Este artículo forma parte de la sección The Conversation Júnior, en la que especialistas de las principales universidades y centros de investigación contestan a las dudas de jóvenes curiosos de entre 12 y 16 años. Podéis enviar vuestras preguntas a tcesjunior@theconversation.com

Pregunta formulada por el curso de 2º de la ESO del Instituto de Educación Secundaria Miguel de Unamuno, en Gasteiz (Álava)

Esta pregunta ha fascinado a físicos y astrónomos durante décadas. Pero al intentar responderla, el universo nos tenía preparada una sorpresa inesperada: cuando estudiamos su crecimiento con más detalle, descubrimos un misterio aún más profundo. Uno que nos ha obligado a admitir que sabemos mucho menos sobre el cosmos de lo que creíamos.

El espacio se estira

Desde hace más de un siglo, los astrónomos observan que casi todas las galaxias se alejan de nosotros. Además, cuanto más lejos está una galaxia, más rápido se aleja. Esta relación se conoce como ley de Hubble y nos dice que el propio espacio se está estirando.

Esta expansión se entiende bastante bien si miramos al pasado: el universo comenzó con el Big Bang, una enorme expansión inicial. Desde entonces, el espacio ha seguido creciendo, como un globo que empezó a inflarse hace miles de millones de años y nunca ha dejado de hacerlo.

El universo está lleno de materia: estrellas, planetas, gas, polvo… y la fuerza de la gravedad atrae entre sí a toda esa materia. Por eso, durante mucho tiempo, los cosmólogos pensaron que la expansión del universo debía ir frenándose poco a poco.

Dependiendo de cuánta materia hubiera, el cosmos podría acabar colapsando, expandiéndose para siempre pero cada vez más lentamente, o situarse justo en el límite entre ambos casos. Durante décadas, no sabíamos cuál de estas posibilidades era la correcta.

Una gran sorpresa

Todo cambió a finales de los años noventa, cuando los astrónomos empezaron a estudiar con gran precisión ciertas explosiones estelares llamadas supernovas de tipo Ia. Estas supernovas son especialmente útiles porque todas brillan casi igual, lo que permite usarlas como “faros” para medir distancias en el cosmos.

Al observar supernovas muy lejanas, los científicos descubrieron algo totalmente inesperado: estaban más lejos de lo que deberían estar si la expansión se estuviera frenando. La única explicación posible era sorprendente: el universo no solo se expande, sino que lo hace cada vez más rápido. Fue un descubrimiento tan revolucionario que sus autores recibieron el Premio Nobel de Física en 2011.

Este resultado tan extraño puede explicarse con una imagen casi absurda: es como si la gravedad, a escalas enormes, funcionara al revés. O sea, como si la manzana de Newton, en lugar de caer del árbol, saliera impulsada hacia arriba. Algo en el universo está empujando el espacio, no frenándolo.

No significa que la gravedad haya cambiado de signo, sino que existe un efecto que, a gran escala, vence a la atracción gravitatoria de toda la materia.

Pero ¿qué está pasando?

Para entender esta aceleración, la física se enfrenta a dos posibilidades profundas: o bien la teoría de la gravedad de Einstein –que ha funcionado de manera extraordinaria en todos los contextos en los que ha sido puesta a prueba– falla a distancias enormes (cosmológicas); o bien el universo contiene un tipo de energía o materia que no se parece a nada de lo que conocemos.

La opción más aceptada hoy es la segunda. Para explicar la aceleración, los científicos han introducido la idea de la energía oscura, una forma de energía misteriosa que llena todo el espacio y actúa como una especie de antigravedad cósmica.

Una de las posibles explicaciones es la llamada constante cosmológica, término que aparece de forma natural en las ecuaciones de Einstein y que estas permiten –e incluso predicen–. Pero, aunque encaje bien con las observaciones, tampoco sabemos realmente qué es ni por qué existe.

No tenemos ni idea

En resumidas cuentas, ignoramos qué es la energía oscura; tener un nombre no significa entenderla. Sabemos algunas de las propiedades que debería presentar, pero estamos muy lejos de saber de qué está hecha o cuál es su origen.

La pregunta realmente interesante ya no es “¿por qué el universo se expande?”, sino “¿por qué su expansión se acelera?”. Resolver este enigma podría obligarnos a cambiar nuestra comprensión de la gravedad, del espacio y del contenido del universo.

El cosmos sigue creciendo, cada vez más rápido, y no sabemos exactamente por qué. Pero esa ignorancia no es un fracaso: es una invitación a seguir investigando. Esperemos que en el futuro, quizá alguien que es un adolescente ahora mismo descubra la respuesta… o abra la puerta a otro enigma aún mayor.

La Cátedra de Cultura Científica de la Universidad del País Vasco colabora en la sección The Conversation Júnior.

Sobre el autor: Jon Urrestilla Urizabal, Catedrático de Universidad, Departamento de Física, Universidad del País Vasco / Euskal Herriko Unibertsitatea

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Artículo original.