Capítulo 13: El misterio de la energía oscura

Noche 150: Un empujón suave

El día 150 de la misión, la estación iba a elevarse un poco más sobre la Tierra. Esto se llama reimpulso, y se hace de vez en cuando. A unos 400 kilómetros de altura casi no hay aire, pero no es que no haya nada. Un rastro muy tenue de la atmósfera sigue llegando hasta esa altura. Cada segundo, la estación choca con muchísimas de esas partículas de aire tan dispersas, y entre todas la frenan una cantidad diminuta. A lo largo de semanas y meses, la estación va descendiendo poco a poco. Por eso, de vez en cuando, se encienden sus motores para volver a subirla.

A Noor le parecía un hecho discretamente sorprendente. Incluso aquí, muy por encima de las nubes y del tiempo atmosférico, la estación no estaba del todo libre del aire de la Tierra. Sin estos pequeños empujones, la estación iría bajando cada vez más con los años, el aire se haría más denso a su alrededor y al final acabaría cayendo en el aire denso de abajo. Así que el reimpulso es una especie de mantenimiento rutinario, como revisar los neumáticos de un vehículo o engrasar una puerta. Nadie en tierra lo ve, pero mantiene todo en funcionamiento.

El reimpulso lo planificaron los equipos de tierra, y los motores se controlaban desde allí y desde los ordenadores de la estación. El trabajo de la tripulación era prepararse. Noor y Tomás recorrieron los módulos y comprobaron que no hubiera nada suelto flotando donde pudiera desplazarlo el pequeño cambio de velocidad. Se guardaron las herramientas. Se fijaron las cámaras. Se pausó un experimento que mide movimientos diminutos. Noor apretó las correas de una bolsa de ropa que llevaba días queriendo ordenar.

Cuando se encendieron los motores, no hubo ningún rugido. Solo hubo un empuje suave y constante. Noor se sujetaba a un pasamanos cerca de la ventana, y notó a través de él un leve tirón mientras la estación avanzaba a su alrededor. Un bolígrafo que alguien había olvidado fue derivando despacio hacia el fondo del módulo. Tomás lo atrapó sin mirar, como atrapa casi todo. Al cabo de varios minutos, los motores se apagaron y todo volvió a flotar como antes. La estación estaba ahora un poco más alta y se mantendría arriba más tiempo.

Unos minutos después, una voz tranquila desde tierra confirmó que el reimpulso había salido según lo previsto. Tomás anotó la hora en el registro, y Noor y Ade volvieron a recorrer los módulos, deshaciendo uno a uno los preparativos de la mañana. El experimento pausado volvió a empezar. Se soltaron las cámaras. A la hora de comer, la estación tenía exactamente el mismo aspecto que antes, solo que un poco más alta sobre las nubes.

Esa noche, Noor le contó a Sami lo del reimpulso. Él trabaja con vehículos todas las noches, y lo entendió enseguida. «Entonces es como el camión cuesta arriba», escribió. «Si dejas de pisar el pedal, vas más despacio». Luego le preguntó otra cosa: «¿El universo también va más despacio? Si todo salió volando después del Big Bang, ¿no debería estar frenando ya?».

Noor sonrió a la pantalla. Durante la mayor parte del siglo XX, los astrónomos se hicieron exactamente la misma pregunta, y esperaban la misma respuesta. La historia de esta noche trata de lo que encontraron en su lugar. Es una de las mayores sorpresas de la historia de la astronomía, y sigue siendo un misterio.

Esperando el frenazo

Piensa en lanzar una pelota hacia arriba. Mientras sube, la gravedad de la Tierra tira de ella, y va más despacio. Si la lanzas con suavidad, frena, se detiene y vuelve a caer en tu mano. Si pudieras lanzarla con muchísima fuerza, quizá escaparía de la Tierra por completo, pero seguiría frenando todo el camino, porque la gravedad nunca deja de tirar.

Durante muchos años, los astrónomos pensaron en el universo en expansión de forma parecida. Después del comienzo caliente, las galaxias se han ido separando, porque el espacio se ha ido estirando. Pero toda la materia del universo atrae a toda la demás materia mediante la gravedad. Así que parecía natural pensar que esa atracción iría frenando poco a poco la expansión. La única pregunta parecía ser cuán fuerte era el frenado. ¿Frenaría tanto la expansión que un día se detendría y daría la vuelta? ¿O frenaría para siempre sin llegar a detenerse del todo?

La teoría de la gravedad de Albert Einstein, que completó en 1915, permitía varios futuros distintos para un universo lleno de materia. En 1922, Alexander Friedmann calculó sobre el papel algunas de esas posibilidades. En un tipo de universo, la expansión frena y luego se invierte, y todo vuelve a juntarse. En otro tipo, la expansión frena pero nunca se detiene. En qué tipo vivimos dependería de cuánta materia contiene el universo. Durante décadas, medir esa cantidad y el frenado de la expansión fue una de las tareas centrales de la astronomía.

Para responder, los astrónomos necesitaban comparar la expansión de ahora con la expansión de hace mucho tiempo. Recuerda que mirar lejos es mirar atrás en el tiempo. Si puedes medir a qué velocidad se alejaban galaxias muy lejanas cuando su luz salió de ellas, y compararlo con las galaxias cercanas, puedes ver si la expansión ha cambiado. Es un poco como comprobar la velocidad de un vehículo en una grabación antigua y compararla con su velocidad de hoy.

Lo difícil era medir las distancias a galaxias extremadamente lejanas. Las estrellas pulsantes que estudió Henrietta Leavitt son brillantes, pero no lo bastante para verse a las mayores distancias. Los astrónomos necesitaban un tipo de lámpara mucho más brillante, una cuyo brillo real conocieran. La encontraron en un tipo especial de estrella que explota.

Estrellas que explotan como lámparas de medir

Algunas estrellas que explotan empiezan siendo enanas blancas, los restos pequeños y densos de estrellas como el Sol que conocimos una noche anterior. Cuando una enana blanca tiene una estrella compañera cercana, puede ir reuniendo poco a poco materia de esa compañera. Cuando se vuelve demasiado pesada, explota de una forma muy brillante y bastante regular. Las explosiones de este tipo alcanzan casi el mismo brillo máximo cada vez, y los astrónomos aprendieron a corregir las pequeñas diferencias entre ellas. Eso las hizo útiles como lámparas de medir que pueden verse a través de miles de millones de años luz.

El método es sencillo de describir, aunque el trabajo es muy difícil. Si sabes cuánto brilla de verdad una lámpara, puedes saber a qué distancia está por lo débil que parece. Una farola al final de una carretera larga parece tenue, no porque sea débil, sino porque está lejos. Del mismo modo, una explosión de este tipo que se ve débil tiene que estar muy lejos.

En los años noventa, dos equipos de astrónomos distintos se propusieron usar estas explosiones para medir el frenado de la expansión. El trabajo exigía paciencia. Estas explosiones son raras en cualquier galaxia, así que los equipos tenían que vigilar grandes cantidades de galaxias, captar las explosiones mientras eran brillantes y luego medirlas con cuidado con grandes telescopios. Muchas personas trabajaron durante largas noches, compararon notas y discutieron cada paso.

En 1998, los dos equipos comunicaron el mismo resultado. Las explosiones lejanas eran más débiles de lo esperado. Eso significaba que estaban más lejos de lo que habrían estado si la expansión hubiera ido frenando. La mejor explicación era lo contrario de lo que casi todo el mundo esperaba. La expansión del universo no estaba frenando. Desde hace varios miles de millones de años, se ha ido acelerando.

Lo que hizo tan convincente el resultado fue que venía de dos equipos distintos. Los equipos trabajaban de forma independiente, usaban sus propios telescopios y sus propios métodos de comprobación, y competían, de forma amistosa, por ser los primeros. Si solo un equipo hubiera encontrado la aceleración, otros científicos podrían haber sospechado un error en su trabajo. Cuando los dos equipos encontraron la misma respuesta sorprendente, el resultado se volvió mucho más difícil de descartar. En la ciencia, como en muchos lugares de trabajo, un resultado al que llegan por separado dos grupos cuidadosos vale más que un resultado que solo ha visto un grupo.

Al principio, muchos científicos tenían dudas. ¿Quizá el polvo atenuaba la luz? ¿Quizá las explosiones de hace mucho tiempo eran un poco distintas? Estas preguntas se pusieron a prueba una y otra vez en los años siguientes. Desde entonces, otros tipos de medición, incluidos mapas detallados de la luz más antigua y de cómo se reparten las galaxias por el espacio, han apuntado en la misma dirección. La aceleración de la expansión es hoy una parte ampliamente aceptada de la imagen.

La imagen completa que salió de este trabajo tiene dos partes. Durante los primeros miles de millones de años después del comienzo caliente, la expansión sí fue frenando, tal como esperaban los astrónomos, porque la materia estaba más apretada y su gravedad era fuerte. Pero a medida que el espacio se estiraba y la materia se diluía, su frenado se fue debilitando. Hace varios miles de millones de años, un empuje desconocido, al que pondremos nombre enseguida, se hizo más fuerte que el frenado de la materia, y la expansión empezó a acelerarse. Así que los astrónomos del siglo XX no se equivocaban sobre la gravedad. Solo les faltaba una segunda parte, inesperada, de la historia.

Ponerle nombre al misterio

Si la expansión se acelera, algo tiene que estar causándolo. Los científicos no saben qué es ese algo. Aun así, le pusieron un nombre: energía oscura. Se llama «oscura» porque no brilla y no puede verse directamente, y «energía» porque parece actuar sobre todo el universo. Pero el nombre es una etiqueta en una caja vacía. Nos dice que hay algo ahí, pero no nos dice qué es.

Según las mediciones actuales, el contenido total del universo puede repartirse más o menos así. La materia ordinaria, la que forma las estrellas, los planetas, el gas y las personas, es solo alrededor del 5 por ciento. La materia oscura, que conocimos una noche anterior, es alrededor del 27 por ciento. La energía oscura es alrededor del 68 por ciento. Dicho de otro modo, todo lo que hemos visto nunca con nuestros telescopios es solo una pequeña parte de lo que contiene el universo. El resto solo se conoce por sus efectos.

Quizá ayude imaginarlo como un presupuesto doméstico. Imagina que revisas tus gastos de un mes y descubres que solo cinco partes de cada cien van a cosas que puedes nombrar: alquiler, comida, transporte. Unas veintisiete partes van a algo cuyo efecto notas pero que no aparece en ningún recibo. Y unas sesenta y ocho partes van a algo aún más extraño, que parece hacer que todo el presupuesto crezca cada mes. Querrías entender a toda costa esas dos partidas ocultas. En esa situación están hoy los astrónomos.

Una posibilidad es que la energía oscura sea una propiedad del propio espacio vacío. Si incluso el espacio completamente vacío tiene una pequeña cantidad de energía, entonces, a medida que el espacio se estira, hay más espacio vacío y más de esa energía. Esa energía empujaría la expansión. Curiosamente, esta idea recupera un término que Albert Einstein añadió a sus ecuaciones en 1917, cuando quería describir un universo quieto. Más tarde abandonó ese término, cuando se descubrió la expansión. Hoy, el mismo término vuelve con un papel nuevo, no para mantener quieto el universo sino para describir su aceleración.

Pero esta no es la única posibilidad. Algunos científicos creen que la energía oscura podría cambiar con el tiempo. Otros se preguntan si nuestra teoría de la gravedad necesita cambios cuando miramos a las mayores distancias. Por ahora no hay una respuesta en la que todos estén de acuerdo. Grandes estudios nuevos del cielo están midiendo las posiciones y las distancias de cantidades enormes de galaxias, para ver con más exactitud cómo ha cambiado la expansión con el tiempo. Puede que esas mediciones muestren algún día qué ideas van por buen camino.

Dos mediciones que no coinciden

Hay otra pregunta abierta, relacionada con la expansión, en la que trabajan hoy los astrónomos. Trata de a qué velocidad se expande el universo ahora mismo. Hay distintas formas de medirlo. Una forma es medir las distancias y las velocidades de galaxias cercanas, usando estrellas pulsantes y estrellas que explotan, como en el trabajo que hemos descrito. Otra forma es partir del mapa detallado de la luz más antigua y calcular, con nuestra mejor teoría del universo, a qué velocidad debería ir hoy la expansión.

Los dos métodos son cuidadosos, y los dos se han comprobado muchas veces. Sin embargo, dan respuestas ligeramente distintas. La diferencia no es enorme, pero es mayor que los errores esperados de las mediciones. Es un poco como dos trabajadores cuidadosos que miden la misma habitación con dos herramientas distintas y obtienen resultados que se diferencian en una cantidad pequeña pero obstinada. Cada trabajador revisa su propia herramienta, y cada herramienta parece estar bien.

Nadie sabe todavía por qué difieren las respuestas. Quizá haya un pequeño error escondido en uno de los métodos que nadie ha encontrado. Quizá a nuestra teoría del universo le falte algo, por ejemplo algo sobre la energía oscura o sobre el universo temprano. Los científicos están poniendo a prueba las dos posibilidades con telescopios nuevos y métodos nuevos. Es un ejemplo honesto de cómo funciona la ciencia: cuando dos buenas mediciones no coinciden, los científicos no eligen la que les gusta. Siguen midiendo hasta entenderlo.

Los telescopios nuevos están ayudando con esta pregunta. El telescopio espacial James Webb, que ve la luz infrarroja, puede mirar a través del polvo y distinguir estrellas pulsantes individuales en galaxias con más claridad que los telescopios anteriores. Los astrónomos lo están usando, junto con otros telescopios, para revisar paso a paso las mediciones de distancias cercanas. Mientras tanto, otros equipos están mejorando los cálculos basados en la luz más antigua. Cada resultado nuevo se sigue de cerca, porque una respuesta clara, sea en el sentido que sea, nos enseñaría algo importante.

Para una persona trabajadora, hay algo familiar en esto. Muchos hemos tenido en el trabajo un problema que no desaparecía, una cifra que no cuadraba o una máquina que a veces se paraba sin una razón clara. La solución llega a menudo despacio, a base de comprobaciones pacientes. El universo también se va entendiendo comprobación paciente a comprobación paciente.

Antes de dormir

Por la noche, ya tarde, Noor flotó hasta la ventana. La estación había subido un poco ese día, pero desde dentro nada parecía distinto. La Tierra giraba abajo, y las estrellas brillaban por encima del borde del aire. En algún lugar más allá de esas estrellas, las galaxias se separan un poco más deprisa cada año, empujadas por algo que nadie ha visto nunca.

Escribió a Sami: «Hiciste bien en preguntar. Los astrónomos esperaban que el universo estuviera frenando, como tu camión cuesta arriba sin pisar el pedal. Pero cuando midieron, encontraron lo contrario. La expansión se está acelerando. A la causa la llaman energía oscura, pero nadie sabe qué es. Así que esta noche tu pregunta es una de las mayores preguntas de la ciencia».

Antes de dormirse, pensó en lo extraño que era trabajar en una estación que necesita empujones para seguir donde está, dentro de un universo que parece empujado hacia fuera por algo que nadie entiende. El lento descenso de la estación y la aceleración del universo se notaron los dos de la misma manera, gracias a personas que miraron con atención las cifras y vieron que algo no encajaba.

A las tres de la madrugada, Sami lo leyó en la cabina de su camión. «Así que el universo tiene el pie en el pedal», respondió, «y nadie sabe de quién es el pie». Noor leyó su respuesta al despertarse, y pensó que no era una mala descripción en absoluto.

Quizá consuele saber que ni siquiera las personas que estudian el universo durante toda su vida laboral tienen todas las respuestas. Si algo de tu propia vida sigue sin estar claro esta noche, estás en muy buena compañía. Algunas preguntas se responden deprisa. Otras necesitan paciencia, trabajo cuidadoso y tiempo.

Malentendidos frecuentes

Mucha gente cree que la energía oscura y la materia oscura son lo mismo, porque las dos llevan «oscura» en el nombre. En realidad son muy distintas. La materia oscura junta las cosas. Su gravedad mantiene unidas las galaxias y los cúmulos de galaxias, y ayudó a que se formaran. La energía oscura parece hacer lo contrario: empuja la expansión del universo para que vaya más deprisa. Las dos se llaman «oscuras» porque no podemos verlas directamente, y ninguna de las dos se entiende todavía. Pero son dos misterios separados.

Mucha gente cree también que la energía oscura es un tipo de energía que podríamos recoger y usar, como la energía de una pila o de la luz del Sol. Lo parece por su nombre. Pero la energía oscura, sea lo que sea, está repartida de forma extremadamente tenue por el espacio. En el espacio de una habitación, o incluso de toda la Tierra, casi no habría nada de ella. Su efecto solo se vuelve importante a lo largo de las enormes distancias entre grupos de galaxias. No es una fuente de energía para máquinas, y nadie sabe cómo podría usarse, ni siquiera en principio.

Por último, algunas personas creen que los científicos ya saben cómo terminará el universo, por ejemplo que se desgarrará, se congelará o volverá a juntarse. Quizá hayas leído ideas así presentadas como hechos. La verdad es que el futuro lejano depende de la naturaleza de la energía oscura, y todavía no conocemos su naturaleza. Si sigue siendo como parece ahora, la expansión seguirá acelerándose, y las galaxias lejanas irán desapareciendo poco a poco de la vista. Pero si la energía oscura cambia, el futuro podría ser distinto. En la próxima noche, durante una guardia tranquila, iremos hasta los mismos bordes de lo que sabemos y nos preguntaremos qué hay más allá.