Demasiada oscuridad

En 1933, estudiando las velocidades de ocho galaxias en el c¨²mulo de Coma, una agrupaci¨®n de galaxias situada a unos 321 millones de a?os luz de la Tierra, el astr¨®nomo suizo Fritz Zwicky determin¨® que ten¨ªa que existir mucha m¨¢s materia que la que ve¨ªamos, materia oscura. Las galaxias se mov¨ªan tan r¨¢pido que, de no ser as¨ª, saldr¨ªan despedidas. Aunque medidas similares en otros c¨²mulos de galaxias confirmaron el resultado de Zwicky, la realidad es que la existencia de materia oscura no se empez¨® a tomar en serio hasta casi 50 a?os despu¨¦s.

Durante los a?os ochenta, el desarrollo de la cosmolog¨ªa dio lugar a lo que se conoce como Modelo Est¨¢ndar. Este modelo, elegante y simple, hac¨ªa uso de la teor¨ªa est¨¢ndar de f¨ªsica de part¨ªculas y la teor¨ªa de la relatividad de Einstein y era capaz de explicar las abundancias de hidr¨®geno y helio en el universo y la existencia de una radiaci¨®n de fondo emitida cuando el universo ten¨ªa tan solo 400.000 a?os de edad. Solo hab¨ªa un peque?o problema, el modelo requer¨ªa incluir mucha m¨¢s materia de la que ve¨ªamos. En concreto, m¨¢s del 85% de la materia del universo deb¨ªa de estar compuesta por un nuevo tipo de part¨ªcula ex¨®tica, de naturaleza desconocida y diferente de las part¨ªculas que vemos.

En este modelo, el universo se estaba expandiendo debido a la energ¨ªa inicial del Big Bang, pero se pensaba que la expansi¨®n deb¨ªa ser cada vez m¨¢s lenta por el efecto de la fuerza gravitatoria entre toda la materia del cosmos. Esa fuerza, siempre atractiva, pod¨ªa llegar a dominar sobre la expansi¨®n y frenarla, incluso invertirla. En los a?os noventa, dos grupos de cient¨ªficos independientes empezaron a medir esta desaceleraci¨®n c¨®smica mediante la observaci¨®n de supernovas en galaxias lejanas. Sin embargo, en 1998 anunciaron un resultado sorprendente: el universo no se est¨¢ desacelerando como cre¨ªamos, sino lo contrario, se est¨¢ expandiendo cada vez m¨¢s r¨¢pido. Este anuncio les hizo ganar un billete a Suecia para recoger el premio Nobel de F¨ªsica en el 2011.

Para poder explicar este resultado con el modelo est¨¢ndar, hab¨ªa que introducir una nueva componente en el universo que se opusiera a la gravedad a la que bautizaron, haciendo alarde de una gran originalidad, como energ¨ªa oscura. En el nuevo modelo, la energ¨ªa oscura hace la mayor contribuci¨®n a la densidad de materia-energ¨ªa del universo, nada menos que el 70%, desplazando la supremac¨ªa de la materia oscura que pasar¨ªa a representar un 26%. Esto deja tan solo un 4 por ciento de materia ordinaria, aquella de la que est¨¢n hechas las estrellas, los planetas, y nosotros mismos.

La naturaleza de la energ¨ªa oscura es tambi¨¦n desconocida. Una hip¨®tesis, la m¨¢s aceptada hasta la fecha, postula que la energ¨ªa oscura obedece a una propiedad intr¨ªnseca del espacio, la energ¨ªa de vac¨ªo predicha por la mec¨¢nica cu¨¢ntica. En tal caso, la densidad de energ¨ªa oscura permanecer¨ªa constante en el tiempo y vendr¨ªa dada por la cantidad conocida como constante cosmol¨®gica. Otros cient¨ªficos han considerado la posibilidad de que la energ¨ªa oscura corresponda a algo totalmente distinto: un campo f¨ªsico apodado quintaesencia nombre que se daba al material invisible que en la antig¨¹edad se pensaba que llenaba todo el espacio vac¨ªo del universo. En este caso, las fuerzas fundamentales del universo pasar¨ªan de 4 a 5 y la densidad de energ¨ªa oscura disminuir¨ªa con el tiempo.

Desde el comienzo del universo, las dos grandes componentes, energ¨ªa y materia oscura, est¨¢n librando una batalla c¨®smica de proporciones ¨¦picas. Una quiere mantener las galaxias juntas mientras la otra trata de impedirlo. Durante la mayor parte de la vida del universo, la materia oscura ha ganado la batalla. Es por ello que las galaxias en el universo se agrupan en grupos de diferente tama?os, conectados entre s¨ª por filamentos y formando lo que se conoce como red c¨®smica. Sin embargo, a medida que el universo se ha ido expandiendo, la densidad de materia disminuye y, en estos momentos, el balance entre energ¨ªa oscura y materia est¨¢ del lado de la primera ?Desde hace cu¨¢nto? Esto depende de c¨®mo var¨ªe la densidad de energ¨ªa oscura lo cual depende, a su vez, de cu¨¢l sea su naturaleza. Si resulta ser una constante cosmol¨®gica, su densidad se mantendr¨¢ constante, mientras que en el caso de ser una quintaesencia disminuir¨¢, como la densidad de materia, pero m¨¢s lentamente. La forma de los filamentos y la manera en la que cambian a lo largo del tiempo depender¨¢ de c¨®mo lo haga la energ¨ªa oscura.

A pesar de los experimentos realizados hasta la fecha, no se ha conseguido encontrar una part¨ªcula candidata a materia oscura

A pesar de los experimentos realizados hasta la fecha, no se ha conseguido encontrar una part¨ªcula candidata a materia oscura. Por otro lado, se est¨¢n realizando muchos esfuerzos en todo el mundo para entender qu¨¦ es y qu¨¦ importancia ha tenido a lo largo de la vida del Universo esta energ¨ªa oscura que domina el contenido material-energ¨¦tico del cosmos. En muchos de estos experimentos la participaci¨®n de instituciones espa?olas est¨¢ siendo de mucha relevancia. Uno de esos proyectos se est¨¢ llevando a cabo en el Observatorio de Javalambre, en Teruel. Desde dicho observatorio se est¨¢ llevando a cabo un cartografiado del cielo que servir¨¢ para medir la estructura a gran escala y su evoluci¨®n con el tiempo con mucho detalle, lo que debe darnos informaci¨®n sobre la componente oscura del universo, tanto materia como energ¨ªa. Otro proyecto con gran participaci¨®n espa?ola es EUCLID, de la Agencia Espacial Europea. La recopilaci¨®n de datos para caracterizar los detalles del modelo est¨¢ndar no es f¨¢cil, ya que los efectos que se buscan son extremadamente peque?os. Sin embargo, por primera vez tenemos la tecnolog¨ªa para llevarlas a cabo.

Por ¨²ltimo, podr¨ªa suceder que ni la materia ni la energ¨ªa oscura existiesen. Esto nos llevar¨ªa a tener que modificar las leyes fundamentales de la f¨ªsica y la teor¨ªa de la Relatividad General de Einstein. Cualquiera que sea la soluci¨®n, lo que est¨¢ claro es que los f¨ªsicos estamos viviendo una ¨¦poca excitante y seguro que, en los pr¨®ximos a?os, podremos arrojar un poquito de luz a tanta oscuridad.

Patricia S¨¢nchez Bl¨¢zquez es profesora titular en la Universidad Complutense de Madrid (UCM)

Pablo G. P¨¦rez Gonz¨¢lez es investigador del Centro de Astrobiolog¨ªa, dependiente del Consejo Superior de Investigaciones Cient¨ªficas y del Instituto Nacional de T¨¦cnica Aeroespacial (CAB/CSIC-INTA)

Vac¨ªo C¨®smico es una secci¨®n en la que se presenta nuestro conocimiento sobre el universo de una forma cualitativa y cuantitativa. Se pretende explicar la importancia de entender el cosmos no solo desde el punto de vista cient¨ªfico sino tambi¨¦n filos¨®fico, social y econ¨®mico. El nombre ¡°vac¨ªo c¨®smico¡± hace referencia al hecho de que el universo es y est¨¢, en su mayor parte, vac¨ªo, con menos de 1 ¨¢tomo por metro c¨²bico, a pesar de que en nuestro entorno, parad¨®jicamente, hay quintillones de ¨¢tomos por metro c¨²bico, lo que invita a una reflexi¨®n sobre nuestra existencia y la presencia de vida en el universo.

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