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Energía Oscura: Los astrónomos no tienen pistas sobre la misteriosa fuerza que separa las galaxias

Suena como algo sacado de un episodio de Star Trek: Energía oscura, una fuerza misteriosa que nadie comprende, está causando que el universo se expanda cada vez a mayor velocidad. Tan solo hace unos pocos años, si le sugerías una idea como esta a los astrónomos, ellos te dirían que no pasaras tanto tiempo frente a la televisión y sí algo más en el mundo “real”.

Pero la energía oscura es real - o al menos eso piensa un número creciente de astrónomos. Sin embargo, en realidad ninguno puede explicarla.

"Francamente, no podemos entenderla", dice Craig Hogan, astrónomo de la Universidad de Washington en Seattle. "Conocemos los efectos que tiene", dice Hogan, pero en los detalles de la energía oscura, "estamos completamente sin ninguna pista. Y nadie tiene ni idea de este tema".

La energía oscura entró en la escena astronómica en 1998, después de que dos grupos de astrónomos hicieran un estudio sobre estrellas en explosión, o supernovas, en un número de galaxias distantes. Estos investigadores encontraron que las supernovas eran más débiles de lo que debían ser, y esto significaba que estaban más lejanas de lo que deberían estar. La única forma que esto fuese posible, según advirtieron los astrónomos, era que la expansión del Universo se hubiese acelerado en algún momento del pasado.

Este gráfico nos muestra en qué cantidad está compuesto el Universo de enegía oscura, materia oscura y materia común. (De arriba a abajo: Elementos Pesados, Neutrinos “Fantasma”, Estrellas, Hidrógeno Libre y Helio, Materia Oscura, Energía Oscura)

Hasta entonces, los astrónomos creían, en general, que la expansión cósmica estaba decelerando gradualmente debido al tirón gravitacional que cada galaxia individualmente ejerce sobre cada otra. Pero los resultados de las supernovas implicaban que alguna misteriosa fuerza estaba actuando contra el tirón de la gravedad, causando que las galaxias se separasen unas de otras a cada vez mayor velocidad.

Fue un descubrimiento impresionante.

Al principio, otros investigadores cuestionaron los resultados; quizás la supernova era más tenue debido a que su luz estaba siendo bloqueada por nubes de polvo interestelar. O tal vez las mismas supernovas eran intrínsecamente más débiles de lo que los científicos pensaron. Pero con una cuidadosa revisión, y más datos, estas explicaciones han sido dejadas a un lado en su mayor parte, y la hipótesis de la energía oscura cobra fuerza.

En cierto sentido, la idea no es completamente nueva. Einstein había incluido tal efecto anti-gravitatorio en su teoría de la relatividad general, en la llamada constante cosmológica. Pero el mismo Einstein, y más tarde otros astrónomos, llegaron a la conclusión de que era un tipo de “truco” matemático que tenía poca relación con el Universo real. En los años 90 nadie esperaba que este efecto pudiese volverse real.

Aún así, la anti-gravedad no es la forma adecuada de describir la energía oscura, dice Virginia Trimble de la Universidad del Sur de California en Irvine.

"No actúa exactamente en oposición a la gravedad", dice Trimble. "Hace exactamente lo que dice la relatividad general que debería hacer, si tuviese presión negativa".

Trimble tiene una forma bastante simple de imaginar el fenómeno.

"Si piensas en el Universo como un gran globo", dice, "cuando el globo se expande hace que la densidad local [de la energía oscura] sea más pequeña, y por esto el globo se expande algo más…. debido a que ejerce presión negativa. Mientras se encuentra dentro del globo trata de encogerlo sobre sí mismo y cuanto menor es la densidad dentro de él, menos puede encogerlo y se expande aún más. Esto es lo que sucede en la expansión del Universo".

La prueba de la supernova sugería que la aceleración comenzó hace 5000 millones de años. En ese momento, estaban ya lo bastante distantes por lo que su gravedad (la cual se hace más débil con la distancia) estaba abrumada por la por la relativamente suave pero constante fuerza de la energía oscura. Desde entonces, el continuo empuje de la energía oscura ha estado causando la aceleración de la expansión cósmica, y por lo que vemos ahora la expansión continuará indefinidamente.

"Eso significa que si miramos hoy el Universo desde fuera, y si esperamos muchos miles de millones de años", dice Hogan, "todo volará cada vez más rápido y en algún momento nos encontraremos solos”.

Lejos de estas desalentadoras predicciones, la energía oscura está causando algunos problemas a los astrónomos quienes tienen que ajustarse a una extravagante e inesperada nueva visión del Universo. Actualmente, deben aceptar la noción de materia oscura, la cual se piensa en la actualidad que existe en mayor cantidad que la materia común en el Universo, pero que nunca ha sido detectada en ningún laboratorio. Ahora, la llegada de una fuerza desconocida que regula la expansión cósmica añade un poco de sal en la herida.

"Soy tan aficionado a la materia y energía oscura como cualquiera", dice el astrónomo Richard Ellis de Caltech. Pero añade, "Encuentro muy preocupante que tengas un Universo con tres componentes, de los cuales solo uno [por ejemplo la materia común] se comprende físicamente".

"Cuando das clase a estudiantes universitarios, y te dicen, 'Bien, ¿y qué es la materia oscura?’,'Bueno, nadie está completamente seguro. '¿Qué es la energía oscura?', Estamos aún menos seguros de eso. Entonces tienes que explicarle a un estudiante que el 90 o 95 por ciento del Universo, se encuentra en dos ingredientes que nadie comprende en verdad”, dice Ellis. "No es un verdadero avance".

Nadie discute que la energía oscura es difícil de comprender. Y como apunta Trimble, es la primera idea difícilmente comprensible que los científicos han tenido que aceptar.

Este diagrama ilustra los cambios en la proporción de la expansión del Universo desde su nacimiento hace 15.000 millones de años. El punto más bajo de la curva corresponde a la mayor proporción de expansión. La curva cambia notablemente alrededor de hace 7.500 millones de años

"A la gente le ha costado dos generaciones sentirse cómodos con la mecánica quántica”, dice Trimble. "El hecho de no tener una intuición adecuada sobre [energía oscura] es cierta para la mecánica cuántica, relatividad general, y muchas otras cosas, debido a que no podemos simularlas fácilmente en el laboratorio".

Y para los cosmólogos, la energía oscura ha solucionado al menos una dificultad cosmológica suscitada por los estudios del Fondo Cósmico de Microondas o CMB (N. Del T: CMB son siglas de Cosmic Microwave Background).

Los últimos datos de fluctuaciones en la intensidad del CMB (una estela a lo largo de todo el cielo de energía de microondas que es el resultado observable más antiguo del Big Bang) encajan con los modelos teóricos de un Universo que seguirá en expansión para siempre. Los científicos tenían el misterio de qué era lo que mantenía la expansión en marcha; la energía oscura parece darnos la respuesta.

Pero esto no significa que la energía oscura haga la vida más fácil para los cosmólogos. Por una cosa, aún tienen que comprender lo que es. "Es importante darse cuenta de que la energía oscura es distinta de cualquier otro tipo de energía que jamás hayamos encontrado", dice Hogan.

"Presumiblemente, si obtenemos finalmente una verdadera teoría del todo, la cual incluye a la gravedad y el resto de fuerzas de la naturaleza, una de los primeras grandes pruebas que debe superar es, ¿predice la energía oscura?. ¿Lo hace de forma correcta o no?".

Mientras tanto, los astrónomos esperan observaciones de satélites diseñados para trazar el mapa del Fondo Cósmico de Microondas a una sensibilidad y resolución más precisa que nunca. Estos datos deberían revelar más cosas sobre la expansión del Universo y el papel que juega en esto la energía oscura.

Los experimentos en laboratorio están bajo la tutela de la Universidad de Washington que se encarga de comprobar cómo actúa la gravedad en pequeñas distancias, lo cual cree Hogan que pueda tener relación con la energía oscura.

"Están trabajando por debajo del milímetro", dice Hogan. "Si consiguen llegar a una décima de milímetro, estarán realmente en la escala donde poder probar algunos modelos de energía oscura".

Ellis hace hincapié en la importancia de observaciones adicionales para confirmar los resultados de la supernova y sus sensacionales implicaciones.

"Si los resultados de la supernova no se mantuviesen … debido a que se encontrase que la supernova es distinta en tiempos anteriores y ahora – quizá es más tenue por alguna razón que no comprendemos – entonces el Universo no estaría acelerando", dice Ellis. "Pienso que esto es improbable, pero también pienso que es muy importante realizar esta comprobación. Esta es una afirmación tan importante, y es tan contrario a la intuición el que el Universo estuviese acelerando, en mi opinión, que no deberíamos dejar ninguna sombra de duda. Deberíamos verificarlo lo mejor que podamos".

Autor: Andrew Chaikin
Traductor: Manuel Hermán
Sitio Web: Space.com

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Artículo Original: http://www.space.com/scienceastronomy/astronomy/cosmic_darknrg_020115-1.htm