Demasiado oscuro



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Demasiado oscuro

En 1933, el estudio de las velocidades de ocho galaxias en el Clúster de coma, un grupo de galaxias ubicadas a unos 321 millones de años luz de la Tierra, el astrónomo suizo Fritz zwicky Decidió que debía haber mucha más materia de la que estábamos viendo, materia oscura. Las galaxias se movían tan rápido que de otro modo habrían sido desechadas. Aunque mediciones similares en otros cúmulos de galaxias han confirmado el resultado de Zwicky, la realidad es que la existencia de materia oscura no comenzó a tomarse en serio hasta casi 50 años después.

Durante la década de 1980, el desarrollo de la cosmología dio lugar a lo que se conoce como modelo estándar. Este modelo elegante y simple hizo uso de la teoría estándar de la física de partículas y la Teoría de la relatividad de Einstein y fue capaz de explicar la abundancia de hidrógeno y helio en el universo y la existencia de un Radiación de fondo emitido cuando el universo tenía sólo 400.000 años. Solo había un pequeño problema, el modelo requería incluir mucho más material del que hemos visto. En concreto, más del 85% de la materia del universo tenía que estar compuesta por un nuevo tipo de partícula exótica, de naturaleza desconocida y diferente a las partículas que vemos.

En este modelo, el universo se estaba expandiendo debido a la energía inicial de Big Bang, pero se pensaba que la expansión debería ser cada vez más lenta debido a la fuerza gravitacional entre toda la materia del cosmos. Esa fuerza, siempre atractiva, podría llegar a dominar la expansión y detenerla, incluso revertirla. En la década de 1990, dos grupos de científicos independientes comenzaron a medir esta desaceleración cósmica observando supernovas en galaxias distantes. Sin embargo, en 1998 anunciaron un resultado sorprendente: el universo no se está desacelerando como pensábamos, sino al contrario, se está expandiendo cada vez más rápido. Este anuncio les valió un boleto a Suecia para reclamar el premio. Premio Nobel de Física en 2011.

Para explicar este resultado con el modelo estándar, era necesario introducir un nuevo componente en el universo que se opusiera a la gravedad que nombraron, mostrando una gran originalidad, como energía oscura. En el nuevo modelo, la energía oscura hace la mayor contribución a la densidad de materia-energía en el universo, no menos del 70%, reemplazando el predominio de la materia oscura que representaría el 26%. Esto deja solo un 4% de materia ordinaria, de la que estamos hechos las estrellas, los planetas y nosotros mismos.

También se desconoce la naturaleza de la energía oscura. Una hipótesis, la más aceptada hasta la fecha, postula que la energía oscura obedece a una propiedad intrínseca del espacio, la energía de vacío predicho por la mecánica cuántica. En este caso, la densidad de la energía oscura permanecería constante en el tiempo y vendría dada por la cantidad conocida como constante cosmológica. Otros científicos han considerado la posibilidad de que la energía oscura se corresponda con algo completamente diferente: un campo físico denominado quintaesencia Nombre que se le da al material invisible que en la antigüedad se pensaba que llenaba todo el espacio vacío del universo. En este caso, las fuerzas fundamentales del universo oscilarían entre 4 y 5 y la densidad de la energía oscura disminuiría con el tiempo.

Desde el comienzo del universo, los dos grandes componentes, la energía y la materia oscura, han librado una batalla cósmica de proporciones épicas. Uno quiere mantener las galaxias juntas mientras el otro intenta evitarlo. Durante la mayor parte de la vida del universo, la materia oscura ha ganado la batalla. Es por eso que las galaxias del universo se agrupan en cúmulos de diferentes tamaños, unidos entre sí por filamentos, y que forman lo que se conoce como telaraña cósmica. Sin embargo, a medida que el universo se ha expandido, la densidad de la materia disminuye y, por el momento, el equilibrio entre la energía oscura y la materia está del lado de la primera. ¿Hace cuanto tiempo? Esto depende de cómo varía la densidad de la energía oscura, que a su vez depende de su naturaleza. Si resulta ser una constante cosmológica, su densidad se mantendrá constante, mientras que en el caso de una quintaesencia disminuirá, como la densidad de la materia, pero más lentamente. La forma de los filamentos y cómo cambian con el tiempo dependerá de cómo funcione la energía oscura.

A pesar de los experimentos realizados hasta la fecha, no ha sido posible encontrar una partícula candidata para materia oscura.

A pesar de los experimentos realizados hasta la fecha, no se ha encontrado ninguna partícula de materia oscura candidata. Por otro lado, se está haciendo un gran esfuerzo en todo el mundo para comprender qué es esta energía oscura que domina el contenido energético material del cosmos y cuán importante ha sido a lo largo de la vida del Universo. En muchos de estos experimentos es de gran importancia la participación de las instituciones españolas. Uno de estos proyectos se está llevando a cabo en Observatorio de Javalambre, en Teruel. Desde este observatorio se está realizando un mapeo del cielo que servirá para medir con gran detalle la estructura a gran escala y su evolución en el tiempo, lo que debería darnos información sobre la componente oscura del universo, tanto materia como energía. Otro proyecto con gran participación española es EUCLIDES, de la Agencia Espacial Europea. La recopilación de datos para caracterizar los detalles del modelo estándar no es sencilla, ya que los efectos deseados son extremadamente pequeños. Sin embargo, por primera vez contamos con la tecnología para ejecutarlos.

Finalmente, podría suceder que no exista ni materia oscura ni energía oscura. Esto nos llevaría a tener que modificar las leyes fundamentales de la física y la teoría de la relatividad general de Einstein. Sea cual sea la solución, lo que está claro es que los físicos lo estamos pasando muy bien y es seguro que, en los próximos años, seremos capaces de arrojar algo de luz sobre tanta oscuridad.

Patricia Sánchez Blázquez Es catedrático de la Universidad Complutense de Madrid (UCM)

Pablo G. Pérez González Es investigador del Centro de Astrobiología, dependiente del Consejo Superior de Investigaciones Científicas y del Instituto Nacional de Tecnología Aeroespacial (CAB / CSIC-INTA)

Vacío cósmico Es una sección donde nuestro conocimiento del universo se presenta cualitativa y cuantitativamente. Tiene como objetivo explicar la importancia de comprender el cosmos no solo desde un punto de vista científico sino también desde un punto de vista filosófico, social y económico. El nombre «vacío cósmico» se refiere al hecho de que el universo está y está, en su mayor parte, vacío, con menos de 1 átomo por metro cúbico, aunque paradójicamente, hay trillones de átomos por metro cúbico en nuestro entorno. que nos invita a reflexionar sobre nuestra existencia y la presencia de la vida en el universo.

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