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?
Los astros que se localizan en las periferias de numerosas galaxias giran a una velocidad superior a la prevista si únicamente interviniese la fuerza gravitatoria de la materia perceptible. Asimismo, los destellos provenientes de galaxias distantes experimentan una desviación al cruzar áreas donde da la impresión de que existe una cantidad de masa mayor que la detectable a simple vista.
La explicación más aceptada es que existe materia oscura, que constituiría aproximadamente el 27 % del contenido del universo. Su gravedad ayuda a explicar cómo se formaron las galaxias, pero nadie ha identificado aún la partícula —o el fenómeno— responsable. Los experimentos buscan señales de ella en detectores y aceleradores, mientras los astrónomos comprueban hasta dónde pueden llegar otras explicaciones de 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 ser una propiedad constante del espacio o un fenómeno que cambia con el tiempo. La diferencia es decisiva: de ella depende cómo evolucionará el universo a muy largo plazo. Medir con mayor precisión la distancia y distribución de las galaxias puede ayudar a distinguir entre esas posibilidades, pero todavía no se sabe qué es la energía oscura.
3. ¿Por qué las mediciones de la expansión no coinciden?
Hay dos formas principales de estimar la velocidad actual de expansión. Una utiliza la radiación que quedó de las primeras etapas del universo y obtiene un valor cercano a 67 o 68 kilómetros por segundo por megapársec. Otra mide distancias a estrellas y supernovas relativamente cercanas y encuentra un valor próximo a 73 en las mismas unidades.
Esta divergencia recibe el nombre de tensión de Hubble. Podría obedecer a fallos todavía no descubiertos en las observaciones, a premisas incompletas dentro de los modelos o bien a algun proceso físico inédito. El enigma sigue sin resolverse, ya que refinar una estimación resulta insuficiente: asimismo resulta indispensable aclarar por qué los diversos procedimientos arrojan cifras dispares.
4. ¿Qué ocurrió en los primeros instantes del universo?
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 contribuye a comprender la razón por la cual zonas sumamente distantes muestran características similares y de qué manera leves alteraciones iniciales lograron formar las galaxias. Pese a ello, todavía no se ha descubierto el proceso que habría desencadenado dicha expansión, ni tampoco se ha verificado de manera definitiva una huella propia de este fenómeno. Asimismo, ignoramos si la inflación representa el origen absoluto o meramente una fase inicial.
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 proporciones de materia y antimateria y las dos se hubieran comportado de manera perfectamente simétrica, resultaría difícil explicar la materia que hoy conforma estrellas, planetas y organismos 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 pueden crecer al absorber materia. Según los cálculos teóricos, también podrían emitir lentamente radiación y, con el tiempo, evaporarse. Surge entonces una pregunta: ¿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 partículas muy abundantes que atraviesan la materia con escasas interacciones. Los experimentos muestran que pueden transformarse de un tipo en otro mientras viajan. Ese comportamiento indica que tienen masa, aunque extremadamente pequeña.
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 son emisiones intensas que duran apenas milisegundos y llegan, en muchos casos, desde galaxias lejanas. Algunas se repiten; otras solo se han detectado una vez.
Una ráfaga observada en nuestra galaxia vinculó al menos parte de estos fenómenos con magnetares, estrellas de neutrones dotadas de campos magnéticos extraordinariamente intensos. Aun así, no está demostrado que todos los episodios tengan el mismo origen ni se comprende por completo cómo se libera tanta energía en tan poco tiempo.
10. ¿Existe vida fuera de la Tierra?
Se han validado miles de mundos orbitando otros soles. Ciertos cuerpos se sitúan a una separación de su astro tal que, bajo contextos específicos, el agua en estado líquido hallaría cabida en su corteza. Adicionalmente, existen esferas en nuestro propio sistema planetario cuyos mares subterráneos suscitan un profundo atractivo en la comunidad investigadora.
Pero contar con escenarios en teoría propicios no significa que exista vida. Hasta el momento, no se ha conseguido ninguna evidencia contrastada de seres vivos fuera de la Tierra. Esta labor une el análisis de las atmósferas en otros planetas, la exploración de diferentes cuerpos celestes y el estudio sobre el origen de los organismos terrestres.
Estos enigmas no demuestran que la ciencia se quede sin explicaciones, sino el punto exacto donde concluyen temporalmente los datos confirmados. Con cada anomalía registrada y cada nuevo indicio, se van descartando hipótesis y planteando cuestiones más exactas. Entender el cosmos implica asimismo identificar con precisión aquello que todavía ignoramos.