50 f¨ªsicos exploran, desde Espa?a, el misterio de la energ¨ªa oscura

Medio centenar de cient¨ªficos en Espa?a -f¨ªsicos de part¨ªculas y astr¨®nomos, de siete instituciones- han unido fuerzas para abordar el que se perfila como mayor desaf¨ªo de la cosmolog¨ªa actual: medir e intentar comprender qu¨¦ es la llamada energ¨ªa oscura del universo. El reto ocupa un lugar prioritario en los planes del Observatorio Europeo Austral (ESO), de prestigiosas instituciones astron¨®micas estadounidenses y de la NASA, pero s¨®lo media docena de equipos en el mundo se han puesto ya en marcha para abordarlo.

El problema a resolver es un fen¨®meno extra?o e inesperado: la expansi¨®n del universo, a partir del Big Bang en que se origin¨®, se acelera, en lugar de ir cada vez m¨¢s despacio, como cabr¨ªa esperar de la materia proyectada por una explosi¨®n. As¨ª, las galaxias se est¨¢n separando unas de otras cada vez m¨¢s deprisa. Los primeros indicios de este fen¨®meno se observaron hace 10 a?os, y la reacci¨®n de los cient¨ªficos al principio se inclin¨® m¨¢s bien hacia la incredulidad y la duda. Pero una d¨¦cada de nuevas mediciones, cada vez m¨¢s seguras, ha convencido a casi todos de que la aceleraci¨®n del universo es cierta, convirti¨¦ndose en uno de los m¨¢s, si no el m¨¢s, candente reto de la cosmolog¨ªa actual.

Se va a medir la distancia de la Tierra a unos 30 millones de galaxias

La expansi¨®n del universo se acelera en lugar de ir cada vez m¨¢s despacio

Los expertos no tienen explicaci¨®n -aunque s¨ª varias teor¨ªas- sobre la causa de tan extra?o fen¨®meno y se refieren a ¨¦l con un apropiado calificativo: energ¨ªa oscura. S¨ª son capaces de estimar que la energ¨ªa oscura supone el 75% de la masa-energ¨ªa total del universo, mientras que el 21% es la tambi¨¦n bastante misteriosa materia oscura y s¨®lo el 4% es materia corriente, la que forma las galaxias, las estrellas, los planetas y todos los seres vivos.

"No s¨®lo no entendemos por qu¨¦ hay esta aceleraci¨®n de la expansi¨®n, sino que algunas de las teor¨ªas con las que podr¨ªamos explicarla indican que deber¨ªa ser mucho mayor de lo que se observa", explica Bel¨¦n Gavela, catedr¨¢tica de F¨ªsica Te¨®rica de la Universidad Aut¨®noma de Madrid (UAM) y una de las impulsoras del proyecto espa?ol, denominado PAU (siglas en ingl¨¦s de F¨ªsica del Universo Acelerado).

Es posible que se trate de la llamada Constante Cosmol¨®gica, un efecto gravitatorio que Einstein introdujo en su teor¨ªa de la relatividad general y que luego descart¨®. Pero tambi¨¦n puede que esta gran teor¨ªa no sea completamente exacta. "Nuestro objetivo es medir con gran precisi¨®n la aceleraci¨®n, y tal vez los datos permitan determinar qu¨¦ explicaci¨®n te¨®rica es la correcta", contin¨²a Gavela.

El proyecto PAU, que cuenta con una financiaci¨®n p¨²blica de cinco millones de euros del programa Consolider Ingenio 2010, ha superado una rigurosa evaluaci¨®n internacional con ¨®ptima calificaci¨®n y los cient¨ªficos que lo integran est¨¢n ya preparando la construcci¨®n de la c¨¢mara especial que necesitan. "El objetivo es ver el efecto de la energ¨ªa oscura con un m¨¦todo de observaci¨®n astron¨®mica distinto de los utilizados hasta ahora", explica Enrique Fern¨¢ndez, director del Instituto de F¨ªsica de Altas Energ¨ªas (Universidad Aut¨®noma de Barcelona) y coordinador de PAU.

Los primeros indicios de la inesperada aceleraci¨®n del universo los obtuvieron dos equipos independientes, en 1998, al medir la distancia y velocidad de recesi¨®n de unas galaxias, observando unas supernovas denominadas de tipo Ia. Encontraron as¨ª una discrepancia con lo que se esperar¨ªa de la expansi¨®n del universo en ausencia de la misteriosa energ¨ªa oscura. Despu¨¦s se han ideado otros tres m¨¦todos para observar el fen¨®meno, incluido el llamado de oscilaciones bari¨®nicas ac¨²sticas, elegido por el grupo espa?ol. "Con este m¨¦todo s¨®lo hay un proyecto competitivo con el nuestro, el Sloan 3 estadounidense, pero nuestra t¨¦cnica de observaci¨®n es distinta y tenemos todos los elementos para estar a su mismo nivel", puntualiza Fern¨¢ndez.

En la concepci¨®n de la c¨¢mara destaca la iniciativa de Narciso Ben¨ªtez, del Instituto de Astrof¨ªsica de Andaluc¨ªa y con cuatro a?os de experiencia en la c¨¢mara avanzada del telescopio espacial Hubble. "Queremos medir la geometr¨ªa del universo para ver c¨®mo se acelera su expansi¨®n, determinando c¨®mo est¨¢n distribuidas las galaxias en el cielo", explica. En concreto, lo que estos cient¨ªficos van a medir es la distancia a unos 30 millones de galaxias, las m¨¢s alejadas de las cuales est¨¢n a unos 7.300 millones de a?os luz de la Tierra.

"En astronom¨ªa hay dos t¨¦cnicas b¨¢sicas de observaci¨®n: fotograf¨ªas y espectrometr¨ªa [para descomponer la luz de los astros y conocer sus propiedades]; la primera t¨¦cnica es barata pero ineficiente en muchos aspectos y la segunda es eficiente pero muy costosa", aclara Ben¨ªtez. "La idea de PAU es utilizar t¨¦cnicas de imagen, llev¨¢ndolas al l¨ªmite de eficacia para hacer casi espectrometr¨ªa de la luz mediante filtros especiales". Y a?ade que este m¨¦todo se ha utilizado con unos pocos filtros, pero nadie hasta ahora lo ha hecho con 50, como tendr¨¢ la c¨¢mara del PAU.

Ser¨¢ una c¨¢mara de amplio campo, de unos 200 kilogramos de peso, concebida para un telescopio de 2,5 metros de di¨¢metro. Esta semana los cient¨ªficos de PAU se reunen, en Teruel, precisamente para discutir el desarrollo del instrumento. El plan es dedicar tres a?os a la construcci¨®n del mismo y tomar datos durante otros cuatro a?os, se?ala Fern¨¢ndez.

De momento, la mayor actividad del PAU recae sobre los astr¨®nomos observacionales, los f¨ªsicos experimentales y los ingenieros, pero los te¨®ricos del grupo no pierden de vista el proceso, pendientes de los futuros datos con los que intentar¨¢n aclarar en qu¨¦ consiste esa oscura energ¨ªa oscura.

"Los modelos generalmente aceptados de f¨ªsica de part¨ªculas, y en particular el Modelo Est¨¢ndar, pueden acomodar la aceleraci¨®n, pero mucho mayor que la observada", dice Gavela. "Por ejemplo, el mecanismo de Higgs de generaci¨®n de la masa lleva asociada una notable energ¨ªa de vac¨ªo que jugar¨ªa el papel de una gigantesca constante cosmol¨®gica. Estamos profundamente perplejos", a?ade. Por su parte, los especialistas en gravitaci¨®n tambi¨¦n trabajan en el problema.

"Si la teor¨ªa de la relatividad general de Einstein fuese exactamente cierta, la interpretaci¨®n m¨¢s sencilla de la aceleraci¨®n del universo implicar¨ªa una densidad de energ¨ªa muy peque?a, pero constante en todo el espacio y el tiempo, equivalente a lo que los f¨ªsicos de part¨ªculas llaman densidad de energ¨ªa del vac¨ªo", comenta Enrique ?lvarez, del Instituto de F¨ªsica Te¨®rica de la UAM y coordinador del grupo de PAU de dicha universidad. "Una l¨ªnea de investigaci¨®n consiste en estudiar otras teor¨ªas distintas de la relatividad general, en las que la aceleraci¨®n del universo tenga una interpretaci¨®n m¨¢s sencilla. De momento no se ha encontrado ninguna que se ajuste a los datos mejor que la relatividad general y por eso se ha intentado estudiar la posibilidad de que la aceleraci¨®n sea debida a un nuevo tipo de campo llamado quintaesencia".

Un rasgo poco corriente de este equipo espa?ol, en el que participan algunos cient¨ªficos extranjeros, es el hecho de aglutinar a f¨ªsicos te¨®ricos y experimentales, astr¨®nomos y f¨ªsicos de part¨ªculas, investigadores j¨®venes y veteranos de gran prestigio. Adem¨¢s de varios grupos de Madrid, Barcelona y Granada, participan especialistas de Valencia.