la energía oscura a medida que el universo envejece? Habrá que esperar a nuevos estudios, nuevas investigaciones, nuevas observaciones que puedan aclarar un poco la oscuridad, aunque como estamos viendo, un nuevo conocimiento puede no aclarar inicialmente nada, sino incluso oscurecerlo todo un poco más. Es la esencia de la aventura de la ciencia. No obstante, al final, no tengo dudas de que la luz dominará sobre la faz del entendimiento humano.

Jorge Laborda, 23 de noviembre de 2025

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