Científicos han descubierto que una misteriosa presión llamada "energía oscura" supone el 68% de la energía total contenida en el cosmos, pero hasta ahora no sabemos mucho de ella.
Explorar la naturaleza de la energía oscura es una de las principales razones por las que la NASA construye el Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST, Telescopio de Búsqueda de Infrarrojos de Amplio Campo), un telescopio espacial cuyas mediciones traerán luz al misterio de la energía oscura. Con una mejor comprensión de la energía oscura, tendremos una idea mejor del pasado y del futuro de la evolución del universo.
WFIRST . Crédito: NASA
Hasta el siglo XX, la mayoría de la gente creía que el universo era estático, permaneciendo esencialmente sin cambios a través de la eternidad. Cuando Einstein desarrolló su teoría de la relatividad en 1915, describiendo como la gravedad actúa a través del tejido del espacio-tiempo, se sintió turbado al encontrar que la teoría indicaba que el cosmos se debía estar expandiendo o contrayendo. Hizo cambios para preservar un universo estático, añadiendo algo a lo que llamó "constante cosmológica", aunque no había evidencias de que de hecho existiera. Esta misteriosa fuerza se supone que se contrapone a la gravedad para dejar las cosas en su sitio.
Sin embargo, conforme a finales de los 20, el astrónomo Georges Lemaitre y después Edwin Hubble, hicieron el descubrimiento de que, con muy pocas excepciones, las galaxias se alejan las unas de las otras. El universo era de todo menos estático - se estaba inflando. Como consecuencia, si imaginamos hacia atrás esta expansión, debe de haber un momento en que todo el universo estaba muy caliente y agrupado.
La teoría del Big Bang describe la expansión y evolución del universo desde ese estado inicial supercaliente y superdenso. Los científicos pensaron que la gravedad finalmente se ralentizaría y posiblemente se revertiría la expansión. Si el universo tuviera suficiente materia, la gravedad superaría a la expansión, y en universo entonces colapsaría en un "Big Crunch".
Si no, la expansión nunca acabaría - las galaxias se alejarían cada vez más hasta superar el límite del universo observable. Nuestros descendientes lejanos podrían no saber de la existencia de otras galaxias ya que estarían muy lejos como para ser visibles. Gran parte de la astronomía moderna se convertiría un día en leyenda conforme el universo se difuminara gradualmente hacia un frío negro.
Los astrónomos han medido el ritmo de expansión usando telescopios terrestres para estudiar la relativamente cercanas explosiones de supernovas. El misterio aumentó cuando en 1998 las observaciones del Telescopio Espacial Hubble de supernovas más lejanas ayudaron a demostrar que el universo de hecho se expandía más lentamente en el pasado de lo que lo hace hoy. La expansión del universo no se reduce por la gravedad, como todos pensaban. Está acelerando.
Pasamos a la actualidad. Aunque todavía no sabemos que causa la aceleración, se le ha dado un nombre : Energía oscura. Esta misteriosa presión permanece sin descubrir tanto tiempo porque es tan débil que la gravedad la supera a escala de los humanos, de los planetas e incluso de la galaxia. Está presente en la habitación en la que lees esto, dentro de tu cuerpo, pero la gravedad se le opone de manera que no sales volando del asiento. Es sólo a escala intergaláctica que la energía oscura se vuelve apreciable, actuando como una especie de oposición débil a la gravedad.
¿Qué es exactamente la energía oscura? Se desconoce mucho más de lo que se conoce., pero los teóricos persiguen un par de explicaciones. La aceleración cósmica podría estar causada por un nuevo componente de la energía, lo que necesitaría realizar algunos ajustes a la teoría de la gravedad de Einstein - quizás la constante cosmológica, a la que Einstein llamó su mayor error, es real después de todo.
O podría ser que la teoría de la gravedad de Einstein falle a escalas cosmológicas. En este caso, la teoría necesitará ser reemplazada por una nueva que incorpore esta aceleración cósmica que observamos. Los teóricos aún no saben cual es la explicación correcta, pero WFIRST les ayudará a averiguarlo.
Misiones anteriores han dado algunas pistas, pero hasta ahora no dado resultados concluyentes a favor de una explicación u otra. Con la misma resolución que las cámaras del Hubble, pero con un campo de visión 100 veces mayor, WFIRST generará grandes imágenes, nunca antes vistas, del universo. La nueva misión avanzará en la exploración del misterio de la energía oscura de formas que otros telescopios no pueden, sobre como la materia está estructurada y distribuida por el universo, y si ha cambiado, y como ha cambiado, a lo largo de la historia cósmica.
La misión usará tres métodos de rastreo para buscar una explicación a la materia oscura. El High Latitud Spectroscopic Survey medirá distancias precisas y posiciones de millones de galaxias usando una técnica de "regla estándard". Midiendo como varía la distribución de galaxias con la distancia nos da una ventana hacia la evolución de la energía oscura con el tiempo. Este estudio conectará las distancias de las galaxias con los ecos de ondas sonoras justo tras el Big Bang y probará la teoría de Einstein de la gravedad sobre la edad del universo.
El High Latitude Imagine Survey, medirá las formas y distancias de galaxias y grupos de galaxias. La inmensa gravedad de objetos masivos curva el espacio-tiempo y causa que galaxias lejanas parezcan distorsionadas. Observar el grado de distorsión permite a los científicos inferir la distribución de la masa por el cosmos. Esto incluye a toda la materia que podemos ver directamente, como planetas y estrellas, así como la materia oscura - Otro misterio cósmico que solo es visible a través de sus efectos gravitacionales en la materia normal. Este rastreo ofrecerá mediciones independientes del crecimiento de grandes estructuras en el universo, y como la energía oscura ha afectado al cosmos.
WFIRST también realizará una búsqueda de un tipo de estrella explosiva, basándose en las observaciones que condujeron al descubrimiento de la expansión acelerada. Las supernovas tipo Ia ocurren cuando explota una estrella enana blanca. Las supernovas tipo Ia normalmente tienen el mismo brillo absoluto en su pico, conviertíendolas en "velas estándard". Esto significa que los astrónomos pueden determinar como están de lejos mirando como brillan vistan desde la Tierra - y cuanto más lejos estén menos brillan. Los astrónomos también observarán a las particulares longitudes de onda de luz que llegan de las supernovas para averiguar a que velocidad se alejan estas estrellas moribundas de nosotros. Combinando mediciones de distancias con brillos, los científicos verán como la energía oscura ha evolucionado con el tiempo, ofreciendo una doble comprobación a las dos búsqueda de alta altitud.
"La mision WFIRST es única combinando estos tres métodos. Nos llevará a una interpretación robusta y rica de los efectos de la energía oscura y nos permitirá una definición definitiva" dijo Olivier Doré, investigador del Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Pasadena, California y líder del equipo que planificó los dos primeros métodos de búsqueda del WFIRST
