Las cuentas del universo no salen: ¿qué es la energía oscura?
No estamos totalmente seguras de lo que es. Precisamente por eso se están desarrollando modelos teóricos, contrastándolos con datos provenientes de unas observaciones cada vez más precisas y diseñando misiones que puedan arrojar luz sobre esta cuestión.
El universo se expande, eso sí lo sabemos. Cuando consideramos lo que sucede a distancias enormes, los grupos de galaxias se están alejando entre sí. Hace ya casi cien años, gracias a los análisis del astrónomo estadounidense Edwin Hubble, se concluyó que este hecho no es debido a un movimiento peculiar de las galaxias, sino a que el espacio cósmico que las contiene se está estirando. Además, este fenómeno podía explicarse de forma natural con la entonces nueva teoría gravitatoria, la Relatividad General.
Sin embargo, a finales del siglo pasado los avances tecnológicos nos llevaron a inaugurar la era de la cosmología de alta precisión. En 1998, tras analizar la luz proveniente de explosiones estelares lejanas, se descubrió que en la actualidad nuestro universo se está expandiendo de forma acelerada. Es decir, el espacio cósmico no sólo se está estirando, sino que la velocidad aparente a la que se alejan las unidades cosmológicas que contiene cada vez es mayor. En 2011 se concedió el premio Nobel de Física a los responsables de este descubrimiento: Saul Perlmutter, Brian Schmidt y Adam Riess.
Dicho hallazgo ha tenido implicaciones profundas. Asumiendo que la teoría de la Relatividad General puede describir la gravedad en todas las distancias que podemos pensar, que los grupos de galaxias se distribuyen uniformemente por el espacio (como las observaciones confirman), y que toda la materia es cómo la que vemos o la que se conoce como materia oscura (que no vemos pero se comporta gravitacionalmente como materia), el universo se debería expandir de forma decelerada; esto debería ser así porque la materia al atraer a otra materia frenaría la expansión.
Sin embargo, para poder describir la expansión acelerada del cosmos en este marco, necesitamos que alrededor del 70% del contenido energético de nuestro universo observable sea un nuevo tipo de energía de carácter gravitatorio repulsivo. A este ingrediente cósmico se le denomina energía oscura. Esta energía oscura debe permear todo el espacio y no interaccionar con la luz ni con la materia visible, por eso la llamamos oscura.
El modelo cosmológico estándar asume que la energía oscura es la constante cosmológica, un término que puede incluirse en la teoría relativista sin restarle simetría ni cambiar sus propiedades. Este término ya fue considerado por Einstein tras formular su teoría, con la intención de describir un universo que no se expandiese ni se contrajese; sin embargo, la inestabilidad de su modelo cósmico y las observaciones de Hubble le llevaron a abandonar esa propuesta. Desde entonces se ha avanzado en la comprensión de la constante cosmológica, notándose que puede interpretarse como la energía del vacío.
Con la constante cosmológica el modelo estándar nos proporciona una descripción simple y precisa de la evolución del universo. Es capaz de describir características de los datos astrofísicos y características de nuestro Universo de distinta naturaleza. Sin embargo, desde el punto de vista teórico, podría plantear ciertos problemas; en particular, parece que no sabemos muy bien cómo calcular el valor de la energía del vacío, ya que ese cálculo difiere enormemente del que necesitaríamos según las observaciones.
Desde un punto de vista observacional, en los últimos años se ha encontrado que las predicciones de la tasa actual de expansión del universo que se obtienen al observar estrellas o explosiones estelares difieren significativamente del valor obtenido con datos provenientes del cosmos joven y asumiendo el modelo cosmológico estándar. Esto hace que en la actualidad se estén considerando otros posibles modelos de energía oscura, desde una energía oscura dinámica a cambiar la teoría gravitatoria misma a las escalas cosmológicas.
Nos esperan unos años fascinantes en los que los datos provenientes de las observaciones podrían llevarnos a comprobar la precisión del modelo cosmológico estándar o tal vez vernos empujarnos a un cambio de paradigma.
Prado Martín Moruno es doctora en Física, investigadora y profesora contratada doctora del Departamento de Física Teórica de la Universidad Complutense de Madrid.
Coordinación y redacción: Victoria Toro.
Pregunta enviada vía email por Esther Baquero.
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