¿Qué es la energía oscura?

La energía oscura es uno de los grandes misterios sin resolver de la cosmología. Se cree que ahora constituye el 68% de todo en el universo.

Este diagrama revela los cambios en la tasa de expansión desde el nacimiento del universo hace 15.000 millones de años. Cuanto más superficial es la curva, más rápido es el ritmo de expansión. La curva cambia notablemente hace unos 7.500 millones de años, cuando los objetos del universo empezaron a separarse a un ritmo más rápido. Los astrónomos teorizan que la tasa de expansión más rápida se debe a una misteriosa fuerza oscura: la energía oscura. Imagen vía NASA/ STSci/ Ann Feild/ HubbleSite.

La energía oscura es el nombre dado a la misteriosa fuerza que está causando que la tasa de expansión de nuestro universo se acelere con el tiempo, en lugar de disminuir, lo contrario de lo que se podría esperar de un universo que comenzó con un «Big Bang». Los astrónomos del siglo XX aprendieron que el universo se está expandiendo. Pensaron que la expansión podría continuar para siempre, o eventualmente -si el universo tenía suficiente masa y, por lo tanto, suficiente autogravedad— revertirse y causar un «Big Crunch» (Gran Colapso o Gran Implosión). Ahora, en la cosmología de principios del siglo XXI, esa idea ha evolucionado. Se considera que el universo se expande hoy más rápido que hace miles de millones de años. ¿Qué podría estar causando que la tasa de expansión aumente? Los astrónomos empiezan a hablar de una fuerza repulsiva como una posible forma de entenderla. 

Hasta finales de los 90, la mayoría de los cosmólogos creía que el universo no tenía suficiente masa para causar un «Big Crunch». En particular, los datos adquiridos por el 2dF Galaxy Redshift Survey y el Sloan Digital Sky Survey parecían confirmar que el universo se expandiría para siempre, aunque a un ritmo cada vez más lento a medida que la propia masa del universo y su propia gravedad trataban de hacerla retroceder.

La primera indicación de algo revolucionario a punto de ser descubierto surgió en 1998 durante un estudio de supernovas de Tipo 1A. Estas explosiones masivas de estrellas gigantes moribundas son extremadamente útiles para los astrónomos porque siempre emiten la misma cantidad de luz y, por tanto, pueden ser usadas como las llamadas «velas estándar» para calcular las distancias en el cosmos. Esta es una idea muy simple. Piense en las luciérnagas por la noche: todas brillan con el mismo brillo intrínseco. Midiendo su brillo desde la posición del observador, se puede calcular su distancia.

El estudio de 1998 fue realizado por dos grupos internacionales de astrónomos, entre ellos los estadounidenses Adam Riess y Saul Perlmutter, y Brian Schmidt en Australia. Utilizando ocho telescopios en todo el mundo, su objetivo era utilizar la distancia de las supernovas de Tipo 1A para calcular la tasa de expansión del universo, conocida como la Constante de Hubble (aunque en realidad, como la tasa de expansión del universo varía con el tiempo, técnicamente no es una constante).

Los resultados del estudio fueron sorprendentes. Las distantes supernovas que explotaron cuando el

universo tenía sólo 2/3 de su edad actual eran mucho más débiles de lo que deberían haber sido y, por lo tanto, estaban mucho más lejos, lo que implicaba que el universo se había expandido mucho más rápido de lo que lo debería haber hecho, si las ideas actuales eran correctas.

Cuando se revelaron estos resultados, la comunidad astronómica se mostró muy escéptica, y las observaciones fueron pronto replicadas por otros equipos y otros métodos. En el cambio de milenio se hizo evidente que la expansión del universo no está, como se creía comúnmente, disminuyendo. En realidad se está acelerando.

Aún más extraño es que la expansión se había desacelerado, como era de esperar, hasta siete u ocho mil millones de años después del Big Bang. Pero entonces, por razones completamente desconocidas, una misteriosa «fuerza antigravitatoria» comenzó a dominar, superando el freno que la gravedad estaba poniendo a la expansión, que luego invirtió su desaceleración y comenzó a acelerar.

Pueden imaginar lo impactante que fue esta revelación para astrónomos y cosmólogos.

La fuerza responsable de esta aceleración fue denominada por los científicos como energía oscura. En este caso, oscuro significa desconocido en lugar oscuro en sentido literal, como es el caso de la materia oscura. Debe tenerse en cuenta que la energía oscura y la materia oscura son fenómenos totalmente inconexos. Más información: ¿Qué es la materiaoscura?

Para añadir más carga al misterio, las propiedades de esta extraña energía oscura parecen coincidir con la constante cosmológica de Einstein, a veces llamada su fudge factor (factor de distorsión o coeficiente de corrección, una cantidad o elemento ad hoc que se introduce en un cálculo, fórmula o modelo para que se ajuste a las observaciones o expectativas; se define por el cociente resultante de dividir un valor experimental por su valor teórico) y más tarde descrita por el propio Einstein como el mayor error profesional de su vida. Einstein detestaba la idea de un universo en expansión, prefiriendo el estático postulado por la cosmología de estado estacionario, que era popular a principios del siglo XX. Inventó una fuerza antigravitatoria, de origen indefinido, para contrarrestar la expansión observada del universo, que daría lugar a un universo no en expansión. Sin embargo, Einstein se retractó más tarde de esta idea, que no fue apoyada por las observaciones.

La energía oscura es uno de los grandes misterios sin resolver de la cosmología: se cree que ahora constituye el 68% de todo el universo, con la materia normal, llamada «bariónica» -cada porción de materia que podemos ver realmente— que comprende sólo un 5%, y el resto consiste en materia oscura, otro gran enigma cósmico.

La energía oscura se comporta como la fuerza antigravitatoria de Einstein, pero su naturaleza y origen siguen siendo desconocidos. Uno de sus mayores misterios es por qué la energía oscura comenzó a dominar la tasa de expansión del universo en un momento determinado miles de millones de años después del Big Bang. Si existe ahora, ¿por qué no estuvo ahí todo el tiempo?

La física de la energía oscura es altamente especulativa. Una idea que ha ganado terreno en los últimos años es que la energía oscura se asemeja a una fuerza conocida como «quintaesencia», que es un pariente del Campo de Higgs. Pero hasta ahora no hay pruebas de observación que apoyen o descarten esto.

Los cosmólogos tampoco tienen idea de si la energía oscura continuará acelerando la expansión del universo para siempre, lo que lleva a un escenario, en un futuro lejano, donde la aceleración superará las fuerzas que mantienen el universo unido y literalmente desgarrará toda la materia del cosmos, en un escenario de pesadilla conocido como el Gran Desgarramiento.

Hay varias misiones espaciales y estudios terrestres actuales y futuros que investigarán la naturaleza de la energía oscura, incluido el telescopio orbital WFIRST de la NASA y el Estudio Internacional de la Energía Oscura, con sede en Chile.

Se espera que pronto lleguemos a una mayor comprensión de esta misteriosa fuerza, que está teniendo tanta influencia en el futuro del cosmos, pero para obtener esa comprensión tenemos que esbozar una historia mucho más completa del universo. Sin embargo, la arqueología de 13.700 millones de años es extremadamente difícil y consume mucho tiempo, con tantos estratos antiguos en esa historia desaparecidos o indistintos, por lo que no podemos esperar ninguna revelación repentina.

En resumen: El universo se está expandiendo más rápido de lo que predijeron las teorías más antiguas. La energía oscura, uno de los grandes misterios sin resolver de la cosmología, puede causar su expansión acelerada. Se cree que la energía oscura constituye el 68% de todo el universo.

Vía | Andy Briggs para EarthSky.