Autor: Alberto Casas, Profesor de Investigación del CSIC e investigador en el IFT.
La energía oscura es sin duda uno de los descubrimientos más extraordinarios y desconcertantes de los últimos tiempos. Si el universo tuviera una etiqueta de fábrica que describiera su contenido, al estilo de una lata de conservas, leeríamos que su principal ingrediente es la energía oscura, la cual representa un 68% del total. Las pruebas acerca de su existencia son fehacientes, casi abrumadoras; sin embargo, es mucho más lo que ignoramos de ella que lo que sabemos. A día de hoy no conocemos su naturaleza, ni su origen, ni el porqué de su existencia y su abundancia.
La energía oscura no es solo enigmática; también es problemática, ya que es muy difícil encajarla de forma natural dentro de los paradigmas actuales de la física moderna. Cuando comprendamos su misterio, seguramente aprenderemos algo nuevo y profundo sobre la naturaleza. Pero la energía oscura no es solo un fascinante rompecabezas académico. Es el ingrediente que marcará el destino del universo.
La expansión acelerada
La descripción más perfecta que poseemos de la fuerza de la gravedad (hasta ahora sin un solo fallo) es la que nos proporciona la teoría de la relatividad general (abreviadamente, RG) de Einstein. La ecuación principal de esta teoría maravillosa predice que el universo ha de atravesar una fase de expansión, que es precisamente en la que nos encontramos. Las observaciones indican (desde las primeras mediciones de Edwin Hubble en 1929) que las galaxias se alejan unas de otras. Concretamente, por cada millón de años-luz de distancia, la velocidad de alejamiento aumenta en 20 km/s. Por ejemplo, una galaxia situada a 1000 millones de años-luz se aleja de nosotros a unos 20.000 km/s. Este es el ritmo de expansión actual.
Pero, ¿cómo ha evolucionado ese ritmo a lo largo del tiempo? Según la teoría de la RG todo está gobernado por el contenido de materia y energía del universo. Para un universo lleno de materia y radiación, el ritmo de expansión debe ralentizarse progresivamente. Esto es de hecho lo que se creía que pasaba hasta que en los años 90 dos colaboraciones científicas (High-z Supernova Search Team y Supernova Cosmology Project) se propusieron medir esa ralentización. ¿Cómo lo hicieron?
Recordemos que cuando miramos a un objeto lejano, no lo vemos como es ahora mismo, sino cómo era cuando emitió la luz que ahora recibimos. Por tanto, midiendo las velocidades de alejamiento de objetos situados a diferentes distancias, se puede deducir el ritmo de expansión del universo en distintas épocas. Para esta tarea es necesario determinar la distancia a la que está el objeto y su velocidad de alejamiento por métodos independientes. Esta última se mide gracias al efecto Doppler, el cual hace que la longitud de onda de la luz emitida por el objeto se alargue como consecuencia de su velocidad de alejamiento. Es el famoso «corrimiento al rojo» cósmico.
Por otro lado, medir la distancia que nos separa del objeto es una tarea más difícil. Una forma de hacerlo es comparar su luminosidad aparente con su luminosidad real. Si usted distingue a lo lejos la luz de una linterna, puede estimar a qué distancia se encuentra midiendo su brillo aparente (cuanto más lejana, menos brillo aparente). Pero para hacerlo con precisión, necesitará saber cuál es el brillo real de la linterna. En este sentido, unas linternas excelentes son las llamadas supernovas del tipo Ia.
Las supernovas son estrellas en explosión, extraordinariamente brillantes (tanto como una galaxia entera), y las de ese tipo producen siempre, con gran regularidad, el mismo brillo real. Así que, observando el brillo aparente y el corrimiento al rojo de una supernova del tipo Ia, podemos deducir la distancia a la que se encuentra y su velocidad de alejamiento. Mirando muchas supernovas a diferentes distancias, podemos reconstruir el ritmo de expansión del universo desde sus orígenes hasta el momento presente. De este modo, los dos proyectos mencionados arriba determinaron, de forma independiente, cómo había variado el ritmo de expansión del universo desde épocas remotas hasta ahora. Y lo que descubrieron, en contra de todas las expectativas, fue que la expansión del universo no se está frenando, sino todo lo contrario: se está acelerando; un proceso que comenzó hace unos cinco mil millones de años. Los dos grupos presentaron sus resultados en 1998 y desde entonces estos han sido confirmados repetidamente por otros equipos.
¿Cuál es la causa de esta sorprendente expansión acelerada?