El Cosmos


Una fuerza misteriosa llamada energía oscura está haciendo que el universo se expanda a una velocidad mayor que la estimada anteriormente.

¿Colapsará finalmente el universo en un “gran mordisco”, se expandirá para siempre en la “gran soledad”, o será despedazado totalmente en el “gran desgarrón”?.

La clave para la respuesta de estas preguntas parece residir en una misteriosa forma de energía que ha estado haciendo sonar su látigo cósmico sobre el universo por los últimos 6 o 7 mil millones de años. Esta energía oscura sería la causa de que el universo esté creciendo a un ritmo acelerado, en lugar de a una velocidad que los científicos pensaban anteriormente que se iría desacelerando para siempre.

Seis años después de que los astrónomos asombraran por primera vez al mundo científico con este descubrimiento, los investigadores dicen que la energía oscura todavía los tiene desconcertados. Sin embargo, varios estudios reportados a lo largo del último año han fortalecido la evidencia de que la energía oscura actúa como un pedal de acelerador cósmico, dicen los investigadores.

Los resultados “apuntan a la promesa de mejorar nuestra comprensión acerca de la energía oscura”, dice Michael Turner, principal del departamento de astronomía y astrofísica de la Universidad de Chicago. Esa comprensión, dice, resulta crítica para la respuesta de cuestiones fundamentales sobre el origen y futuro del universo y de la naturaleza de la materia y del espacio-tiempo. 

La semana pasada, investigadores de Gran Bretaña, Alemania y de los EE.UU. anunciaron los resultados de estudios del gas caliente que rodea vastos racimos de galaxias. El esfuerzo, que utilizó al Observatorio Chandra de Rayos-X de la NASA, fue diseñado para determinar la cantidad de energía oscura que contiene el universo, comparada con otras formas de materia y energía. Además, el equipo intentó ver si la cantidad de energía oscura cambia con el tiempo, lo que es clave para la determinación de su naturaleza.

Cualquiera que vea sus resultados podría ser disculpado si se siente un poco especial. El equipo encontró que el 4% del universo está hecho de materia ordinaria. Otro 21% consiste en la así llamada materia oscura, que es inferida por sus efectos gravitatorios sobre la materia. El 75% restante consiste en energía oscura, la que ejerce una forma de presión que hace que actúe como la gravedad puesta en reversa. Estos resultados son consistentes con los que fueron reportados el año pasado por las mediciones satelitales del resplandor del big bang: el fondo cósmico de microondas. 

Si la cantidad de energía oscura es constante, dicen los astrónomos, el universo continuará expandiéndose a una velocidad acelerada. En unos 20 mil millones de años o algo así, solamente serán visibles desde la Tierra unas 100 galaxias. Piensen en ello como “la gran soledad”. Si la energía oscura cambiara con el tiempo, podría disminuir y permitir que la gravedad dominara otra vez, impulsando al universo a colapsar en un “gran mordisco” (”big crunch”). O podría aumentar sus efectos y acelerar cada vez más la expansión, lo que llevaría al “gran desgarro” (”big rip”), en el cual la misma esencia del espacio-tiempo se estira tan rápidamente que aún los átomos resultan destrozados.

Basado en las observaciones del equipo, Steve Allen, un astrónomo de la Universidad de Cambridge en Inglaterra y líder del grupo, dice que la energía oscura se mantiene constante y “se comporta de forma muy parecida a la constante cosmológica de las teorías de Einstein” sobre la evolución del universo

Esencialmente, esto significa que la cantidad de energía por volumen del espacio permanece constante. Si esta observación se sigue manteniendo bajo programas más rigurosos, podría estrechar sustancialmente el espectro de las explicaciones sobre lo que realmente es la energía oscura.

Lo que no sería malo para una “constante” a la que Albert Einstein llamó su mayor equivocación. En 1917, cuando sopesó las implicaciones de su teoría general de la relatividad para el universo, la mayoría de los astrónomos creía que el tamaño del universo era invariable. Otras galaxias aparecían en sus placas fotográficas, pero muchos pensaban que las borrosas imágenes eran nebulosas o cúmulos estelares en la Vía Láctea.

Cuando Einstein aplicó sus ecuaciones al universo observado, los números lo llevaron a una conclusión inquietante. Dada la forma en que las ecuaciones mostraban que la gravedad distorsionaba la forma del espacio-tiempo, y dadas las cantidades de masa y energía en el universo que ejercían gravedad, el cosmos no podría permanecer estático. Tendría que colapsar a causa de la atracción gravitatoria.

Los observadores no veían ninguna evidencia de cambio, así que razonó que tendría que haber alguna forma de “energía negativa” que se opusiera al tirón gravitatorio. Manejando sus números, pudo conseguir un universo estático.

En la década de 1920, Edwin Hubble hizo estallar la burbuja de Einstein. Utilizando los telescopios más poderosos de su época, Hubble demostró que las manchas borrosas eran galaxias, y que esas galaxias parecían estar alejándose a una velocidad acelerada. El universo estaba en expansión.

Por casi 60 años más, los astrónomos acudirían al error de Einstein para explicar algún que otro nuevo fenómeno, pero solamente para encontrar más tarde que las explicaciones más convencionales eran las correctas.

Mientras tanto, los físicos de partículas de los ’60 estaban trabajando sobre ideas de la mecánica cuántica en las cuales un vacío podía exhibir una forma de energía. Y cuando aplicaron la teoría de la relatividad general de Einstein a esta energía de vacío, la que se pensaba que permeaba el cosmos, producía una gravitación repulsiva que imitaba a la constante cosmológica de Einstein. Estos trabajos le dieron a esta característica una base de física de la que había carecido.

Lo único que quedaba por hacer era observar la naturaleza. Eso llegó en 1998, cuando dos equipos que trabajaban independientemente reportaron observaciones que demostraban que el universo se estaba expandiendo con una aceleración mayor a la que debería tener.

Esta vez, la invocación de una energía oscura gravitatoriamente repulsiva parece ser la respuesta correcta. Pero la forma en que se relaciona con los descubrimientos de los físicos sobre las fuerzas de la naturaleza y las partículas sub-atómicas asociadas con ellas, permanece en el misterio. De hecho, la energía oscura podría ser la constante cosmológica de Einstein. O podría ser un campo cuántico denominado “quintaesencia”. O quizás podría ser un nuevo aspecto de la propia gravedad.

“Debemos recordar que la llamamos energía oscura, pero éso da la falsa impresión de que comprendemos lo qué es. Realmente, no lo sabemos”, dice Adam Riess, un astrónomo del Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial en Baltimore, Maryland. A principios de este año, el Dr. Riess y sus colegas agregaron lo que muchos astrónomos llaman un avance significativo en la observación de la energía oscura.

En febrero, el equipo publicó algunos resultados de observaciones del Telescopio Espacial Hubble que abarcaban una variedad de distancias y períodos en la historia del universo. Encontraron el momento, hace unos 6 mil millones de años, cuando ocurrió el cambio de una disminución de la aceleración de expansión del universo, a un aumento de la misma, un punto de inflexión que ha sido llegado a conocer como el “gran sacudón” (”big jerk”). El equipo utilizó la luz de una poderosa “candela estelar”, un tipo de estrella explosiva, o supernova, para calcular las distancias. Luego, utilizaron datos espectrográficos de esos objetos para determinar la velocidad a la cual estaban retrocediendo las galaxias que contenían estas supernovas.

Una tercera gran contribución llegó el año pasado, proveniente de los estudios que involucraban a las mediciones del fondo cósmico de microondas realizadas por un satélite de la NASA y a observaciones de la Inspección Celestial Digital Sloan. Ambos apuntaban a que la energía oscura era el ingrediente dominante de la receta universal. Y al combinar datos de los dos, cuatro equipos que trabajaban independientemente encontraron evidencia de la acción de la energía oscura en la escala de los racimos de galaxias, que cubren enormes extensiones del espacio y abarcan desde 50 a 1.000 galaxias.

Tomados en conjunto, los estudios de los rayos-X, de las supernovas y de la inspección de microondas representan una “evidencia extraordinaria” sobre la energía oscura, dijo Turner, de la Universidad de Chicago, en un informe de la semana pasada.

El paso siguiente será aprender si la energía oscura varía con el tiempo. Riess y sus colegas ya han recibido una generosa cantidad de tiempo de observación en el Telescopio Espacial Hubble para el año próximo, a los efectos de lograr una visión más detallada de los trabajos de la energía oscura. Se están planificando observaciones ópticas en telescopios con base en tierra y en el espacio para estudiarla. Los radiotelescopios con base en tierra ya se están involucrando en el asunto. Y Chandra estudiará más racimos de galaxias en un mayor rango de distancias.

El descubrimiento de la energía oscura le ha proporcionado a los investigadores “el más profundo problema de toda la ciencia”, dice Turner. Resolverlo “requerirá de toda nuestra energía”. 

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