El Premio Nobel de Física 2019 premia la comprensión de la estructura y la historia del universo y el descubrimiento del primer planeta orbitando alrededor de una estrella fuera de nuestro sistema solar. Los laureados este año han contribuido a contestar cuestiones fundamentales acerca de nuestra existencia. ¿Qué sucedió al principio del universo y que sucederá después? ¿Podría haber otros planetas orbitando alrededor de otros soles?

James Peebles. La teoría que desarrolló durante dos décadas (comenzó a mediados de los años sesenta), es el fundamento de la moderna comprensión de la historia del universo, desde el Big Bang hasta nuestros días. Los descubrimientos de Peebles han conducido al conocimiento del cosmos, en el cual la materia ordinaria constituye solo un cinco por ciento de toda la materia y energía del universo. El restante noventa y cinco por ciento es desconocido para nosotros. Es un misterio y un desafío para la física moderna.

Michael Mayor y Didier Queloz han explorado nuestra galaxia, la Vía Láctera, en busca de mundos desconocidos. En 1995 descubrieron el primer planeta fuera de nuestro sistema solar, un exoplaneta, orbitando alrededor de una estrella similar al Sol. Su descubrimiento desafió nuestras ideas sobre esos extraños mundos e inició una revolución en astronomía. Los más de 4000 exoplanetas conocidos actualmente muestran una sorprendente riqueza de formas, ya que la mayoría de estos sistemas planetarios no se parecen en nada al nuestro. Estos descubrimientos han llevado a los investigadores a desarrollar nuevas teorías sobre los procesos responsables del nacimiento de los planetas.

Desde la década de 1930, hemos sabido que todo lo que podemos ver no es todo lo que hay. Las mediciones de las velocidades de rotación de las galaxias indican que deben ser mantenidas juntas por la gravedad de materia invisible, de lo contrario se desintegrarían. También se pensó que esta materia oscura desempeñaba un papel importante en el origen de las galaxias.

La composición de la materia oscura sigue siendo uno de los mayores misterios de la cosmología. Los científicos creyeron durante mucho tiempo que los neutrinos podrían ser esa materia oscura, pero los numerosísimos neutrinos, prácticamente sin masa, que cruzan el espacio a casi la velocidad de la luz son demasiado rápidos para mantener la materia unida. En cambio, en 1982, Peebles propuso que partículas pesadas y lentas de materia oscura y fría podrían hacerlo. Todavía estamos buscando estas partículas desconocidas que evitan interactuar con la materia ya conocida y que representan el 26 por ciento del cosmos.

De acuerdo con la teoría general de la relatividad de Einstein la geometría del espacio está interconectada con la gravedad: cuanta más masa y energía contiene el universo, más curvo se vuelve el espacio. A un valor crítico de masa y energía, el universo no se curva. En un universo plano dos líneas paralelas nunca se cruzarán. Otras opciones son un universo con muy poca materia, un universo abierto, en el que las líneas paralelas eventualmente divergen, o un universo cerrado con demasiada materia, en el que las líneas paralelas terminarían cruzándose.

Las mediciones de la radiación de fondo cósmica, así como consideraciones teóricas, proporcionaron una respuesta clara: el universo es plano. Sin embargo la materia que contiene es solo el 31% del valor crítico, de ese 31%, el 5 por ciento es materia ordinaria y el 26 por ciento es materia oscura. El 69% es desconocido. Una vez más, James Peebles, propuso una solución radical. En 1984 contribuyó a revivir la constante cosmológica de Einstein,  la energía del espacio vacío. La denominada energía oscura que llena el 69% del cosmos. Junto con la materia oscura fría y la materia ordinaria, es suficiente para apoyar la idea de un universo plano.

La energía oscura siguió siendo una teoría durante 14 años, hasta que se descubrió la expansión acelerada del universo en 1998 (Premio Nobel de Física 2011 a Saul Perlmutter, Brian Schmidt y Adam Riess). Algo más que la materia debe ser responsable de la expansión cada vez más rápida: una energía oscura desconocida lo está empujando. De repente, este apéndice teórico se convirtió en una realidad que se podía observar en los cielos.

Tanto la materia oscura como la energía oscura se encuentran ahora entre los mayores misterios de la cosmología. Solo las podemos reconocer por el impacto que tienen en su entorno: una tira, la otra empuja. No se sabe mucho más de sobre ellas. ¿Qué secretos se esconden en este lado oscuro del universo? ¿Qué nueva física se esconde detrás de lo desconocido? ¿Qué más descubriremos en nuestros intentos de resolver los misterios del espacio?