Hace menos de un siglo, la mayoría de los astrónomos pensaba que el universo era estático y eterno. Hoy sabemos que está creciendo y que, además, ese crecimiento se acelera.
La expansión del universo es uno de los hallazgos más importantes de la ciencia moderna. Entender por qué continúa implica hablar del Big Bang, de la gravedad y de un componente misterioso que domina el cosmos: la energía oscura.
Cómo descubrimos que el universo se expande
Las ecuaciones que se adelantaron a los telescopios
En 1915, Albert Einstein publicó la relatividad general. Sus ecuaciones sugerían que el universo no podía permanecer quieto: debía expandirse o contraerse. Einstein, convencido de que era estático, añadió en 1917 un término llamado constante cosmológica para equilibrarlo.
El matemático ruso Alexander Friedmann en 1922 y el sacerdote y físico belga Georges Lemaître en 1927 demostraron que las ecuaciones admitían soluciones de un universo en expansión. Lemaître incluso estimó una tasa de expansión a partir de datos disponibles.
La prueba observacional
En 1929, Edwin Hubble, trabajando en el observatorio del monte Wilson, en California, publicó una relación clave: cuanto más lejos está una galaxia, más rápido parece alejarse de nosotros. Lo dedujo midiendo el corrimiento al rojo de su luz, un estiramiento de las ondas que se produce cuando la fuente se aleja.
Esa relación se conoce hoy como ley de Hubble-Lemaître, nombre adoptado oficialmente por la Unión Astronómica Internacional en 2018.
Qué significa realmente que el universo se expanda
Una idea frecuente es imaginar galaxias que salen disparadas desde un centro, como restos de una explosión. No es así. La expansión ocurre en el propio espacio, que se estira entre las galaxias.
Algunos puntos esenciales:
- No hay un centro: desde cualquier galaxia se vería a las demás alejándose.
- No todo se expande: las galaxias, los sistemas solares y los átomos se mantienen unidos por la gravedad y otras fuerzas.
- La expansión domina a gran escala: se nota entre cúmulos de galaxias separados por millones de años luz.
- Las distancias crecen con el tiempo: aunque el universo tiene unos 13 800 millones de años, el radio del universo observable es de unos 46 500 millones de años luz.
La analogía del pan con pasas
Imagina una masa de pan con pasas dentro de un horno. A medida que la masa crece, todas las pasas se separan entre sí. Las que estaban más lejos se alejan más rápido. Esa es, en esencia, la ley de Hubble-Lemaître.
Expansión no es velocidad de la luz superada
Más allá de cierta distancia, conocida como radio de Hubble, el espacio entre nosotros y una galaxia crece a un ritmo superior al de la luz. Esto no contradice la relatividad: ningún objeto viaja por el espacio más rápido que la luz; es el propio espacio el que se estira.
Una consecuencia llamativa es que hay galaxias cuya luz emitida hoy nunca llegará a la Tierra. Con el tiempo, el cielo profundo se irá vaciando de objetos observables más allá de nuestro grupo local de galaxias.
El corrimiento al rojo como reloj cósmico
El corrimiento al rojo, representado con la letra z, indica cuánto se ha estirado el universo desde que salió la luz. Un valor z = 1 significa que el universo era la mitad de grande en cada dirección cuando se emitió. Las galaxias más lejanas detectadas superan valores de z = 14, cuando el cosmos tenía menos de 300 millones de años.
Por qué la expansión no se detiene
El impulso inicial del Big Bang
El universo se expande, en primer lugar, porque empezó expandiéndose. Según el modelo del Big Bang, hace unos 13 800 millones de años todo estaba en un estado extremadamente denso y caliente.
Muchos cosmólogos aceptan que, en una fracción ínfima de segundo, ocurrió una fase de expansión exponencial llamada inflación cósmica, propuesta por Alan Guth en 1980. Ese impulso inicial puso en marcha el crecimiento que seguimos observando.
Una prueba sólida del Big Bang es la radiación cósmica de fondo de microondas, detectada por Arno Penzias y Robert Wilson en 1965. Hoy esa radiación tiene una temperatura de apenas 2,725 kelvin.
La gravedad debería frenarla… pero no lo hace
Durante décadas se pensó que la gravedad de toda la materia iría frenando la expansión. La gran pregunta era si el frenado bastaría para provocar un colapso final.
En 1998, dos equipos independientes estudiaron supernovas de tipo Ia, explosiones estelares con un brillo muy predecible. Descubrieron que las más lejanas eran más débiles de lo esperado. Conclusión: la expansión se está acelerando.
Por este hallazgo, Saul Perlmutter, Brian Schmidt y Adam Riess recibieron el Premio Nobel de Física en 2011.
La energía oscura: el motor de la aceleración
Para explicar esa aceleración, los científicos proponen la existencia de la energía oscura, una forma de energía asociada al propio espacio que produce un efecto repulsivo a gran escala.
Su comportamiento se parece mucho a la constante cosmológica que Einstein introdujo y después descartó. Paradójicamente, aquella idea volvió como pieza central de la cosmología.
¿De qué está hecho el universo?
| Componente | Porcentaje aproximado | Qué sabemos |
|---|---|---|
| Energía oscura | ~68 % | Provoca la aceleración; su naturaleza es desconocida |
| Materia oscura | ~27 % | No emite luz; se detecta por su gravedad |
| Materia ordinaria | ~5 % | Estrellas, planetas, gas y seres vivos |
Estas proporciones proceden de mediciones detalladas de la radiación de fondo realizadas por satélites europeos y estadounidenses.
Por qué la energía oscura gana con el tiempo
La clave está en cómo se diluye cada componente:
- La materia se reparte en un volumen cada vez mayor, así que su densidad disminuye.
- La energía oscura, si es una constante cosmológica, mantiene su densidad aunque el espacio crezca.
- Hace unos 5000 a 6000 millones de años, la energía oscura superó en influencia a la materia y la expansión pasó de frenarse a acelerarse.
Las preguntas que siguen abiertas
La tensión de Hubble
La velocidad de expansión actual se expresa con la constante de Hubble. Hay un problema: según cómo se mida, sale un valor diferente.
- A partir de la radiación de fondo: unos 67-68 km/s por megapársec.
- A partir de estrellas variables y supernovas cercanas: alrededor de 73 km/s por megapársec.
Esta discrepancia, conocida como tensión de Hubble, podría deberse a errores sistemáticos o a una física aún desconocida.
¿Cambia la energía oscura?
Resultados de grandes sondeos espectroscópicos publicados entre 2024 y 2025 sugieren que la energía oscura podría estar debilitándose con el tiempo. Aún no es una conclusión definitiva, pero de confirmarse cambiaría los pronósticos sobre el futuro del cosmos.
Posibles destinos del universo
- Gran enfriamiento: expansión eterna hasta un universo frío y oscuro.
- Gran desgarro: la energía oscura crece y termina separando incluso los átomos.
- Gran colapso: si la energía oscura cambia de signo, la expansión podría revertirse.
Cómo se miden las distancias cósmicas
Para calcular la expansión hace falta conocer a qué distancia está cada galaxia. Los astrónomos usan una escalera de distancias cósmicas:
- Paralaje: para estrellas cercanas, midiendo su desplazamiento aparente a lo largo del año.
- Cefeidas: estrellas variables cuyo periodo de pulsación revela su brillo real, relación descubierta por Henrietta Swan Leavitt en 1912.
- Supernovas de tipo Ia: útiles hasta miles de millones de años luz.
Cada peldaño calibra el siguiente, de modo que un pequeño error en la base puede propagarse a toda la escala.
Entonces, ¿por qué el universo sigue expandiéndose?
El universo sigue expandiéndose porque nació en expansión tras el Big Bang y nada ha sido capaz de detenerla. La gravedad de la materia la frenó durante miles de millones de años, pero no lo suficiente.
Hoy, además, la expansión se acelera por la acción de la energía oscura, que representa cerca del 68 % del contenido del cosmos y mantiene su influencia mientras la materia se diluye. Qué es exactamente esa energía sigue siendo uno de los mayores enigmas de la física, y resolverlo dirá cuál será el destino final del universo.