Una dimensión oscura podría vincular dos de los grandes enigmas del universo

Las observaciones recientes sugieren que la energía oscura cambia con el tiempo. Los teóricos se preguntan si la materia oscura también lo hace.

Un artículo de Steve Nadis. Historia original reimpresa con permiso de Quanta Magazine, una publicación editorialmente independiente respaldada por la Fundación Simons.

Para quienes ven el mundo como un lugar sombrío, el universo parece ofrecer poco consuelo. Según las estimaciones actuales, aproximadamente el 70% de todo lo que compone el cosmos consiste en energía oscura, una fuerza desconocida que impulsa la expansión del espacio. Otro 25% corresponde a materia oscura, un componente misterioso que mantiene unidas las galaxias.

Pero, hablando en propiedad, la energía oscura y la materia oscura no son tanto «oscuras» como invisibles. No emiten, reflejan ni absorben luz, y hasta ahora ha resultado imposible observarlas directamente. Por lo general, la energía oscura y la materia oscura se consideran entidades independientes, unidas principalmente por su carácter esquivo. Sin embargo, las observaciones astronómicas recientes están llevando a los científicos a examinar con más detenimiento una idea menos popular: que ambas están, en realidad, físicamente entrelazadas.

En 2024, el equipo de investigación del DESI (Instrumento Espectroscópico para la Energía Oscura) encuentra indicios de que la intensidad de la energía oscura, a veces denominada «constante cosmológica», ha perdido la constancia que se le atribuía. Un estudio de 2025, basado en más del doble de datos, también concluye que la energía oscura cambia con el tiempo. Estos resultados indican que, tras alcanzar un valor máximo hace unos 2000 millones de años, la energía oscura pudo haber comenzado a debilitarse.

Pero los resultados también sugieren que, en una época anterior, la energía oscura podría haberse intensificado, en aparente desafío a la ley de conservación de la energía. Los investigadores describen esta situación como la entrada de la energía oscura en el «régimen fantasma». Comparan la situación con una pelota que rueda cuesta arriba , lo cual es ciertamente posible, pero solo si la pelota está bajo la influencia de algo distinto de la gravedad.

Cada vez más teóricos estudian la posibilidad de que lo que influye sobre la energía oscura sean sus vínculos con la materia oscura. Aunque los científicos han asumido que la energía oscura y la materia oscura «no tienen nada que ver entre sí», Tim Tait, físico de partículas de la Universidad de California en Irvine, afirma: «Se puede imaginar un caso en el que una influya sobre la otra. Y no sería sorprendente que fueran manifestaciones de una especie de teoría unificada del universo oscuro».

Interacciones oscuras

La idea de que la energía oscura y la materia oscura interactúan no es nueva. Por ejemplo, Justin Khoury, físico de la Universidad de Pensilvania, investigó esta posibilidad en 2005. Khoury explica que, en aquel estudio, él y dos coautores plantean una pregunta hipotética: ¿podría existir una forma de energía oscura cuya densidad de energía aumentase con el tiempo?. Él y sus colaboradores descubren que, si la energía oscura y la materia oscura pudieran afectarse mutuamente, podrían producir un comportamiento que parecería fantasma, aunque no lo fuera realmente. «Es la forma más natural y sencilla de conseguirlo», afirma Khoury.

Dos décadas más tarde llegan los resultados del DESI que indican que la energía oscura podría estar cambiando realmente con el tiempo. El hallazgo impulsa a Khoury y a dos colegas de Pensilvania, Meng-Xiang Lin y Mark Trodden, a construir un modelo de interacciones oscuras basado en un análogo del sector oscuro de la cromodinámica cuántica, una teoría fundamental de la física de partículas. En este nuevo modelo, tanto la densidad de energía de la energía oscura como la masa

Otro estudio reciente plantea algo similar. Según este modelo, publicado en enero en la revista Physical Review D, la materia oscura podría haber transferido una pequeña fracción de su energía a la energía oscura durante una etapa anterior de la historia cósmica. «La materia oscura es el principal freno a la expansión del universo», explica Elsa Teixeira, cosmóloga de la Universidad de Montpellier en Francia y una de las autoras, de modo que aliviar ese freno habría provocado una aceleración de la expansión del universo.

La aparición del comportamiento fantasma es, básicamente, una cuestión de contabilidad, afirma David Andriot, físico del CNRS (Centro Nacional para la Investigación Científica de Francia). «Cualquier cambio o evolución de la masa de la materia oscura se ha introducido en la casilla de la energía oscura», explica Andriot, que presenta su propio modelo acoplado de energía oscura y materia oscura en mayo de 2025.

Cumrun Vafa, físico de la Universidad de Harvard, coincide con esta idea. «La noción de que puede calcularse la energía oscura independientemente de la materia oscura es errónea», afirma. «Esa hipótesis, a menudo adoptada por los cosmólogos y también seguida por el equipo del DESI, condujo al comportamiento fantasma físicamente inaceptable».

Los resultados del DESI no son la única razón para considerar una asociación entre la energía oscura y la materia oscura. El estudio reciente de Teixeira y sus colaboradores muestra que permitir que ambas interactúen puede, al menos en ciertos escenarios, mitigar uno de los problemas más persistentes de la cosmología: la tensión de Hubble. Atañe aquí la tasa actual de expansión del universo, conocida como constante de Hubble. Su valor se puede medir utilizando la luz del universo primitivo, que proporciona una visión de cómo crecía el cosmos en sus etapas más tempranas. También se puede medir recurriendo a fenómenos más recientes, como las explosiones estelares denominadas supernovas, que revelan cómo está creciendo el universo en la actualidad.

Según el modelo cosmológico estándar, esa tasa de expansión debería ser la misma independientemente del método empleado para medirla. Sin embargo, en los últimos años los científicos han comprobado que la tasa de expansión del universo primitivo y la del universo más reciente difieren aproximadamente en un 9%. Esa discrepancia o tensión «ha provocado intensos debates en la comunidad cosmológica sobre si esta diferencia podría deberse a errores sistemáticos o si es una señal de nueva física», escriben Teixeira y sus coautores. Su modelo postula que, en un universo donde la energía oscura y la materia oscura interactúan, lo que parecía una crisis provocada por las diferentes tasas de expansión pasa a ser algo de esperar.

Una dimensión oscura

Si la energía oscura y la materia oscura interactúan, eso podría significar que tienen un origen común, afirma Khoury. Los trabajos en curso sobre la teoría de cuerdas, la idea de que nuestro universo, en su nivel más pequeño y fundamental, está constituido por cuerdas vibrantes, sugieren una posible conexión. En 2019, partiendo de la idea de la teoría de cuerdas según la cual la energía oscura varía de forma natural, Vafa y dos colaboradores concluyen que la masa de las partículas de materia oscura también puede variar con el tiempo. Esto los lleva a proponer en 2022 que la materia oscura y la energía oscura podrían estar vinculadas a la llamada dimensión oscura.

La teoría de cuerdas postula la existencia de seis o siete dimensiones adicionales, además de nuestras tres dimensiones espaciales habituales y una temporal. Se piensa que todas estas dimensiones son tan pequeñas como permite la física, próximas a la escala de Planck ( metros), pero los investigadores proponen que la dimensión oscura podría ser significativamente mayor que las demás, del orden de una micra ( metros).

Los gravitones, partículas teóricas portadoras de la interacción gravitatoria, podrían filtrarse hacia esta dimensión oscura ampliada. Si lo hicieran, adquirirían masa y se convertirían en lo que se denomina gravitones oscuros. Estos gravitones masivos residirían en la dimensión oscura, pero sus efectos gravitatorios se dejarían sentir en otras dimensiones, permitiéndoles desempeñar el papel que normalmente se atribuye a la materia oscura.

En este escenario, «existe un acoplamiento muy natural entre la energía oscura y la materia oscura», afirma Georges Obied, físico de la Universidad de Chicago. Los cambios en el tamaño de la dimensión oscura afectarían tanto a la energía oscura como a la materia oscura.

En un artículo publicado en julio de 2025, Obied y Vafa, junto con Alek Bedroya de Princeton y David Wu de Harvard, descubren que el escenario propuesto en 2019 es compatible con los datos del DESI.

Su modelo predice que la intensidad de la energía oscura y la masa de la materia oscura disminuirán con el tiempo, y que la velocidad a la que cambia la energía oscura será proporcional a su densidad de energía. Dado que las mediciones astrofísicas indican que la densidad de energía de la energía oscura es extraordinariamente pequeña, «no cambiará rápido», afirma Vafa. «No es sorprendente que no lo hayamos visto hasta ahora», comenta, porque la velocidad de cambio es extremadamente pequeña. «Hemos tenido que esperar toda la edad del universo para detectar algo tan diminuto».

Si la materia oscura está acoplada a la energía oscura, las partículas de materia oscura podrían interactuar entre sí mediante una nueva fuerza de largo alcance distinta de la gravedad. La buena noticia, explica Obied, es que «podría haber maneras astrofísicas de ponerlo a prueba».

Casualmente, dos físicos, Marc Kamionkowski (actualmente en la Universidad Johns Hopkins) y Michael Kesden (ahora en la Universidad de Texas en Dallas), ya investigaron una de esas pruebas. En un artículo publicado en 2006, imaginaron una secuencia de acontecimientos en la que dos galaxias se aproximan y la gravedad de una tira de la otra. Si la materia oscura ejerciera una atracción gravitatoria más intensa sobre otra materia oscura que sobre la materia ordinaria, se formaría detrás de una de las galaxias un tipo especial de «cola de marea» (una corriente alargada de estrellas, gas y polvo). Kesden y Kamionkowski buscaron ese efecto y no lo encontraron, lo que les permitió establecer un límite superior para la intensidad posible de esa fuerza atractiva adicional. Dicho límite era aproximadamente 20 veces mayor que el valor propuesto por el equipo de Vafa, de modo que la predicción quedaba cómodamente dentro de las restricciones observacionales.

«Es interesante que ahora estemos encontrando conexiones entre aquel trabajo bastante abstracto y el trabajo observacional y experimental», afirma Kamionkowski. El hecho de que una predicción basada en cálculos procedentes de la teoría de cuerdas concuerde aproximadamente con las pruebas astrofísicas no confirma la validez de estos modelos inspirados en la teoría de cuerdas. Pero cualquier correspondencia entre la teoría de cuerdas y los experimentos resulta gratificante para Vafa, que ha dedicado las últimas cuatro décadas a intentar sacar esta teoría del terreno puramente conceptual para llevarla al punto de generar predicciones comprobables.

Obied, uno de los antiguos doctorandos de Vafa, persigue el mismo objetivo. Comprender la energía oscura, la materia oscura y la posible relación entre ambas constituye un problema formidable, afirma. «Y creo que es muy beneficioso abordar esta cuestión desde diferentes perspectivas, ya sea desde la cosmología observacional, la física de partículas o la teoría de cuerdas».

«Así es como debería hacerse la ciencia», afirma Obied, «es tarea de los físicos teóricos explorar todo lo que sea posible, poner sobre la mesa todas las posibilidades. Y, al final, serán los datos los que nos ayuden a decidir».

El artículo original, A Dark Dimension Could Link Two of the Universe’s Great Unknowns, se publicó el 22 de junio de 2026 en Quanta Magazine.

Traducido por César Tomé López