¿Y si la materia oscura y la energía oscura fueran solo un espejismo cósmico?
Un nuevo modelo cosmológico sugiere que lo que llamamos materia oscura y energía oscura podría ser, en realidad, un efecto emergente de la evolución de las constantes fundamentales del universo. Una hipótesis audaz que pone en jaque al paradigma estándar de la cosmología.
Por Enrique Coperías
Mapa tridimensional de la materia oscura elaborado a partir de datos cosechados por el telescopio espacial Hubble. Cortesía: ESA
Durante más de medio siglo, la cosmología ha estado marcada por un fantasma doble: la materia oscura y la energía oscura. Dos ingredientes invisibles, indemostrados experimentalmente, pero imprescindibles para sostener el modelo cosmológico estándar, el célebre ΛCDM.
Según este marco, el 95% del universo está hecho de algo que no sabemos qué es: partículas exóticas aún no detectadas (materia oscura) y una misteriosa presión negativa que estira el tejido del espacio (energía oscura).
El relato ha calado hondo, hasta el punto de presentarse casi como dogma. Sin embargo, un grupo creciente de investigadores cuestiona esta ortodoxia. Entre ellos está Rajendra P. Gupta, físico de la Universidad de Ottawa, en cCanadá, que acaba de publicar un artículo en la revista Galaxies donde propone un giro radical: tal vez ese 95% de materia y energía oscuras no exista en absoluto.
La propuesta de Rajendra Gupta: el modelo CCC+TL
Su planteamiento es como poco provocador: lo que interpretamos como materia y energía invisibles sería en realidad un efecto emergente de la variación sutil de las constantes fundamentales de la naturaleza a lo largo del tiempo cósmico. Dicho de otro modo: no habría que buscar nuevas partículas, sino aceptar que parámetros como la velocidad de la luz, la constante de Planck o la gravedad no son exactamente constantes, sino que evolucionan con la expansión del universo.
Gupta ha bautizado esta idea como cosmología de constantes acopladas covariantes (CCC, por sus siglas en inglés), a la que añade además un ingrediente clásico y controvertido: la hipótesis de la luz cansada, que fue formulada en los años treinta por el astrónomo y físico suizo Fritz Zwicky. Este propone que la luz pierde energía al viajar distancias enormes, contribuyendo así al corrimiento al rojo que observamos en galaxias lejanas. La combinación da lugar al modelo CCC+TL (Covarying Coupling Constants + Tired Light).
En su nuevo trabajo, el profesor Gupta lleva esta audaz hipótesis al terreno del más difícil todavía: las curvas de rotación galácticas, uno de los pilares de la existencia de la materia oscura.
Por qué este modelo desafía al paradigma ΛCDM
A comienzos de los años setenta, la astrónoma estadounidense Vera Rubin y su amigo y colaborador Kent Ford estudiaron la velocidad de rotación de estrellas en galaxias espirales. El resultado fue desconcertante, ya que lejos de disminuir con la distancia al centro, como dictan las leyes de Kepler aplicadas a la masa visible, las velocidades permanecían prácticamente planas. La conclusión fue inevitable: debía de haber una gran cantidad de masa invisible generando la atracción gravitatoria necesaria para mantener esas órbitas. Así nació el concepto moderno de materia oscura.
Décadas después, pese a sofisticados detectores subterráneos y experimentos en aceleradores, no se ha encontrado ninguna partícula candidata convincente. El misterio persiste.
El modelo del profesor Gupta ofrece otra explicación. Según el CCC+TL, ese exceso de gravedad no proviene de halos de materia exótica, sino de un parámetro emergente, al que denomina α. Dicho parámetro refleja cómo las constantes fundamentales se ajustan a la expansión cósmica. Al introducirlo en las ecuaciones cosmológicas, aparecen términos adicionales que actúan como si fueran nuevas formas de energía y materia. Gupta las llama α-materia y α-energía.
«Las fuerzas del universo se debilitan en promedio a medida que se expande — explica el profesor Gupta—. Este debilitamiento hace que parezca que hay una fuerza misteriosa que hace que el universo se expanda más rápido (lo que se identifica como energía oscura). Sin embargo, a escala galáctica y de cúmulos galácticos, la variación de estas fuerzas sobre su espacio gravitacionalmente vinculado da como resultado una gravedad adicional (que se considera debida a la materia oscura). Pero esas cosas podrían ser solo ilusiones, emergentes de las constantes en evolución que definen la fuerza de las fuerzas».
«Con nuestro modelo no es necesario asumir partículas exóticas ni romper las leyes de la física», afirma Rajendra Gupta, profesor en el Departamento de Física de la Universidad de Ottawa. Cortesía: University of Ottawa
Curvas de rotación de galaxias sin materia oscura
En artículos previos, el profesor Gupta ya había mostrado que su modelo puede explicar fenómenos atribuidos a la energía oscura, como la aceleración cósmica deducida de las supernovas tipo Ia, así como ciertos enigmas recientes del telescopio James Webb, como la sorprendente existencia de galaxias masivas muy tempranas.
Ahora el reto era otro: ¿puede el CCC+TL reproducir también las curvas de rotación galácticas, sin necesidad de materia oscura? Para comprobarlo, utilizó la base de datos SPARC, que compila observaciones de 175 galaxias con rotaciones medidas con gran precisión.
El procedimiento del profersor Gupta se aparta del habitual. En vez de estimar primero la masa visible y luego añadir un halo oscuro para cuadrar los datos, parte directamente de las curvas de rotación observadas. A partir de ellas, calcula el parámetro X (relacionado con α) que determina el peso relativo de la materia bariónica, la α-materia y la α-energía en cada región de la galaxia.
La importancia de la «densidad de apagado»
«El nuestro es el único modelo que explica con la misma ecuación, y sin necesidad de materia oscura ni energía oscura, dos fenómenos muy distintos: el comportamiento del universo a gran escala, homogéneo y simétrico, y el comportamiento a escalas más pequeñas, irregulares y llenas de grumos», afirma el profesor Grupta.
La clave está en lo que él denomina la densidad de apagado (turn-off density). A partir de cierto umbral, las contribuciones aparentes de α-materia y α-energía se vuelven relevantes y alteran la dinámica. Con este criterio, y asumiendo una geometría simplificada (galaxias tratadas como esferas), el modelo logra reproducir con notable fidelidad las curvas de rotación de varias galaxias analizadas, entre ellas la célebre NGC 3198, un clásico en los estudios de materia oscura.
«Lo realmente emocionante es que este nuevo enfoque nos permite explicar lo que vemos en el cielo: la rotación de las galaxias, la agrupación de galaxias e incluso la manera en que la luz se curva alrededor de objetos masivos, sin tener que imaginar que hay algo escondido ahí fuera. Todo es simplemente el resultado de que las constantes de la naturaleza varían a medida que el universo envejece y se vuelve irregular», añade el investigador.
La α-materia y la α-energía, un espejismo cósmico
El resultado más llamativo del nuevo trabajo es que las curvas de rotación se explican con un único parámetro ajustable: esa densidad de apagado. Todo lo demás proviene de la teoría previa. No se necesitan partículas exóticas ni correcciones arbitrarias.
En palabras sencillas: el comportamiento que atribuimos a halos de materia invisible sería en realidad un efecto emergente del debilitamiento progresivo de las fuerzas fundamentales a medida que el universo envejece. La α-materia y la α-energía son, en este sentido, un espejismo cósmico.
Esto implica que también fenómenos como la formación de galaxias y cúmulos podrían entenderse bajo este prisma. En regiones donde la densidad bariónica es baja, el efecto de α-materia es mayor, creando pozos gravitatorios que atraen materia ordinaria y favorecen la estructuración. En zonas densas, en cambio, predomina lo bariónico.
El modelo, además, predice una evolución con el tiempo: en galaxias muy lejanas y, por tanto, observadas en épocas tempranas, la influencia de la α-materia debería ser menor, lo que se traduce en curvas de rotación más cercanas a las puramente keplerianas. Justo lo que algunos estudios recientes han empezado a detectar en discos a alto corrimiento al rojo.
¿Un rival para la MOND?
Desde los años ochenta, la alternativa más célebre a la materia oscura es la dinámica newtoniana modificada (MOND), propuesta por el israelí Mordehai Milgrom. MOND introduce un cambio en las leyes de la gravedad a aceleraciones muy pequeñas, reproduciendo con gran éxito muchas curvas de rotación.
El profesor Gupta reconoce esta coincidencia y apunta que su parámetro se relaciona con una aceleración de transición sorprendentemente cercana a la constante característica de MOND.
Sin embargo, el físico subraya que la raíz es distinta: la MOND modifica la gravedad; el CCC+TL, en cambio, surge de la variación de las constantes físicas. Desde su perspectiva, la dinámica newtoniana modificada podría ser en realidad una manifestación parcial del mismo efecto más profundo.
Gráfico de expansión por energía oscura: animación que ilustra la variación en la tasa de expansión del universo debida a la energía oscura. Cortesía: NASA Goddard's Scientific Visualization Studio
Críticas y limitaciones de la teoría de Gupta
La propuesta del profesor Gupta no está exenta de críticas. En primer lugar, su modelo recurre a la vieja idea de la luz cansada, descartada en su momento porque parecía incompatible con observaciones como la dilatación temporal en supernovas. El físico sostiene que, al combinarla con la expansión del universo en su formalismo, estos problemas quedan resueltos, pero la mayoría de cosmólogos siguen viéndolo con recelo.
Por otro lado, la aproximación es todavía muy simplificada: trata las galaxias como esferas, cuando sus morfologías son mucho más complejas. Los datos usados presentan incertidumbres y el ajuste depende de un único parámetro cuyo origen físico profundo aún no está del todo claro.
Además, la ortodoxia cosmológica dispone de un arsenal de éxitos acumulados por el ΛCDM, desde la radiación cósmica de fondo hasta la distribución a gran escala de galaxias. Convencer a la comunidad de que todo ello puede reinterpretarse como un mero juego de constantes variables no será fácil.
El valor de la disidencia
Sin embargo, el mérito de trabajos como el del profesor Gupta no reside solo en que puedan sustituir de golpe al modelo estándar, sino en recordar que la ciencia no está escrita en piedra. La historia de la cosmología está repleta de giros inesperados, y la ausencia persistente de detección de materia oscura en laboratorios abre la puerta a considerar alternativas serias.
«El cronograma del universo simplemente se estira, casi duplicando su edad y dejando espacio para todo lo que observamos —apunta el profresor Gupta—. A veces, la explicación más simple es la mejor. Tal vez los mayores secretos del universo no sean más que trucos que juegan las constantes de la naturaleza en evolución».
Si la hipótesis de Gupta y sus colaboradores resistiera las pruebas observacionales, estaríamos ante un cambio de paradigma de proporciones históricas. Sería el fin de la materia oscura como ente físico y la reinterpretación de la energía oscura como un artefacto matemático.
Por ahora, es solo una propuesta audaz que necesita ser afinada, confrontada con más datos y puesta a prueba frente a las predicciones más finas del ΛCDM. Pero su mera existencia en el debate científico es un recordatorio saludable: la cosmología es una ciencia joven, y el universo aún guarda secretos que podrían obligarnos a reescribir sus fundamentos. ▪️
Información facilitada por la Universidad de Ottawa
Fuente: Gupta, R. P. Testing CCC+TL Cosmology with Galaxy Rotation Curves. Galaxies (2025). DOI: https://doi.org/10.3390/galaxies13050108
