¿Qué es la energía oscura y por qué domina el universo?

El mayor misterio de la física

Algo está separando el universo, y está ganando. Aproximadamente el 70% de toda la energía y la materia del cosmos consiste en una fuerza misteriosa llamada energía oscura. No se puede ver, tocar ni medir directamente, pero sus huellas están por todas partes. Sin ella, las estrellas, las galaxias y los vacíos que observan los científicos no tendrían sentido.

A pesar de décadas de investigación, los físicos aún no pueden decir qué es realmente la energía oscura. Lo que sí saben es que impulsa la expansión acelerada del universo, un descubrimiento tan sorprendente que le valió el Premio Nobel de Física de 2011.

Cómo se descubrió la energía oscura

La historia comienza en 1998, cuando dos equipos independientes de astrónomos estudiaron supernovas de Tipo Ia distantes, explosiones estelares cuyo brillo es lo suficientemente predecible como para servir de reglas cósmicas. Los equipos esperaban encontrar que la expansión del universo se estaba ralentizando, frenada por la gravedad. En cambio, las supernovas parecían más tenues de lo previsto, lo que significa que estaban más lejos de lo esperado. El universo no solo se estaba expandiendo, sino que se estaba acelerando.

Los astrónomos Adam Riess, Saul Perlmutter y Brian Schmidt lideraron el trabajo. Ese mismo año, el astrofísico de la Universidad de Chicago Michael Turner acuñó el término "energía oscura" en una reunión de física en Australia. El nombre se quedó, aunque describe algo que los científicos apenas comprenden.

Qué creen los científicos que podría ser

Varias teorías compiten para explicar la energía oscura:

• Energía del vacío (constante cosmológica): el espacio vacío en sí mismo conlleva una cantidad fija de energía, un concepto que Albert Einstein propuso originalmente. Sin embargo, la teoría cuántica predice un valor más de 100 órdenes de magnitud mayor de lo que se observa, lo que crea una de las mayores vergüenzas de la física.
• Quintaesencia: un campo de energía dinámico que impregna el universo y puede cambiar gradualmente con el tiempo, a diferencia de una constante fija.
• Gravedad modificada: tal vez la relatividad general de Einstein esté incompleta, y la aparente aceleración provenga de un fallo en la teoría en lugar de una nueva fuerza.

"No sabemos cuál es su naturaleza fundamental", ha dicho Turner. "¿Es la energía cuántica del espacio vacío? ¿Es un campo escalar? ¿Es algo más con lo que ni siquiera hemos soñado?"

Cómo buscan respuestas los científicos

Debido a que la energía oscura no se puede observar directamente, los investigadores estudian sus efectos en la estructura a gran escala del universo. Los principales enfoques incluyen:

• Estudios de supernovas: medir el brillo y la distancia de las estrellas en explosión para rastrear cómo ha cambiado la tasa de expansión a lo largo de miles de millones de años.
• Mapeo de galaxias: trazar las posiciones de millones de galaxias para detectar patrones, llamados oscilaciones acústicas de bariones, impresos en el universo primitivo. Estos patrones actúan como una regla cósmica.
• Lentes gravitacionales: estudiar cómo las estructuras masivas desvían la luz de las galaxias distantes, revelando la distribución de la materia y la geometría del espacio.

El Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura (DESI), montado en un telescopio en Arizona, completó recientemente su estudio de cinco años, mapeando más de 47 millones de galaxias y cuásares, seis veces más objetos que todos los estudios anteriores combinados. Sus primeros resultados sugieren que la energía oscura puede no ser constante, sino que podría estar evolucionando con el tiempo, un hallazgo que remodelaría la cosmología si se confirma.

Próximos proyectos como el Telescopio Espacial Nancy Grace Roman de la NASA y el Observatorio Vera C. Rubin con base en tierra impulsarán aún más las observaciones, mapeando miles de millones de galaxias más para ajustar las restricciones sobre el comportamiento de la energía oscura.

Por qué es importante

La energía oscura no solo llena los libros de texto, sino que determina el destino del universo. Si permanece constante, el cosmos se expandirá para siempre, las galaxias se separarán y el universo se volverá frío y oscuro durante billones de años. Si la energía oscura se fortalece, eventualmente podría desgarrar galaxias, estrellas e incluso átomos en un escenario llamado el "Gran Desgarro". Si se debilita, la gravedad podría algún día volver a juntarlo todo.

Por lo tanto, comprender la energía oscura no se trata solo de resolver un rompecabezas. Se trata de aprender cómo comenzó el universo, cómo evoluciona y cómo termina. Por ahora, la respuesta a la mayor pregunta de la física sigue siendo: aún no lo sabemos.