El lado oscuro del Universo

Sergio de Régules

Dime cuánto brillas y te diré a qué distancia estás

Cuando no podemos acercarnos a un objeto luminoso, es posible obtener mucha información analizando su luz.

Los astrónomos usan el mismo método para determinar las distancias más grandes en el Universo (las que median entre las galaxias), pueden medir luminosidades con toda precisión y saben exactamente cuánto se atenúa la luz con la distancia, lo único que necesitan para saber a qué distancia se encuentra una galaxia es localizar en ella algún objeto cuya luminosidad intrínseca se conozca: un objeto que sirva como patrón de luminosidad.

Lo que está escrito en el cielo

Usando el primer patrón de luminosidad que sirvió para medir distancias intergalácticas, el astrónomo estadounidense Edwin Hubble calculó en 1929 las distancias de alrededor de 90 “nebulosas espirales”. Luego comparó sus datos con los estudios de velocidad de las galaxias, que habían hecho otros astrónomos.

La luz de una galaxia también puede decirnos a qué velocidad se acerca o se aleja de nosotros, a luz de una galaxia se ve más roja (corrimiento al rojo) cuando ésta se aleja y más azul (corrimiento al azul) cuando se acerca.

Cuanto  más lejos está una galaxia, más rápido se aleja y que la relación entre distancia y velocidad es una simple proporcionalidad directa: una galaxia al doble de la distancia se aleja al doble de la velocidad esto se llama ley de Hubble. El descubrimiento de Hubble condujo al poco tiempo a la teoría del Big Bang del origen del Universo

En 1965, Arno Penzias y Robert Wilson, dos físicos que estaban probando una antena de comunicación satelital, detectaron un ruidito persistente que no podían explicar. Éste resultó ser el rastro del violento origen del Universo (radiación de fondo), y sirvió para convencer a casi todo el mundo de la teoría del Big Bang.

Poco o mucho

En 1916, Albert Einstein publicó la teoría general de la relatividad, (usada por los  cosmólogos para describir la forma global del Universo),  esta teoría permite dos posibilidades insólitas: si el espacio tiene curvatura positiva (esfera), los ángulos de un triángulo suman más de 180 grados, si tiene curvatura negativa(silla de montar) menos. Depende de cuánta materia y energía contenga éste en total:

·         poca materia y energía = curvatura negativa

·         ni mucha ni poca = geometría plana

·         mucha = curvatura positiva

Las observaciones indicaban que había tan poca materia que el Universo debía tener curvatura negativa, se determinó que la fuerza de la gravedad frenaba la expansión del universo.

¿Dónde quedó el Universo?

A mediados de los 90s se establecía:

*El modelo inflacionario proponía que el Universo debía contener suficiente materia y energía para que la expansión se fuera deteniendo sin nunca parar por completo (geometría plana).

*Los estudios de la radiación de fondo corroboraban observacionalmente que el Universo es de geometría plana.

*Los recuentos del contenido de materia y energía del Universo afirmaban que éstas no alcanzaban para producir la geometría plana que exigían el modelo inflacionario y los estudios de la radiación de fondo.

Por lo tanto, concluyeron los cosmólogos, faltaba una parte del Universo. (alrededor del 75% de la materia o energía necesaria para explicar que el Universo cumple con una geometría plana).

Grandes explosiones, tenues lucecitas

El 15 de octubre de 1998 el telescopio Keck II, situado en la cima del volcán Kilauea, en Hawai, observaron una supernova, en un área de la constelación de Pegaso (una estrella que hizo explosión); la llamaron Albinoni,

Nueve días después, un equipo internacional de investigadores usaron el Telescopio Espacial Hubble, además del Keck II, para medir la luminosidad aparente de Albinoni, así como el corrimiento al rojo de la galaxia en la que se localiza. Después de varios días confirmaron que se trataba de una supernova con un corrimiento al rojo que indicaba que hizo explosión hace miles de millones de años. Hoy en día, las supernovas Ia son el patrón más usado para determinar distancias a galaxias muy lejanas.

Expansión acelerada

El corrimiento al rojo de las galaxias lejanas se debe a que la expansión del Universo “estira” su luz; comparándolo con la distancia a la que se encuentra la galaxia se obtiene información acerca del ritmo de expansión del Universo en épocas remotas.

Para 1998, los equipos de Schmidt y Perlmutter habían estudiado unas 40 supernovas que explotaron entre 4 000 y 7 000 millones de años atrás. Los datos obtenidos mostraban que las supernovas se veían 25% más tenues de lo que correspondía a su corrimiento al rojo (de acuerdo a la teoría del Big Bang) ; los investigadores llegaron a la conclusión de que  la expansión del Universo, lejos de frenarse, se está acelerando.

El lado oscuro

Estos descubrimientos tienen implicaciones en la edad del Universo pues esta se calculaba suponiendo que la gravedad frenaba la expansión; si en vez de frenarse, se acelera, el cálculo cambia y el Universo resulta más antiguo.

La mayor implicación se refiere a la gravedad, si esta es una fuerza de atracción y, en efecto, tiende a frenar la expansión del Universo, ¿Qué la acelera?.

El efecto de aceleración cósmica requiere grandes cantidades de energía, de modo que hay más energía en el Universo de la que habíamos visto hasta hoy; a esta nueva energía se le ha denominado oscura porque no se ve,

Dos posibilidades

Antes de 1929 se creía que el Universo era estático. Cuando la teoría general de la relatividad mostró que no podía ser así, Einstein añadió a sus ecuaciones un término que representaba una especie de fuerza de repulsión gravitacional y que tenía el efecto de mantener quieto al Universo. Le llamó constante cosmológica. Cuando Hubble descubrió la expansión del Universo, Einstein retiró la constante cosmológica misma que reapareció, en el modelo inflacionario del Big Bang, y podría ser el origen de la fuerza de repulsión.

La constante cosmológica es una propiedad intrínseca del espacio, es la energía que no se puede reducir y es inseparable del espacio lo que podría explicar la materia obscura.

Otra posibilidad es que la energía oscura provenga de un nuevo tipo de campo, parecido a los campos eléctricos y magnéticos, al que algunos cosmólogos llaman quinta esencia misma que produce repulsión gravitacional.

Adiós, mundo cruel

Antes de 1998 se consideraban, dos posibles finales para el Universo:  la fuerza de gravedad total provocaría un “apachurrón” simétrico al Big Bang; o  la expansión seguía eternamente, diluyendo el cosmos.

Con el descubrimiento de la expansión acelerada y la energía oscura las cosas han cambiado, a través de esta se postula que el Universo seguirá expandiéndose para siempre hasta que desde la Tierra no veamos ya otras galaxias por haber aumentado tanto las distancias que su luz ya no nos alcance.

El año pasado algunos cosmólogos propusieron una variante de la teoría de la energía oscura que consiste en tomar en cuenta ciertos valores, los científicos llamaron “energía fantasma” a la energía oscura de este tipo.

Si la energía oscura resulta ser de tipo energía fantasma, el final del Universo será muy distinto según el físico Robert Caldwell dentro de unos 22 mil millones de años, en que la aceleración de la expansión del Universo empezará a notarse a escalas cada vez más pequeñas producirá algo denominado Big Rip (el “Gran Desgarrón”). Mil millones de años antes del Big Rip, la energía fantasma superará a la atracción gravitacional que une a unas galaxias con otras y se desmembrarán los cúmulos de galaxias. Sesenta millones de años antes del fin, se desgarran las galaxias. Tres meses antes del Big Rip, el efecto alcanza la escala de los sistemas planetarios: los planetas se desprenden de sus estrellas. Faltando 30 minutos para el postrer momento, los planetas se desintegran. En la última fracción de segundo del Universo los átomos se desgarran.

Reflexión:  Escogí este tema porque siempre me han llamado la atención los temas astronómicos, en algún momento de mi vida pensé en dedicarme profesionalmente a ello, así que el poder leer un texto que aborda las diferentes teorías sobre el universo y su creación y final me pareció de lo más interesante. Partí de la lectura completa del texto y después me nutrí leyendo un poco más a fondo cada una de las teorías que postulan en el texto, hasta desviarme con la última propuesta de Hawking.