Todo lo que siempre quiso saber del Universo pero la mala divulgación científica no le contó…

Parte I, La Materia Oscura no existe

La materia oscura no existe y el universo es el doble de viejo de lo que pensábamos, asegura un reciente artículo publicado en El Confidencial: https://www.elconfidencial.com/tecnologia/novaceno/2024-03-18/materia-oscura-espacio-big-bang-expansion-estudio_3850861/

JotDown(C.Pena/J.J.G.D.Cadenas) — El titular sugiere que la noticia va a presentar evidencia que sustente tan rotundas afirmaciones. En otro caso, suponemos, habrían escogido una fórmula diferente: como, por ejemplo, De acuerdo a un reciente trabajo teórico la materia oscura no existe. También, de manera implícita, se entiende que el autor del artículo se ha estudiado (y ha entendido) el material que presenta. ¿Verdad?

Porque, si no es así, estaríamos ante un triste ejemplo de recurrir al titular escandaloso como cebo, o peor aún, ante un ejemplo de falta de seriedad profesional, presentando con titulares morbosos un trabajo mal digerido. En otras palabras, estaríamos ante un ejemplo más de tomar al lector por tonto, una actitud que sólo puede, a la larga, redundar en perjuicio de quien la sostiene.

Consideremos pues la cuestión: ¿Existe la materia oscura?

• Figura 1. La historia del Universo de acuerdo al modelo ΛCDM.

El modelo ΛCDM, que ahora mismo es el más favorecido por los datos observacionales para describir la evolución del Universo, mezcla varios ingredientes: el Big Bang o Gran Explosión, el periodo inflacionario, y un contenido de materia y energía variado y misterioso que rige la dinámica global del Cosmos desde las ecuaciones de la Relatividad General de Einstein.

Cada ingrediente se apoya en muchas columnas observacionales, que según el caso son más o menos abundantes y más o menos robustas; y, como todos los paradigmas de la ciencia, está sujeto a permanente crítica y revisión. Pero vayamos por partes, contando primero el resumen de la película.

La figura 1 nos muestra la historia del universo tal como la entiende el modelo ΛCDM. En el principio fue el Big Bang, un fenómeno singular en que se crea el espacio-tiempo a la vez que toda la materia y energía que este contiene. Una fracción infinitesimal de segundo más tarde el universo sufre un proceso de rápidisima expansión inicial, denominado inflación (empieza 10^-43 s tras el Big Bang y termina 10^-32 s tras el Big Bang).

El universo primitivo resultante es un plasma extremadamente caliente (hasta 10²⁷ grados) formado por las partículas elementales que conocemos gracias a los experimentos de física subatómica: quarks, leptones, fotones y gluones.

Al cabo de un microsegundo (10^-6 s) la expansión ha enfriado el universo lo suficiente como para que los quarks y los gluones queden atrapados en protones y neutrones, que poco después (una centésima de segundo tras el Big Bang) empiezan a sufrir procesos de fusión nuclear: esta es la Nucleosíntesis Primordial, que en el margen de pocos segundos forma (casi exclusivamente) los núcleos elementos más sencillos, el hidrógeno y el helio, en proporciones aproximadas 80%-20%.

A estas alturas, el plasma aún está tan caliente que los núcleos son incapaces de capturar los electrones, que siguen circulando a altísimas velocidades; como hay cargas eléctricas libres por todas partes, los fotones, que forman la luz, interactúan con ellas continuamente, y apenas si pueden moverse sin ser absorbidos o emitidos.

En otras palabras: el Universo es opaco. Pero sigue expandiéndose y enfriándose, hasta que, unos 380.000 años después del Big Bang, ocurre algo dramático: cuando la temperatura es de unos 3.000 grados, los electrones son lo suficientemente lentos como para ser capturados por los núcleos de hidrógeno y helio y formar átomos neutros. Ahora los fotones pueden moverse tranquilamente, y el Universo se vuelve trasparente: fiat lux!

• Figura 2. La expansión del universo crea el fondo cósmico de microondas (CMB).

La reliquia de esa «primera luz» es el fondo cósmico de microondas o CMB, de sus siglas en inglés. Desde el momento en que esa radiación se libera, el Universo se ha expandido y se ha enfriado. El CMB ha sufrido el mismo proceso, ya que el espacio tiempo se ha “estirado”, y con él todas las escalas de longitud.

La luz es una onda y al estirarse cambia su escala de longitud característica (y por tanto su frecuencia). Hoy podemos detectar el CMB en frecuencias de microondas que se corresponden a escalas de longitud mucho más largas que las que nuestros ojos pueden ver, pero han sido observadas con exquisita precisión por los telescopios WMAP y Planck, entre otros.

Después de que la luz se desacopla, todo se ralentiza bastante. La gravedad entra en juego y empieza a condensar la materia, con lo que se forman las primeras galaxias.

• Figura 3. Esta imagen, en falso color muestra dos galaxias (en blanco), conectadas por un puente de materia oscura (en rojo).

• Figura 4. Imagen de la estructura a gran escala del Universo, mostrando filamentos y vacíos dentro de la estructura cósmica. Esta tela de araña cósmica sería muy diferente sin la presencia de materia oscura. Crédito: Millennium Simulation Project.

De hecho, la mayor parte de la materia que se produce después del Big Bang de acuerdo con el ΛCDM no es materia ordinaria o visible, sino materia oscura, cuya constitución sigue siendo misteriosa: podrían ser partículas (relativamente) pesadas, que se mueven lentamente en comparación con la velocidad de la luz; u otros objetos hipotéticos, como por ejemplo, agujeros negros primordiales (es decir, no formados como la reliquia de una muerte estelar).

Ahora bien: si no sabemos qué es la materia oscura, ¿por qué pensamos que está ahí? Esta es la pregunta clave, a la que se responde con resultados observacionales. Hay muchísimas evidencias de que el universo contiene unas cuatro o cinco veces más materia oscura que materia ordinaria.

Lo que sabemos de ella es que no está sujeta a interacciones electromagnéticas (ergo, no emite ni absorbe luz: es oscura), y que, como cualquier otro tipo de energía o materia, está sujeta a la acción de la gravedad. Y los efectos gravitacionales son nuestros «ojos» para ver la materia oscura. De esto hablaremos luego; veamos antes cuáles son los efectos de la presencia de materia oscura en la evolución cósmica.

El Big Bang resulta en una distribución muy uniforme del plasma inicial de partículas, pero no exenta de pequeñas irregularidades; tenemos prueba de que esas irregularidades son reales midiendo la distribución de temperaturas del CMB que, a pesar de ser muy regular, presenta diminutas fluctuaciones.

Pues bien, esas pequeñas irregularidades resultan en zonas del universo donde hay más densidad de materia (ordinaria y oscura). En esas regiones, la materia visible se va agrupando: de esta manera se forman aglomeraciones de átomos de hidrógeno que dan lugar primero a las estrellas, y luego a las galaxias (figura 3), que a su vez se agrupan en una vasta tela de araña cósmica (figura 4).

Figura 5. Imagen de rayos X (rosa) superpuesta sobre una imagen de luz visible (galaxias), con distribución de materia calculada a partir de lentes gravitacionales (azul) en el Cúmulo Bala. [Imagen: NASA/CXC/M. Weiss – Chandra X-Ray Observatory]

Y ahora llegamos al meollo de la cuestión. Según nos informa el titular de El Confidencial, La Materia Oscura no existe.

Nada de eso. La existencia de la materia oscura está establecida por numerosas observaciones cosmológicas. Una particularmente interesante se corresponde al Cúmulo Bala, formado en realidad por la colisión de dos cúmulos de galaxias que están pasando uno a través del otro. Esto permite distinguir muy bien los tres componentes básicos de las galaxias (estrellas, gas y materia oscura), gracias a sus diferentes propiedades colisionales.

La figura 5 muestra una imagen compuesta del objeto conocido como 1E 0657-56 (Bullet Cluster), formado tras la colisión de dos grandes cúmulos de galaxias. El gas caliente detectado por el telescopio Chandra, a través de los rayos X muy energéticos que emiten los átomos excitados que lo constituyen, se ve como dos conglomerados de color rosa.

El de la derecha, con forma de bala, es el del cúmulo más pequeño, mientras que a la izquierda está el del cúmulo mayor. Esta es materia ordinaria: emite luz, concretamente rayos X. La pregunta que podemos hacernos a continuación es: ¿coincide la posición de estas nubes de gas con la mayor concentración de materia en el cúmulo?

Para responderla, podemos usar una de las consecuencias más bonitas y espectaculares de la Relatividad General: el llamado efecto de lente gravitacional (LG). Supongamos que hay una concentración grande de materia y/o energía entre nosotros y un objeto muy, muy lejano. La presencia de materia y energía deforma el espacio-tiempo; como la luz siempre sigue el camino más corto, su trayectoria se curvará alrededor de esa materia/energía interpuesta, deformando la imagen de los objetos que estén tras ella.

A escalas de cientos o miles de millones de años luz, estos efectos se acumulan, y usando las imágenes de nuestros telescopios más potentes es posible desentrañarlos para dibujar un mapa de la distribución de materia. En el caso del Cúmulo Bala, el resultado es que el mapa se parece poco al de las nubes de gas, que trazábamos gracias a los rayos X: la mayor parte de la masa está en las nubes azules, que son las descritas por el efecto LG.

¡Sorpresa! La mayor parte de la masa está claramente separada del gas y por lo tanto es invisible (de ahí que le llamemos materia oscura). Para explicar la diferencia, es necesario suponer que los constituyentes de la materia oscura han interaccionado mucho menos que los átomos de gas durante el cruce de los cúmulos: de ahí la hipótesis del ΛCDM de que la materia oscura está “fría” (no es relativista), que interacciona muy débilmente (si estuviera formada por partículas, interactuaría tan poco como los neutrinos, o incluso menos) y que sin embargo es muy abundante (como puede verse por sus efectos gravitatorios).

El Cúmulo Bala no es la única observación que da fe de la existencia de la materia oscura. Su presencia puede observarse en las fluctuaciones del CMB, en el tamaño de las imágenes de cuásares lejanísimos deformadas por el efecto LG, en las curvas de rotación de las galaxias (¡gracias, Vera Rubin!), en la estructura a gran escala del universo… En otras palabras, o bien muchísima física que parecemos entender bien es radicalmente incorrecta… o La Materia Oscura existe.

Como decíamos antes, aún no hemos podido determinar qué es (partículas que interaccionan débilmente, agujeros negros, una mezcla de varias cosas…). El artículo de El Confidencial hace referencia a los experimentos que buscan la detección directa de materia oscura, permitiéndose el lujo de ofrecer una frasecita pejiguera: “sin embargo, a pesar de los miles de millones invertidos en encontrar pruebas que demuestren su existencia, nunca hemos llegado a detectarla.” Es cierto. No la hemos detectado directamente todavía. Pero las observaciones astrofísicas y cosmológicas son poderosísimas.

• Parte II, El Universo en expansión y la energía oscura

Examinemos ahora la segunda parte del gancho publicitario. El universo es el doble de viejo de lo que pensábamos.

Curiosamente, el concepto de «edad del universo» es relativamente nuevo. A principios del siglo XX, se pensaba todavía que el universo era «infinito», no sólo en extensión espacial, sino temporal, es decir, lo ocupaba “todo” y no tenía principio ni final.

Hace exactamente cien años, el físico matemático ruso Alexander Friedmann mostró que las ecuaciones de la Relatividad General dan lugar de manera natural a un Universo dinámico, consolidando la posibilidad de la expansión universal que había introducido un par de años antes.

Poco después, el célebre astrónomo norteamericano Edwin Hubble confirmó esa predicción, con la observación de que todas las galaxias que están suficientemente alejadas de nosotros (es decir, aquellas que no están danzando gravitatoriamente con la nuestra gracias a su relativa cercanía, como es el caso de Andrómeda) se están alejando, y que lo hacen a mayor velocidad cuanto mayor es la distancia que nos separa.

Sólo hacía diez años que el mismo Hubble había convencido a la comunidad científica de que el Universo no se circunscribía a la Vía Láctea, sino que muchas “nebulosas” eran en realidad otras galaxias como la nuestra: tiempos vertiginosos…

La figura 1 ilustra la noción del Universo en expansión. En el universo temprano los cúmulos de galaxias (o, más bien, las acumulaciones de materia que constituyen sus semillas) están muy cercanos; a medida que el espacio-tiempo se expande, los cúmulos se van alejando entre sí, a velocidades aproximadamente proporcionales a las distancias que los separan; la «constante» de proporcionalidad (que como veremos enseguida no es realmente constante) es la famosa constante de Hubble, H₀, cuyo valor es aproximadamente 70 (km/s)/Mpc.

El método de Hubble para determinar esta relación cuantitativa está ilustrado en las figuras 2 y 3. La primera ilustra la relación de proporcionalidad directa, mientras que la segunda describe el concepto de redshift, o desplazamiento al rojo, que permite medir la velocidad a la que un objeto se desplaza respecto a nosotros.

El desplazamiento se refiere a la longitud de onda de la luz que nos llega desde ese objeto, cuyo valor puede aumentar o disminuir debido al clásico efecto Doppler: de la misma manera que el sonido de una sirena cambia a medida que una ambulancia pasa de largo (la longitud de onda del sonido se encoge cuando la ambulancia se acerca y se estira cuando se aleja, haciendo el sonido, respectivamente, más agudo y más grave), el color de la luz hace lo mismo, volviéndose más azul («agudo») o rojo («grave»).

El efecto se vuelve mensurable cuando la velocidad relativa entre los objetos es comparable a la de la luz (300.000 km/s).

Pero… ¿cómo sabemos si el color de una galaxia lejanísima es más rojo o más azul de lo que debería, y cuánto? Pues bien, gracias al estudio de los patrones conocidos como líneas de absorción.

Cuando la luz pasa por un gas, sus átomos absorben fotones en longitudes de onda muy concretas, determinadas por los niveles energéticos de sus electrones: de este modo, el arcoíris creado al descomponer newtonianamente la luz con un prisma presenta huecos alrededor de esos valores de las energías, cuya secuencia es una perfecta huella dactilar de cada tipo de átomo (hidrógeno, helio, …).

La posición de las líneas se puede medir con mucha precisión en un laboratorio, y al compararla con la del espectro del objeto lejano su desplazamiento nos da inmediatamente la velocidad a que se desplaza respecto a nosotros.

Pero recordemos que la ley de expansión v = H₀ d relaciona distancia y velocidad, y las líneas espectrales nos dan sólo esta última. Para determinar H₀ necesitamos, además, la distancia de separación d. ¿Cómo podemos medir desde la tierra la distancia que nos separa de otras estrellas de nuestra galaxia, o, lo que es mucho más difícil todavía, la distancia que nos separa de galaxias lejanas?

La receta en ambos casos es la misma. Si conocemos el brillo intrínseco de un objeto (sea una estrella de nuestra galaxia, o en una galaxia distante) y lo comparamos con el brillo aparente visto desde la tierra, podemos estimar la distancia a la que estamos. Para visualizar la idea, basta imaginar que estamos junto a una farola en una calle recta y larguísima, iluminada por farolas situadas a intervalos regulares.

Puesto que la primera farola está justo a nuestro lado, podemos medir su «brillo intrínseco» y luego utilizar el brillo aparente (cada vez más tenue) del resto de las farolas para estimar lo lejos que están de nosotros. Así que el problema se reduce a encontrar «farolas estándar» (o más poético, «candelas estándar»: en inglés, standard candles) en el Universo.

En 1912, la astrónoma estadounidense Henrietta Swan Leavitt realizó un descubrimiento crucial. Desde hacía más de un siglo se había descubierto una clase de estrellas, llamadas Cefeidas variables, cuyo brillo variaba periódicamente.

Leavitt realizó un catálogo minucioso de las propiedades de miles de Cefeidas en nuestras galaxias satélites, las Nubes de Magallanes, y descubrió que las estrellas con el mismo periodo de variación tienen la misma luminosidad; o, usado al contrario, la medida del periodo de variación de una Cefeida permite deducir su luminosidad absoluta: ¡una candela estándar!

Este hallazgo permitió a los astrónomos usar las Cefeidas para medir las distancias entre nosotros y galaxias distantes (y también, claro, con zonas de nuestra propia Vía Láctea). Más adelante se han descubierto otras candelas estándar, como las gigantes rojas y ciertos tipos de supernovas; estas últimas van a tener enseguida un papel protagonista.

También se pueden usar lentes gravitacionales (de las que hablamos en la primera entrega), y existe además la tentadora posibilidad de usar las recientemente descubiertas ondas gravitacionales para definir sirenas estándar.

Pero estamos divagando. Como decíamos, una vez que hemos medido v y d, obtenemos H₀ (como en la figura 2). Una primera estimación de la edad del Universo es simplemente 1/ H₀, y es trivial de calcular sin más que recordar la relación entre Megaparsec (Mpc) y kilómetros (1 Mpc ~ 3.086 x 10¹⁹ km).

T = 1/ H₀ ~ (1/70) x Mpc/(km/s)  = (1/70) x 3.086 x 10¹⁹ km /(km/s) = 3.086 x 10¹⁹/70 ~ 4.4 x 10¹⁷ s.

Para pasar a años:

T = 4.4 x 10¹⁷ /(365 x 24 x 60 x 60) ~14 x 10⁹ años.

Este simple cálculo (que asume que H₀ no ha cambiado desde el principio del universo) da en realidad un resultado bastante parecido al que se obtiene aplicando el modelo estándar cosmológico en (ΛCDM) en toda su gloria y con sus pequeños detalles.

De manera simplificada, la receta del ΛCDM para estimar la edad del Universo es la siguiente: los satélites WMAP y Planck han medido con exquisita precisión el fondo residual de microondas (CMB), del que hablamos en la primera entrega de la serie, produciendo un mapa detallado de sus fluctuaciones de temperatura.

El siguiente paso es comparar ese mapa con los mapas que predice el ΛCDM, variando los ingredientes que lo forman (por ejemplo, la cantidad de materia oscura que asumimos).

El resultado final se obtiene a partir del mapa teórico que mejor compara con el experimental. La receta del ΛCDM establece que la materia visible (también llamada “ordinaria”) es el 4 % de toda la materia y energía del Universo, y la materia oscura el 27 %. El 68 %, o sea la mayoría del Universo, es energía asociada a una fuerza misteriosa, que llamamos energía oscura.  

La edad del Universo que estima ΛCDM es 13.820 x 10⁹ años, 59 millones de años arriba o abajo.

Pero ¿qué diantres es la energía oscura? ¿Tiene algo que ver con la materia oscura?

Para contestar a esta pregunta, empecemos por revisar lo que acabamos de aprender sobre el Universo. Sabemos que empezó con una gran explosión y que se ha estado expandiendo desde entonces. Pero, ¿cómo ha sido esa expansión?

Sería razonable suponer que la expansión se ha ido desacelerando con el tiempo (es decir que el universo se expande a una velocidad cada vez menor), ya que sabemos que la fuerza de gravedad es atractiva, de manera que, en ausencia de otros ingredientes, tendería a frenar la expansión inicial lanzada por el Big Bang.

Sin embargo, en 1998, un grupo de astrónomos liderados por Riess, Perlmutter y Schmidt encontraron una incoherencia entre el desplazamiento al rojo de ciertas supernovas muy lejanas y su brillo (como hemos apuntado antes, ciertas supernovas se comportan como candelas estándar; en concreto, las supernovas de tipo Ia brillan con una luminosidad absoluta conocida).

A partir de su brillo, los científicos estimaron que estas supernovas estaban mucho más lejos de nosotros de lo que podía esperarse a partir de su desplazamiento al rojo. En otras palabras, descubrieron que la relación entre distancia y velocidad de retroceso no ajustaba bien a la constante de Hubble.

Pero si las supernovas estaban más lejos de lo que esperábamos, eso significa que la velocidad de expansión del Universo no ha sido constante en el tiempo, ni tampoco estaba desacelerando como se podía esperar, sino todo lo contario: la expansión del Universo, de acuerdo a esta observación y muchas otras que se han realizado posteriormente, está acelerando.

Pero, si esto es efectivamente así, ¿qué causa esa aceleración?

La respuesta es casi una tautología. Si está acelerando es que existe «algo» (una fuerza) responsable de esa aceleración. Una forma sencilla de visualizarla es imaginarla como una especie de anti-gravedad, ya que se opone al efecto de esta. A esta misteriosa fuerza (o, más bien, a la densidad de energía que lleva asociada) la llamamos «energía oscura».

Por si fuera poco misteriosa, no ha estado siempre ahí: de acuerdo a nuestras observaciones, su contribución al total de energía-materia del Universo era muy modesta en el Universo primitivo, y empezó a ser significativa en tiempos cosmológicamente «recientes», cuando el Universo tenía unos diez mil millones de años.

¿Y qué tiene que ver con la materia oscura?

Nada. Al menos, nada que sepamos: se trata de dos fenómenos físicos distintos, y entre los que por ahora no hemos encontrado ninguna relación. La materia oscura está (creemos) compuesta por objetos con masa que no interactúan electromagnéticamente, quizás partículas masivas que apenas interaccionan (una especie de neutrinos pesados), o agujeros negros que se formaron antes de la aparición de las primeras estrellas. La energía oscura es una especie de fuerza anti-gravitatoria que hace que la expansión del universo acelere y de la que sabemos bastante poco.

Precisamente por eso, el campo de la cosmología es un hervidero de artículos más o menos especulativos tratando de explicar la naturaleza de la energía oscura. El artículo al que se refiere la noticia de El Confidencial, es uno más de los muchos que se publican cada año al respecto. Antes de pasar a analizarlo, anotamos algunas de las ideas más importantes que tratan de explicar la naturaleza de la energía oscura.

Una posibilidad sería que la energía oscura pudiera atribuirse a algo llamado «energía de vacío».

La frase parece casi un oxímoron. ¿Cómo puede tener energía el vacío? ¿No es lo mismo que pretender que el vacío está lleno de algo?

Pues sí. De acuerdo a la mecánica cuántica, el vacío nunca está vacío del todo, sino lleno de pares de partículas y antipartículas que se crean y se aniquilan en tiempos pequeñísimos, dejando un rastro de energía que participa en los fenómenos físicos. Una posibilidad es que esa energía latente sea la que llena el Cosmos y lo empuja a acelerarse.

No es una mala solución, pero las cuentas no acaban de cuadrar: cuando calculamos la energía de vacío necesaria para expandir el universo al ritmo acelerado que observamos, obtenemos que esa misma energía de vacío, al principio del universo lo habría acelerado tanto que no habría dado tiempo a que se formaran estrellas o galaxias.

Otra de las alternativas es todo un clásico. Quizás se trate de una reencarnación del éter, al que invocamos cada vez que no sabemos explicar un fenómeno.

¿Qué es el éter? Pues un fluido que llena el espacio y cuya distribución puede cambiar en el tiempo y espacio según nos convenga (de tal manera que podamos explicar por qué la energía oscura se activa cuando el universo tiene 2/3 de su edad actual). Además, le damos la propiedad que nos hace falta (el éter se opone, en este caso, a la gravedad).

En otras palabras, el éter no es realmente una explicación (lo hemos introducido con calzador) sino la formulación de lo que no entendemos. Muchas de las “teorías” especulativas recientes sobre el origen de la energía oscura pecan de este mismo pecado.

Es importante recalcar que la explicación de la materia oscura como partículas masivas e inertes, o como agujeros negros primordiales, es mucho más satisfactoria que la del éter para la energía oscura (aunque no está ni mucho menos garantizada que sean ciertas).

En primer lugar, no se trata de un fluido misterioso, sino de objetos similares a otros que conocemos. En segundo lugar, tenemos hipótesis teóricas bien formuladas y estudiadas sobre cuál podría ser su origen. Pero lo cierto es que todavía no hemos detectado la materia oscura directamente, y por eso los experimentos que intentan hacerlo son tan importantes.

• Parte III, La luz cansada y las constantes inconstantes

Tras el anzuelo al incauto lector (disimulado en el encabezamiento, «Según un nuevo estudio», escrito con tipografía mucho más pequeña que el titular), el artículo de El Confidencial presenta un trabajo teórico reciente, publicado por un investigador de la Universidad de Ottawa, Rajendra Gupta. Como ya comentamos en la entrega 2 de esta serie, cada año se publican un buen número de estos artículos ofreciendo especulaciones más o menos audaces que permitan entender la misteriosa energía oscura.

¿En qué consiste el modelo de Gupta? Pues dicho de manera gráfica: en desnudar a un santo (de hecho, a varios santos) para vestir a otro.

Como hemos visto, la idea de que el universo está acelerando (y por tanto la necesidad de introducir energía oscura) viene de una inconsistencia entre el desplazamiento al rojo de las estrellas y su distancia absoluta. Una forma de resolver el problema del desplazamiento al rojo es especular que no se debe (o no se debe en su totalidad) a la expansión del universo sino a un fenómeno que Fritz Zwicky (el cosmólogo suizo que también propuso la existencia de materia oscura) llamó «Luz Cansada» (TL, de las siglas en inglés, Tired Light).

En 1929, Zwicky sugirió que si los fotones de luz perdían energía a medida que atravesaban el universo mediante colisiones con otras partículas, el efecto resultante sería también un aparente desplazamiento al rojo, ya que los fotones provenientes de objetos más distantes viajarían más y por tanto sufrirían más colisiones, lo que les haría perder más energía y por tanto aparecer como más rojos que los fotones provenientes de objetos más cercanos. En su formulación original Zwicky considera un universo estático, donde el desplazamiento al rojo se debía tan solo a TL.

Para distinguir distintas formas posibles de universo a través de observaciones, una de las herramientas que se utilizan es la llamada prueba de brillo superficial, sugerida por Tolman (Tolman Surface brightness test) en los años 1930 para confrontar modelos cosmológicos con las observaciones (ver figura 1).

Por ejemplo, en un universo estático tanto la luz que recibimos de un objeto como su área aparente disminuyen cuanto más lejos está (en ambos casos, la disminución es proporcional al cuadrado de la distancia); por lo tanto, la cantidad de luz dividida por el área aparente debe ser grosso modo constante.

Si, en cambio, el universo se está expandiendo, hay dos efectos que cambian el resultado: primero, el ritmo de llegada de los fotones disminuye respecto al del universo estático, porque un fotón emitido más tarde tiene que recorrer más distancia; segundo, la energía de los fotones disminuye debido al desplazamiento al rojo.

Además, el área aparente de un objeto es mayor que la «real», ya que el objeto se ha alejado desde el momento en que emitió la luz con que lo vemos. El resultado es que el cociente luminosidad/área disminuye como función de la distancia, de una manera cuantitativamente predecible.

Por último, en un universo estático con luz cansada cambia uno de los factores (la luz llega con menos energía) pero no el otro (los objetos no se están alejando). Cada uno de los tres casos da lugar a una dependencia diferente del resultado de la prueba de brillo con la distancia, y las observaciones han resultado ser compatibles con el universo en expansión, no con uno estático (con o sin luz cansada).

La aportación del trabajo de Gupta es sugerir que se puede construir un modelo híbrido matemáticamente coherente que combine TL con un universo en expansión, y que este modelo podría explicar las observaciones recientes de galaxias situadas a un desplazamiento al rojo muy grande.

De hecho, tenemos un problema con esas galaxias, ya que las medidas directas de su edad están en tensión con la dinámica de formación de galaxias en ΛCDM, que no debería permitir su existencia tan temprano (en efecto, ¡hay muchos problemas abiertos!).

Este modelo híbrido considera que el universo se expande pero más lentamente; parte del desplazamiento al rojo es TL y no expansión, lo que cambia la estimación de la edad del universo, y podría resolver el dilema de las edades de las galaxias.

No es un mal truco, pero no deja de ser una especulación un poco insatisfactoria, en el sentido de que realiza una postdicción (es decir, explica un fenómeno que ya se conoce, no lo predice). Cuando manejamos este tipo de construcciones complicadas para «forzar» la explicación de una observación, los profesionales a menudo evocamos los epiciclos de Ptolomeo.

La segunda hipótesis que Gupta adopta, no menos vieja (es debida a Paul Dirac, quien la propuso en 1937), considera la posibilidad de que las constantes físicas fundamentales (como la propia velocidad de la luz, la carga y la masa del electrón, la constante de Planck, etc.) varíen con el tiempo.

Es decir: en el fondo no serían constantes, sino que su valor va cambiando —por ejemplo, decreciendo— con la edad del universo. Aplicando esta idea a la constante de Newton, que determina la intensidad de la interacción gravitatoria, se podría en principio eliminar la energía oscura.

¿Cuánta importancia tiene el trabajo del investigador de Ottawa? Como es habitual en ciencia, habrá que esperar un poco, o bastante, para ver si su modelo es capaz de explicar los muchos datos existentes. En todo caso, desde el punto de vista conceptual, Gupta recurre a desnudar a varios santos (uso de TL, constantes no universales) para vestir a otro (librarse de la energía oscura).

De hecho, la propia Universidad de Ottawa, a la que pertenece el investigador, presenta su trabajo en esta nota breve, correcta y clara.

¿Y el artículo de El Confidencial? Pues una publicación en un periódico de tirada nacional confunde la gimnasia con la magnesia. Basta con leer la segunda parte del titular:

SEGÚN UN NUEVO ESTUDIO

La materia oscura no existe y el universo es el doble de viejo de lo que pensábamos

La materia oscura es una misteriosa sustancia que explica la expansión del universo, pero que hasta ahora no hemos podido detectar. Un investigador asegura haber demostrado que eso se debe a que no existe.

Si el amable lector ha tenido la paciencia de leer hasta aquí, detectará que algo no cuadra. «La materia oscura es una misteriosa sustancia que explica la expansión del universo». NO. La expansión del universo se explica porque hubo un Big Bang, algo que se apoya en multitud de medidas como hemos visto. El autor del artículo, aparentemente se refiere a la energía oscura (confundiendo un músico con un místico), que dicho sea de paso tampoco se necesita para explica la expansión del universo sino la expansión acelerada de este.

La lectura del resto del artículo confirma que el autor de este no entiende nada de lo que escribe. Eso sí, estamos seguros de que el artículo no ha sido escrito por un LLM (ChatGPT o alguno de sus amigos), ya que si prueban a preguntarle a estos obtendrán explicaciones mucho más correctas. Algunas perlas seleccionadas:

El universo lleva en constante expansión desde el estallido del Big Bang, hace miles de millones de años, más o menos dependiendo a quién preguntes. Pero para explicar esta expansión incesante, los científicos han tenido que recurrir a una teoría llamada modelo de materia oscura fría lambda (LCDM o ΛCDM), que describe una fuerza que no interacciona con la luz y que, por tanto, es invisible para nuestros telescopios: la energía y la materia oscuras.

Aparte de la dudosa construcción sintáctica («más o menos dependiendo a quién preguntes») parece evidente que el autor sigue en sus erre de meter en el mismo bote a la materia y la energía oscuras.

Tras muchas otras lindezas, el artículo concluye así:

Si el investigador tiene razón, su teoría eliminaría la necesidad de la existencia de materia oscura en el universo y aportaría pruebas de la existencia de un nuevo modelo cosmológico. Pero Gupta admite que su teoría todavía necesita explicar otras cosas como la proporción de elementos creados en el Big Bang.

«Hay varios estudios que cuestionan la existencia de la materia oscura, pero el mío es el primero, que yo sepa, que elimina su existencia cosmológica al tiempo que es coherente con observaciones cosmológicas clave que hemos tenido tiempo de confirmar», afirma Gupta.

¡Vaya por Dios! La primera prueba que todo modelo cosmológico tiene que pasar es precisamente explicar la proporción de elementos ligeros de nuestro universo, que la teoría del Big Bang explica brillantemente. Para este viaje, realmente, no se precisaban tales alforjas. En cuanto a la confusión del autor del artículo de El Confidencial (que no del investigador) entre energía y materia oscura, es, bueno, cósmica.

Quizás el astuto lector se pregunte por qué nos hemos tomado tantas molestias para desmontar uno más de los muchos, muchísimos artículos mediocres sobre ciencia que aparecen en la prensa española. Por varias razones. La primera es que, como científicos practicantes, estamos hartos del anzuelo en lo que se refiere a noticias científicas.

El diluvio constante de titulares escandalosos a la caza del clic es una falta de respeto abismal al lector. La segunda, también estamos hartos de la intolerable falta de rigor de estos artículos. Lo mínimo que se espera de una publicación así es que el autor sepa mínimamente de lo que habla, lo que a menudo (y desde luego en este ejemplo) no es el caso.

Hay en este país muchas personas que valoran a la ciencia y se toman en serio las noticias científicas. Se merecen que no los tomen por tontos y no les tomen el pelo. También por ellas nos hemos tomado el trabajo de intentar explicar todo lo que el curioso lector siempre quiso saber del universo, pero la mala divulgación científica no le contó. Esperamos que estas tres entregas hayan servido para contestar alguna de sus preguntas y, sobre todo, para espolear aún más su curiosidad.

nuestras charlas nocturnas.