La ciencia puede describir la evolución del universo desde sus primeras etapas observables y, aun así, desconoce la naturaleza de buena parte de lo que contiene. Según las estimaciones actuales, la materia ordinaria representa cerca del 5 % del contenido cósmico; el resto se atribuye a materia oscura y energía oscura. Estos son diez de los grandes interrogantes que siguen abiertos, qué pruebas los sustentan y por qué todavía no existe una respuesta definitiva.
1. ¿Qué es la materia oscura?
Las estrellas situadas en las regiones exteriores de muchas galaxias se mueven más rápido de lo que cabría esperar si solo actuara la gravedad de la materia visible. Además, la luz de galaxias lejanas se desvía al atravesar zonas donde parece haber más masa de la que podemos observar.
La teoría con mayor aceptación apunta a la presencia de materia oscura, un componente que abarcaría cerca del 27 % del cosmos. Aunque su atracción gravitatoria facilita la comprensión del origen galáctico, todavía no se ha logrado determinar qué partícula o suceso la origina. Por un lado, los experimentos persiguen indicios de su existencia mediante aceleradores y sensores; por otro, los astrónomos analizan los límites de hipótesis alternativas sobre la gravedad.
2. ¿Qué impulsa la expansión acelerada del universo?
Las observaciones de supernovas lejanas indican que la expansión del universo se acelera. A la causa desconocida se la llama energía oscura, y se calcula que representa alrededor del 68 % del contenido cósmico.
Podría tratarse de una propiedad constante del espacio o bien de un fenómeno variable con el tiempo. La discrepancia resulta crucial, ya que de ella depende la evolución futura del cosmos a escala milenaria. Cuantificar con mayor exactitud tanto la separación como la disposición de las galaxias facilitará la tarea de discernir entre ambas hipótesis, si bien la verdadera naturaleza de la energía oscura continúa siendo un misterio en la actualidad.
3. ¿Por qué las mediciones de la expansión no coinciden?
Hay un par de métodos esenciales para calcular la tasa actual de expansión. Por un lado, se analiza la radiación remanente de los albores del cosmos, lo que arroja una cifra cercana a 67 o 68 kilómetros por segundo por megapársec. Por otro lado, se calculan las distancias hasta supernovas y astros bastante próximos, arrojando una cifra que ronda los 73 en idénticas unidades.
Esta discrepancia se conoce como tensión de Hubble. Puede deberse a errores aún no detectados en las mediciones, a supuestos incompletos de los modelos o a algún fenómeno físico desconocido. La cuestión permanece abierta porque mejorar una medición no basta: también hay que explicar por qué los distintos métodos ofrecen resultados diferentes.
4. ¿Qué sucedió en los primeros instantes del cosmos?
El universo observable tiene unos 13 800 millones de años. Sabemos mucho sobre su evolución posterior, pero es más difícil reconstruir sus instantes iniciales. Una propuesta sostiene que, al comienzo, el espacio atravesó una fase de expansión extraordinariamente rápida, llamada inflación cósmica.
Esta idea ayuda a explicar por qué regiones muy alejadas presentan propiedades semejantes y cómo pequeñas variaciones iniciales pudieron dar origen a galaxias. Sin embargo, no se ha identificado el mecanismo que habría provocado esa expansión ni se ha confirmado de forma concluyente una señal exclusiva de ella. Tampoco sabemos si la inflación describe el comienzo absoluto o solo una etapa temprana.
5. ¿Por qué existe más materia que antimateria?
Cuando una partícula de materia encuentra su correspondiente antipartícula, ambas pueden aniquilarse. Si el universo primitivo hubiera producido exactamente las mismas cantidades de materia y antimateria y ambas se hubieran comportado de manera perfectamente simétrica, resultaría difícil explicar la materia que hoy forma estrellas, planetas y seres vivos.
Se han detectado en diversas pruebas ciertas disparidades conductuales entre las antipartículas y las partículas, si bien las halladas hasta el presente resultan insuficientes para dar cuenta de la asimetría del cosmos. Hallar su causa requeriría profundizar en el conocimiento de lo acaecido durante los alboreos del universo.
6. ¿De qué manera se conectan la gravedad y la física cuántica?
La relatividad general describe con gran precisión la gravedad a escala de planetas, estrellas y galaxias. La física cuántica explica el comportamiento de partículas y átomos. Ambas teorías funcionan extraordinariamente bien en sus respectivos ámbitos, pero no encajan de manera completa cuando se intenta describir situaciones extremas, como el interior de un agujero negro.
La búsqueda de una teoría cuántica de la gravedad pretende resolver esa incompatibilidad. El principal obstáculo es experimental: los efectos que permitirían distinguir entre distintas propuestas suelen ser demasiado pequeños o producirse en condiciones imposibles de reproducir actualmente.
7. ¿Qué pasa con los datos que caen dentro de un agujero negro?
Los agujeros negros tienen la capacidad de aumentar su tamaño mediante la captura de materia. Conforme a las previsiones teóricas, es posible asimismo que desprendan radiación de forma gradual hasta desaparecer por evaporación. De esta manera, surge una interrogante ineludible: ¿qué ocurre con la información sobre aquello que cayó en ellos?
La física cuántica indica que esa información no debería desaparecer sin más, pero no existe una explicación plenamente comprobada de cómo se conservaría o recuperaría. Resolver este problema podría revelar pistas sobre la gravedad cuántica. También exige cautela: todavía no se ha observado directamente la evaporación completa de un agujero negro.
8. ¿Cuál es el origen de la masa de los neutrinos?
Los neutrinos son corpúsculos sumamente numerosos que cruzan la materia experimentando mínimas interacciones. Las investigaciones demuestran que son capaces de mutar de una variedad a otra durante su desplazamiento. Dicha conducta señala que tienen masa, por mínima que sea.
Lo que falta por entender es el origen de esa masa y el valor exacto de la masa de cada tipo de neutrino. Los investigadores estudian neutrinos producidos por el Sol, la atmósfera y experimentos terrestres para averiguar si estas partículas ofrecen pistas sobre procesos aún desconocidos.
9. ¿Qué produce todas las ráfagas rápidas de radio?
Las ráfagas rápidas de radio corresponden a emisiones intensas que apenas alcanzan a durar unos cuantos milisegundos, las cuales provienen, frecuentemente, de galaxias distantes. Ciertas señales muestran patrones recurrentes, al tiempo que otras únicamente se han registrado en una ocasión.
Una ráfaga detectada dentro de nuestra galaxia relacionó al menos una fracción de dichos fenómenos con los magnetares, es decir, astros de neutrones provistos de campos magnéticos de potencia descomunal. Pese a ello, sigue sin confirmarse que la totalidad de los episodios provenga de la misma causa, del mismo modo que todavía no se comprende cabalmente de qué manera se expulsa semejante cantidad de energía en un intervalo tan breve.
10. ¿Existe vida fuera de la Tierra?
Se han confirmado miles de planetas alrededor de otras estrellas. Algunos se encuentran a distancias de su estrella donde, bajo ciertas condiciones, podría existir agua líquida en la superficie. También hay mundos de nuestro sistema solar cuyos océanos ocultos despiertan interés científico.
Pero tener condiciones potencialmente favorables no equivale a albergar vida. Todavía no se ha obtenido una prueba confirmada de organismos extraterrestres. La búsqueda combina el estudio de atmósferas planetarias, la exploración de otros mundos y la investigación de cómo surgió la vida terrestre.
Estos misterios no indican que la ciencia carezca de respuestas, sino dónde terminan por ahora las respuestas comprobadas. Cada discrepancia medida y cada señal nueva permiten descartar posibilidades y formular preguntas más precisas. Comprender el universo consiste también en reconocer con claridad lo que aún no sabemos.