La energía oscura

Una cantidad misteriosa conocida como energía oscura constituye cerca de las tres cuartas partes del universo, sin embargo, los científicos no estamos seguros, no sólo lo que es, ni la forma en la que opera. ¿Cómo, entonces, pueden saber que existe esta extraña fuente? 

El universo en expansión 

Hace casi un siglo, la Teoría General de la Relatividad de Einstein, predijo que el Universo debía colapsar debido a la implacable atracción de la gravedad. Sin embargo, como muchos otros científicos de su tiempo, Einstein asumió que el Universo no cambiaba y era más bien estático. Para hacer que sus ecuaciones se ajustaran a tales suposiciones, Einstein añadió algo que él llamó "la constante cosmológica", cuya gravedad es repulsiva, sin tener la certeza de que ésta podría ser real.

Albert Einstein modificó el entendimiento humano acerca del universo de manera fundamental. La relatividad especial nos hizo revisar nuestras nociones del tiempo y el espacio, y la relatividad general modificó estas ideas para incluir una explicación de la hasta entonces misteriosa fuerza de gravedad. 

En 1929, el astrónomo estadounidense Edwin Hubble estudió la explosión de estrellas conocidas como supernovas  y descubrió que el universo se está expandiendo. Desde entonces, los científicos han tratado de determinar qué tan rápido. Parecía evidente que la gravedad pondría freno a la propagación del cosmos, por lo que la pregunta que muchos se preguntaron fue, cuánto es la ralentización de la expansión?

A principios de 1990, una cosa estaba bastante segura acerca de la expansión del Universo. Podría tener suficiente densidad de energía para detener su expansión y colapsar, podría tener tan poca densidad de energía que nunca dejaría de expandirse, pero se estaba seguro de que la gravedad podría desacelerar la expansión. Por supuesto, no se había observado la desaceleración, pero, en teoría, el universo tenía que reducir la velocidad. El universo está lleno de materia y la fuerza de atracción de la gravedad tira de toda la materia en conjunto. Hacia el año 1998 se realizaron observaciones con el telescopio espacial Hubble (HST. Dos equipos independientes de astrofísicos volvieron sus ojos a las supernovas (Tipo Ia) distantes para calcular la deceleración. Para su sorpresa, descubrieron que la expansión del universo no se estaba ralentizando, se acelera! Nadie esperaba esto, nadie sabía cómo explicarlo. Pero algo estaba causando.

Con el tiempo los teóricos propusieron tres tipo de explicaciones. Tal vez fue el resultado de una versión descartada de la teoría de Einstein de la gravedad, que contenía lo que se llamó una "constante cosmológica". Tal vez había algún tipo extraño de la energía del fluido que llena el espacio. Tal vez hay algo mal con la teoría de Einstein de la gravedad y una nueva teoría podría incluir algún tipo de campo que crea esta aceleración cósmica. Los teóricos todavía no saben cuál es la explicación correcta es, pero se han dado a la solución de un nombre. Se llama energía oscura.

¿Qué es la energía oscura?

NASA/STSci/Ann Feild

La figura muestra los cambios en la tasa de expansión desde el nacimiento del universo hace 15 millones de años. La curva cambia notablemente hace unos 7.5 millones de años, cuando los objetos en el universo comenzarom a apartarse entre sí a un ritmo más rápido. Los astrónomos teorizan que la tasa de expansión acelerada se debe a una misteriosa fuerza oscura que está tirando de las galaxias separandolas.

Pero no sabemos qué es. Sabemos cuánta energía oscura hay porque sabemos cómo afecta a la expansión del Universo. Aparte de eso, todo es un completo misterio. Pero es un misterio importante. Resulta que aproximadamente el 70 % del Universo es energía oscura. La materia oscura constituye alrededor del 25%. El resto, todo en la Tierra, todo lo que alguna vez se observa con todos nuestros instrumentos, toda la materia normal, suma menos del 5% del Universo.

Una explicación para la energía oscura es que es una propiedad del espacio. Albert Einstein fue el primero en darse cuenta de que el espacio vacío no es la nada. El espacio tiene increíbles propiedades, muchas de ellas están empezando a ser entendidas. Una versión de la teoría de la gravedad de Einstein, la versión que contiene una constante cosmológica, hace la siguiente predicción: "espacio vacío" puede poseer su propia energía. Debido a que esta energía es una propiedad del espacio mismo, no se diluiría a medida que el espacio se expande. Como el espacio es más grande, más energía entonces, por lo cual, la expanción será cada vez más rápida.

Por desgracia, nadie entiende por qué la constante cosmológica debe aún estar allí, y mucho menos por qué tiene exactamente el valor correcto para obtener la aceleración observada del Universo.

Otra explicación dice que el "espacio vacío" está en realidad lleno de partículas ("virtuales") temporales que se forman continuamente y luego desaparecen. Pero cuando los físicos trataron de calcular la cantidad de energía que esto le daría al espacio vacío, la respuesta salió mal, mal por mucho. El número salió 10^120 veces más grande. Eso es un 1 seguido de 120 ceros. Es difícil obtener una respuesta tan mala. Así que el misterio continúa. 

Una posible solución para la energía oscura es que el universo está lleno de un campo de energía cambiante, conocido como "quintaesencia ".  Pero, si la quintaesencia es la respuesta, todavía no sabemos lo que es, lo que interactúa con, o por qué existe. Así que el misterio continúa.

Una última posibilidad es que la teoría de la gravedad de Einstein no es la correcta. Que no sólo afecta a la expansión del Universo, sino que también afectaría a la forma en que la materia normal en las galaxias y cúmulos de galaxias se comportan. Este hecho sería clave decidir si la solución al problema de la energía oscura es una nueva teoría de la gravedad. ¿Qué tipo de teoría sería? ¿Cómo podría describir correctamente el movimiento de los cuerpos en el Sistema Solar, como la teoría de Einstein es conocida por ya explicarlo, y todavía darnos la predicción para el Universo que necesitamos? Hay teorías candidatas, pero ninguna es convincente. Así que el misterio continúa. 

Lo que se necesita para decidir entre las posibilidades de la energía oscura - una propiedad del espacio, una nueva dinámica de fluidos, o una nueva teoría de la gravedad - es más datos, mejores datos. Y hasta el momento la teoría más aceptada considera que la energía oscura una propiedad del espacio. Es decir, un universo con la constante cosmológica de Einstein. 


Fuentes: http://science.nasa.gov/
http://www.space.com/
http://hubblesite.org/