Energia Oscura

La energía oscura es uno de los más grandes misterios que existen, una de las cosas más extrañas del universo. No más de un par de años atrás, el WMAP de la NASA realizó uno de los hallazgos más interesantes sobre el cosmos al lograr calcular la edad misma del universo y trazar la curvatura del espacio. Tras varias investigaciones, se supo que apenas el 4,6 % del universo está compuesto por átomos, mientras que un 23,3% es materia oscura y otro 72,1% es energía oscura.

Ahora bien, ¿qué es la energía oscura en realidad? Acompáñame para conocer qué respuestas tienen los científicos.

Durante la década de los 90 se logró entender varias cosas sobre el universo que a muchos les voló la cabeza: el universo se expande todo el tiempo, podría tener la energía suficiente como para detener su expansión y volver a colapsar y también podría tener tan poca densidad de energía como para nunca dejar de expandirse, pero la gravedad enlentece la expansión con el paso del tiempo. Aunque ese enlentecimiento nunca pudo observarse, en teoría debería suceder así, el universo debe reducir su velocidad. Toda la materia que se encuentra en el universo es atrapada y mantenida en conjunto por la gravedad, que la atrae y la mantiene unida.

Pero en el año 1998, gracias al Telescopio Espacial Hubble, se pudo observar supernovas ubicadas de forma sumamente distante que demostraron que en realidad, el universo se había estado expandiendo con mucha más lentitud que hoy. Por lo cual, en lugar de haber estado ralentizando su expansión a consecuencia de la gravedad, el universo se ha estado expandiendo cada vez con mayor velocidad y aunque nadie supo cómo explicarlo, no era una cuestión que tuviera tanto que ver con la fuerza de gravedad.

Las teorías comenzaron a surgir y hubieron 3 que prevalecieron, pero una que se había desechado hacía mucho tiempo, perteneciente a las teorías sobre la gravedad de Einstein, que mencionaba una constante cosmológica, fue fundamental. Básicamente, mencionaba que en el universo había una especie de energía, fluido o líquido que llenaba el espacio.

Se intentó profundizar la teoría de distintas maneras, pero los científicos no encontraron buenas explicaciones y se determinó que eso que produce la aceleración cósmica se llamaría energía oscura.

La energía oscura: misterio de misterios

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¿Qué sabemos o que creemos saber hoy sobre la energía oscura? Qué es una enorme cantidad de misteriosa energía que realmente existe, que ocupa 3/4 del universo y que opera en él, pero que no sabemos muy bien cómo ni en qué consiste.

Observando los efectos que provoca en el universo se han formulado algunas hipótesis y se sabe que afecta directamente la expansión del universo. Una explicación menciona que la energía oscura es una propiedad del espacio y Albert Einstein tuvo mucho que ver en ella, pues él fue el primero en notar que el espacio vacío, no es un espacio vacío en sí.

Él descubrió que es es posible que haya más espacio para el devenir de la existencia y que el vacío, el “espacio vacío” del universo, tiene su propia energía.

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Al ser este espacio una propiedad misma del universo, ésta no desaparece a medida que el universo se expande. Mientras más espacio se genera para la existencia, más de esta peculiar energía aparece y como consecuencia, el universo comienza a expandirse cada vez más e incluso, cada vez más rápido.

Sé que no es muy fácil entender toda esta cuestión, pero descuida, pues nadie entiende realmente por qué esta constante cosmológica está allí y mucho menos por qué tendrá el valor justo como para hacer que la aceleración del universo que se observa, sea esa.

También existen otras tantas explicaciones sobre la cuestión, una proviene de la teoría cuántica de la materia, en la cual se menciona que ese espacio vacío en realidad está lleno de partículas temporales, que se forman y se desintegran constantemente, aunque esta teoría tampoco pudo comprobarse desde la física ni la matemática.

Sin lugar a dudas, aún queda muchísimo por conocer al respecto, ¿no? ¿Conoces alguna de las otras teorías sobre la energía oscura? ¿Qué más sabes sobre este tema?

La energía oscura es una forma hipotética de energía que estaría presente en todo el espacio, produciendo una presión negativa y que tiende a incrementar la aceleración de la expansión del Universo, resultando en una fuerza gravitacional repulsiva. Asumir la existencia de la energía oscura es la manera más frecuente de explicar las observaciones recientes de que el Universo parece estar expandiéndose con aceleración positiva. En el modelo estándar de la cosmología, la energía oscura actualmente aporta casi tres cuartas partes de la masa-energía total del Universo.

Dos posibles formas de la energía oscura son la constante cosmológica, una densidad de energía constante que llena el espacio en forma homogénea[2] y campos escalares como la quintaesencia: campos dinámicos cuya densidad de energía puede variar en el tiempo y el espacio. De hecho, las contribuciones de los campos escalares que son constantes en el espacio normalmente también se incluyen en la constante cosmológica. Se piensa que la constante cosmológica se origina en la energía del vacío. Los campos escalares que cambian con el espacio son difíciles de distinguir de una constante cosmológica porque los cambios pueden ser extremadamente lentos.

Para distinguir entre ambas se necesitan mediciones muy precisas de la expansión del Universo, para ver si la velocidad de expansión cambia con el tiempo. La tasa de expansión está parametrizada por la ecuación de estado. La medición de la ecuación estado de la energía oscura es uno de los mayores retos de investigación actual de la cosmología física.

Añadir la constante cosmológica a la Métrica de Friedman-Lemaître-Robertson-Walker (FLRW) conduce al modelo Lambda-CDM, que se conoce como "modelo standard" de cosmología debido a su coincidencia precisa con las observaciones.

No se debe confundir la energía oscura con la materia oscura ya que, aunque ambas forman la mayor parte de la masa del Universo, la materia oscura es una forma de materia, mientras que la energía oscura es un campo que llena todo el espacio.

Descubrimiento de la energía oscura:

En 1998 las observaciones de supernovas de tipo 1a muy lejanas, realizadas por parte del Supernova Cosmology Project en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley y el High-z Supernova Search Team, sugirieron que la expansión del Universo se estaba acelerando. Desde entonces, esta aceleración se ha confirmado por varias fuentes independientes: medidas del fondo cósmico de microondas, las lentes gravitacionales, nucleosíntesis primigenia de elementos ligeros y la estructura a gran escala del Universo, así como una mejora en las medidas de las supernovas han sido consistentes con el modelo Lambda-CDM.

Las supernovas de tipo 1a proporcionan la principal prueba directa de la existencia de la energía oscura. Debido a la Ley de Hubble, todas las galaxias lejanas se alejan aparentemente de la Vía Láctea, mostrando un desplazamiento al rojo en el espectro luminoso debido al efecto Doppler. La medición del factor de escala en el momento que la luz fue emitida desde un objeto es obtenida fácilmente midiendo el corrimiento al rojo del objeto en recesión. Este desplazamiento indica la edad de un objeto lejano de forma proporcional, pero no absoluta. Por ejemplo, estudiando el espectro de un quasar se puede saber si se formó cuando el Universo tenía un 20% o un 30% de la edad actual, pero no se puede saber la edad absoluta del Universo. Para ello es necesario medir con precisión la expansión cosmológica. El valor que representa esta expansión en la actualidad se denomina Constante de Hubble. Para calcular esta constante se utilizan en cosmología las candelas estándar, que son determinados objetos astronómicos con la misma magnitud absoluta, que es conocida, de tal manera que es posible relacionar el brillo observado, o magnitud aparente, con la distancia. Sin las candelas estándar, es imposible medir la relación corrimiento al rojo-distancia de la ley de Hubble. Las supernovas tipo 1a son una de esas candelas estándar, debido a su gran magnitud absoluta, lo que posibilita que se puedan observar incluso en las galaxias más lejanas. En 1998 varias observaciones de estas supernovas en galaxias muy lejanas (y, por lo tanto, jóvenes) demostraron que la constante de Hubble no es tal, sino que su valor varía con el tiempo. Hasta ese momento se pensaba que la expansión del Universo se estaba frenando debido a la fuerza gravitatoria; sin embargo, se descubrió que se estaba acelerando, por lo que debía existir algún tipo de fuerza que acelerase el Universo.

La consistencia en magnitud absoluta para supernovas tipo 1a se ve favorecida por el modelo de una estrella enana blanca vieja que gana masa de una estrella compañera y crece hasta alcanzar el límite de Chandrasekhar definido de manera precisa. Con esta masa, la enana blanca es inestable ante fugas termonucleares y explota como una supernova tipo 1a con un brillo característico. El brillo observado de la supernova se pinta frente a su corrimiento al rojo y esto se utiliza para medir la historia de la expansión del Universo. Estas observaciones indican que la expansión del Universo no se está desacelerando, como sería de esperar para un Universo dominado por materia, sino más bien acelerándose. Estas observaciones se explican

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