¿Qué es la energía oscura y por qué se acelera la expansión del universo?

La fuerza que gobierna el cosmos

Todo lo que se puede ver (cada estrella, planeta y galaxia) representa menos del 5% del universo. Otro 27% es materia oscura, una sustancia invisible que mantiene unidas a las galaxias. El 68% restante es algo aún más extraño: la energía oscura, una misteriosa influencia que está separando el universo a un ritmo cada vez mayor.

A diferencia de la gravedad, que atrae los objetos entre sí, la energía oscura actúa como una especie de antigravedad a escala cósmica. No se agrupa, no brilla y no se puede capturar en una botella. Sin embargo, gobierna el destino final de todo lo que existe.

Cómo se descubrió la energía oscura

En 1998, dos equipos independientes de astrónomos (el Supernova Cosmology Project y el High-z Supernova Search Team) estaban estudiando una clase especial de estrellas en explosión llamadas supernovas de tipo Ia. Estas explosiones estelares alcanzan aproximadamente el mismo brillo máximo, lo que las hace útiles como "candelas estándar" para medir distancias cósmicas.

Ambos equipos esperaban encontrar que la expansión del universo se estaba ralentizando bajo la atracción de la gravedad. En cambio, descubrieron lo contrario: las supernovas distantes eran más tenues de lo previsto, lo que significa que las galaxias que las albergaban estaban más lejos de lo esperado. El universo no solo se estaba expandiendo, sino que se estaba acelerando. El descubrimiento le valió a Saul Perlmutter, Brian Schmidt y Adam Riess el Premio Nobel de Física de 2011.

Teorías principales: ¿constante o cambiante?

Los científicos tienen dos explicaciones principales para la energía oscura, y no están de acuerdo en un punto crucial.

La constante cosmológica

La idea más simple se remonta a Albert Einstein. En 1917, añadió un término llamado constante cosmológica (Λ) a sus ecuaciones de la relatividad general para mantener el universo estático. Más tarde lo llamó su "mayor error" después de que Edwin Hubble demostrara que el universo se está expandiendo. Pero el descubrimiento de 1998 trajo de vuelta a Λ: describe perfectamente una densidad de energía fija entrelazada en el tejido del espacio mismo. A medida que el espacio se expande, aparece más de esta energía del vacío, alimentando continuamente la aceleración.

Energía oscura evolutiva

Una idea rival propone que la energía oscura no es constante, sino que cambia con el tiempo, un concepto que los físicos llaman quintaesencia. En este modelo, un campo dinámico impregna el espacio, y su fuerza puede aumentar o disminuir a medida que envejece el universo. Datos recientes del Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) han añadido combustible a este debate: sus mediciones de las oscilaciones acústicas de bariones (ondas sonoras congeladas en la distribución de las galaxias) sugieren que la cantidad de energía oscura puede ser aproximadamente un 10% menor ahora de lo que era hace 4.500 millones de años, según CERN Courier.

La evidencia es tentadora, pero aún no es concluyente. Los investigadores enfatizan que la significación estadística se sitúa entre 2,8 y 4,2 sigma, dependiendo de qué conjuntos de datos se combinen, muy por debajo del umbral de 5 sigma que los físicos exigen para reclamar un descubrimiento.

Por qué es importante para el destino del universo

La naturaleza de la energía oscura determina cómo termina el cosmos. Si permanece constante, el universo se expandirá para siempre, y las galaxias más allá de nuestro grupo local eventualmente retrocederán más allá del horizonte observable: un desvanecimiento lento y frío conocido como la Gran Congelación. Si la energía oscura se fortalece con el tiempo, eventualmente podría desgarrar galaxias, estrellas e incluso átomos en un Gran Desgarro catastrófico. Si se debilita, la expansión podría disminuir o incluso revertirse, lo que llevaría a un Gran Colapso.

Cómo los científicos están buscando respuestas

Una nueva generación de instrumentos está cartografiando el universo con una precisión sin precedentes. El Dark Energy Survey publicó recientemente su análisis final de seis años de datos recopilados de un telescopio en los Andes chilenos, catalogando 669 millones de galaxias a lo largo de 758 noches de observación. Sus resultados combinados han duplicado la precisión de las restricciones anteriores sobre la historia de la expansión del universo.

Mientras tanto, DESI continúa construyendo el mapa tridimensional más grande del cosmos, y el Vera C. Rubin Observatory, que se espera que comience su estudio de una década pronto, rastreará miles de millones de galaxias para medir cómo crecen las estructuras cósmicas bajo el tira y afloja entre la gravedad y la energía oscura. La misión Euclid de la Agencia Espacial Europea, lanzada en 2023, está llevando a cabo su propio estudio de todo el cielo desde el espacio.

Juntos, estos proyectos pueden finalmente revelar si la energía oscura es la constante inmutable de Einstein o algo mucho más dinámico y, al hacerlo, decirnos cómo termina la historia del universo.