Modelos cosmológicos: el estándar tiene un 95% desconocido

El modelo que describe el universo entero —su edad, su composición, cómo se expande, cómo se agrupan las galaxias— cabe en seis números. Con esos seis parámetros se reproducen millones de datos observados, desde el patrón exacto del fondo de microondas hasta la proporción de hidrógeno y helio que hay por ahí fuera. Es el mayor éxito predictivo de la cosmología. Y tiene un problema incómodo: el 95% de lo que ese modelo dice que contiene el universo es algo cuya naturaleza no conocemos.

Qué es un modelo cosmológico y qué no es

Un modelo cosmológico no es una descripción de cómo es el universo: es un conjunto mínimo de reglas y de números con los que se puede calcular qué debería observarse. Se le pide una cosa concreta y exigente: que a partir de unos pocos parámetros ajustables reproduzca observaciones muy distintas entre sí, hechas con instrumentos distintos y a épocas distintas del cosmos.

Esa exigencia es la que separa un modelo científico de una historia bonita. Si haces falta un parámetro nuevo para cada observación nueva, no tienes un modelo: tienes una descripción. El valor de un modelo está en su capacidad de decir, antes de mirar, qué se va a ver.

La historia de cómo se llegó hasta aquí, desde el modelo geocéntrico hasta el Big Bang, está contada en el artículo sobre los modelos del universo. Lo que sigue aquí es el punto en el que estamos ahora.

Lambda-CDM, el modelo estándar

El nombre es una etiqueta de contenido. La letra griega lambda es la constante cosmológica, el término que Einstein metió y luego quitó de sus ecuaciones y que hoy representa la energía oscura: una presión que hace que el espacio se expanda cada vez más rápido. CDM son las siglas inglesas de cold dark matter, materia oscura fría: partículas que tienen masa, se mueven despacio y no interaccionan con la luz.

Los seis parámetros del modelo no son ese reparto, sino las cantidades que se ajustan a los datos: la densidad de materia ordinaria, la de materia oscura, la edad del universo medida a través del fondo cósmico, y tres números más que describen cómo eran las irregularidades iniciales y cómo se despejó el universo cuando se formaron los primeros átomos. De ahí sale todo lo demás, incluido ese reparto de 68, 27 y 5.

Por qué se acepta un modelo con el 95% a oscuras

Aquí está la respuesta a la objeción evidente, y es importante entenderla bien. Lambda-CDM no se acepta porque explique qué son la materia y la energía oscuras —no lo explica—, sino porque con esos seis números predice cosas concretas que después se han medido. Tres ejemplos, y los tres son independientes entre sí.

El primero es la proporción de elementos ligeros. El modelo dice cuánto hidrógeno, cuánto helio y cuánto litio debieron fabricarse en los primeros minutos, y esas proporciones coinciden con lo que se observa en el gas más antiguo del universo. Es la nucleosíntesis primordial, y era una predicción, no un ajuste.

El segundo es el patrón de manchas frías y calientes en la radiación cósmica de fondo. El modelo predice una serie de picos en su espectro, a tamaños angulares muy concretos, y su altura relativa depende de cuánta materia oscura haya. Las medidas encajan con una precisión que impresiona. El tercero es la distribución de galaxias a gran escala: la red cósmica que forman filamentos y vacíos sale de las simulaciones antes de compararlas con el cielo real.

Que un solo modelo, con seis parámetros, ajuste a la vez la química del primer minuto, la luz de los 380.000 años y la disposición de las galaxias miles de millones de años después, es lo que le da su autoridad. Las evidencias del Big Bang son, en realidad, evidencias de este modelo concreto.

La primera grieta: dos medidas que no cuadran

La velocidad a la que se expande el universo se puede medir de dos maneras completamente distintas, y las dos están muy bien hechas. El problema es que no dan lo mismo.

Por un lado se puede deducir del fondo cósmico de microondas: se mide el patrón de la luz más antigua, se le aplica Lambda-CDM y sale la expansión de hoy. El satélite Planck dio 67,4 km/s por megapársec, con un margen de medio punto. Por otro lado se puede medir directamente en el universo cercano, escalonando distancias con estrellas variables y supernovas. Ese método da 73,0, con un margen de un punto.

Los intervalos no se tocan, y la discrepancia lleva años creciendo en lugar de reducirse: ya está en el entorno de 5 sigma, el umbral que en física se considera un descubrimiento. Durante mucho tiempo se dio por hecho que aparecería un error sistemático en alguno de los dos lados. Cada revisión ha estrechado los márgenes sin acercar los números.

Lo que hace grave la tensión de Hubble es dónde está el fallo si es real: el primer método no mide directamente, sino que calcula la expansión actual suponiendo que Lambda-CDM describe bien todo lo que pasó desde entonces. Si los dos números son correctos, lo que está mal es el modelo por el medio.

La segunda grieta: la lambda podría no ser constante

La otra amenaza va directa al corazón del modelo. La lambda de Lambda-CDM es, por definición, una constante: una energía del vacío con la misma densidad ayer, hoy y dentro de mil millones de años. Si resultara variar con el tiempo, habría que cambiar el modelo, no ajustarlo.

El instrumento DESI lleva desde 2024 publicando medidas muy precisas de cómo se han ido separando las galaxias en distintas épocas del cosmos, y sus resultados, combinados con datos de supernovas y del fondo cósmico, encajan algo mejor con una energía oscura que cambia que con una constante. La señal aún no alcanza el umbral de descubrimiento y podría deberse a errores sistemáticos, pero se ha mantenido y reforzado en las sucesivas publicaciones. Tienes el detalle en el artículo sobre los indicios de que la energía oscura no es constante.

Los rivales, y por qué ninguno ha ganado

El patrón se repite en todas: cada alternativa resuelve bien un problema concreto y empeora otros tres. La gravedad modificada explica de maravilla cómo giran las galaxias individuales sin necesidad de materia oscura, pero no da cuenta del fondo cósmico ni de colisiones de cúmulos donde masa y luz aparecen claramente separadas. Los modelos cíclicos evitan la incomodidad de un instante inicial a cambio de dificultades propias. Mientras ninguna cubra todo el terreno que cubre Lambda-CDM, el estándar sigue siendo el estándar.

Qué decidiría la cuestión

Hay tres frentes con capacidad real de resolver esto en la próxima década. El primero es detectar en un laboratorio una partícula de materia oscura: eso convertiría el 27% desconocido en física conocida de un plumazo. Se lleva intentando cuarenta años sin éxito, y cada generación de detectores acota más el espacio de posibilidades.

El segundo es acumular datos suficientes sobre cómo ha evolucionado la energía oscura para decidir si es constante o no. Y el tercero es cerrar la tensión de Hubble: o aparece el error sistemático que todo el mundo lleva buscando, o hay que admitir que falta física entre el fondo cósmico y hoy.

Mientras tanto, conviene tener presente lo que ya está bien establecido y no depende de resolver esas dudas: que el universo se expande, que tuvo un pasado caliente y denso, y que su geometría a gran escala es plana con una precisión notable, algo que se explica en el artículo sobre qué forma tiene el universo. Puedes seguir el hilo en la sección de astronomía.

Preguntas frecuentes sobre los modelos cosmológicos

¿Cuál es el modelo cosmológico estándar?

Se llama Lambda-CDM. La lambda es la constante cosmológica, que representa la energía oscura, y CDM son las siglas de materia oscura fría. Describe el universo con seis parámetros ajustables y reproduce observaciones muy diversas, desde la proporción de elementos ligeros hasta la distribución de galaxias.

¿De qué está hecho el universo según el modelo estándar?

De un 68% de energía oscura, un 27% de materia oscura y apenas un 5% de materia ordinaria, que es toda la que aparece en la tabla periódica. Es decir, el 95% del contenido del universo es algo cuya naturaleza no conocemos, aunque sus efectos gravitatorios y expansivos se midan con mucha precisión.

¿Qué es la tensión de Hubble?

La discrepancia entre dos medidas de la velocidad de expansión del universo. A partir del fondo cósmico de microondas sale 67,4 km/s por megapársec; midiendo directamente en el universo cercano con estrellas variables y supernovas, 73,0. Los márgenes no se solapan y la diferencia ronda ya las 5 sigma.

¿Está en crisis el modelo estándar?

No derribado, pero sí cuestionado más que en ninguna década anterior. Ninguna de las dos anomalías principales —la tensión de Hubble y los indicios de energía oscura variable— alcanza por sí sola el estatus de refutación, pero ninguna se ha disuelto tampoco. Así es como los modelos suelen ser sustituidos: por acumulación de discrepancias que no desaparecen.

¿Qué alternativas hay a Lambda-CDM?

Las principales son las teorías de gravedad modificada, que prescinden de la materia oscura; la quintaesencia, que sustituye la constante cosmológica por un campo que evoluciona; y los modelos cíclicos, que evitan un instante inicial. Todas resuelven algún problema concreto y empeoran otros, y ninguna cubre el mismo abanico de observaciones.

¿Por qué se confía en un modelo que no explica el 95% del universo?

Porque su valor está en predecir, no en explicar la naturaleza de sus componentes. Con seis números reproduce a la vez la química de los primeros minutos, el patrón exacto del fondo cósmico y la distribución de galaxias miles de millones de años después. Ningún otro modelo se acerca a ese alcance, aunque el nombre de dos de sus ingredientes siga siendo un marcador de posición.