Tras la naturaleza de la energía oscura

Corrían los años noventa cuando el mundo de la cosmología era golpeado por un descubrimiento totalmente inesperado. Observando supernovas del tipo Ia se descubrió que el universo no solo se estaba expandiendo sino que el ritmo de dicha expansión se estaba acelerando. Algo tremendamente importante se nos estaba escapando, algo hace que la expansión del universo se acelere y no lo habíamos detectado hasta la fecha.

Al causante de dicha aceleración se le denominó energía oscura. El adjetivo oscura hace referencia a que no se nos había pasado completamente inadvertida, como si no pudiéramos verla, y por otro lado a que no sabemos qué es en realidad. El destino final del universo depende de la energía oscura, ella es la que dictará sentencia sobre el futuro lejano del cosmos. Sabemos, gracias a los datos que nos han brindado misiones como WMAP o Planck, que la energía oscura es el componente más importante del universo, pues aproximadamente el 70% del mismo es energía oscura. No es de extrañar que los designios del universo estén tan ligados a dicha energía.

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Intentando desvelar la oscuridad del cosmos

Decía Carl Sagan que es mejor encender una vela que maldecir la oscuridad. En el campo del conocimiento, esa vela es la ciencia. Allí hacía donde la dirigimos, más tarde o más temprano, acaba por ayudarnos a comprender lo que antes nos era incomprensible.

A veces, esta metáfora de la ciencia como una luz que ilumina la oscuridad, se vuelve ciertamente relista. Pensemos en el Universo, apenas sabemos desde hace unos años de qué está hecho, y lo que es peor, no sabemos qué son en realidad los componentes que forman la mayor parte del mismo. El Universo está formado, por un lado, de materia bariónica, que es la materia de la que estamos hechos nosotros, los planetas, las estrellas, etc. pero también está compuesto de materia oscura y energía oscura. Qué son la materia y energía oscura es la pregunta del millón. Hemos detectado que estos componentes existen, pero no sabemos que son ni de que están compuestos. La materia y energía oscuras forman el 95% del Universo. Dicho de otro modo, desconocemos la naturaleza de los elementos más abundantes del Universo. Todavía hay mucha ciencia por delante y mucho trabajo por hacer para arrancarle esos secretos al Universo.

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Los chinos se suman a la caza de la energía oscura

La energía oscura es uno de los principales desafíos a los que se enfrenta la cosmología actual, para mejorar nuestro conocimiento del Universo debemos saber que es la enigmática energía oscura.

Como es sabido dicha energía parece ser la responsable de que la expansión del Universo se esté acelerando, esto se descubrió gracias a la observación de la luz proveniente de supernovas tipo Ia. No estaría de más tener alguna otra fuente independiente de información que corroborara lo observado en las supernovas, y aquí es donde el equipo del cosmólogo Chen Xuelei del Observatorio Astronómico Nacional de China, entra en juego. Su idea es usar ondas de radio para detectar la energía oscura, en concreto quieren "escuchar" señales de 21 cm de longitud de onda, lo que se conoce como la frecuencia del hidrógeno. El hidrógeno neutro emite y absorbe ondas de radio con dicha longitud de onda (21 cm) de ahí que se le de ese nombre.

Esto es fácil de decir pero llevarlo a la práctica no es tan sencillo, para ello el equipo de Xuelei está desarrollando un prototipo de radiotelescopio para su proyecto, si todo va bien y el prototipo se muestra capaz de detectar la energía oscura, para lo cual tendrán que hacer experimentos durante unos pocos años, entonces el proyecto se extenderá y se intentara hacer un mapa tridimensional del hidrógeno neutro en el Universo.

Me enteré vía Science News.
Image Credit: NASA / WMAP Science Team

Ismael Pérez Fernández.

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Intentando desvelar la energía oscura

A finales de la década de los años 90 del siglo pasado, se produjo uno de los descubrimientos cosmológicos más importantes que se han dado desde que la ciencia de la cosmología nació a principios del siglo XX. Desde los años veinte sabíamos con bastante certeza que el Universo se está expandiendo, pero lo que nadie se imagino es que dicha expansión se estuviera acelerando, esto es lo que se descubrió en la década de los noventa estudiando las supernovas Ia.

¿Qué hace que la expansión sea cada vez más rápida? No lo sabemos, le hemos puesto un nombre para sentirnos más cómodos con ello, solemos decir:“la energía oscura es la que causa la aceleración de la expansión”, y parece que sabemos de lo que estamos hablando, pero lo cierto es que el misterio de qué es esa energía oscura, sigue de momento sin respuesta. Por supuesto, los cosmólogos se han puesto manos la obra intentando realizar hipótesis que puedan explicar que es esa energía oscura y como hace que la expansión del Universo se acelere. Pero si tenemos hipótesis, necesitamos alguna forma de poder ponerlas a prueba para saber cual de ellas está en el buen camino. Desde ayer la radioastronomía va a ser una herramienta esencial en el juego de desvelar la energía oscura.

Descubro gracias al National Radio Astronomy Observatory que investigadores del radiotelescopio GBT (Robert C. Byrd Green Bank Telescope) han desarrollado nuevas técnicas de observación que pueden ser una nueva herramienta para que los cosmólogos pongan a prueba sus hipótesis sobre la naturaleza de la energía oscura.

El Universo antes de que se formaran las grandes estructuras era una sopa muy densa y caliente de partículas, después, con la expansión y el enfriamiento las grandes estructuras comenzaron a formarse. En aquella época previa a la formación de las estructuras en el Universo se propagaban ondas de presión, o lo que es lo mismo, ondas sonoras. Estas ondas dejaron sus huellas en la distribución de las estructuras a gran escala en el Universo. Ahora, con las nuevas técnicas, dichas huellas pueden detectarse y estudiarse, todo ello a través de un mapa de la emisión en radio del hidrógeno. Con esta técnica desarrollada por los investigadores del GBT, se puede conocer como las estructuras a gran escala del universo han cambiado en los últimos miles de millones de años, permitiendo comparar sus observaciones con las predicciones de cómo se ha estado comportando la expansión acelerada del Universo, lo cual permitirá arrojar luz sobre la enigmática energía oscura.

Image Credit: Image courtesy of NRAO/AUI and Harry Morton (NRAO)

Ismael Pérez Fernández.

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Más de lo que tus ojos pueden ver

En esta TEDtalk, la física Patricia Burchat, nos resume las pruebas de la existencia de la materia y energía oscuras. Nos muestra los esfuerzos que se están realizando para intentar averiguar que son esos extraños componentes que parecen dominar el Universo.

La conferencia está en ingles pero tiene subtítulos en varios idiomas, pinchen en View Subtitles, y aparece un desplegable con varios idiomas, seleccionen spanish y listo, ya pueden disfrutar de la conferencia:

Ismael Pérez Fernández.

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¿OCUPAMOS UN LUGAR PRIVILEGIADO EN EL UNIVERSO?

La energía oscura, algo que parece estar acelerando la expansión del Universo y que además parece ser su mayor constituyente, ya que el 72% del Universo es energía oscura. Si con la materia oscura ya tenemos problemas para detectar y averiguar qué es, con la energía oscura la situación es peor. La mejor explicación que se ha propuesto como fuente de la energía oscura es la denominada energía del vacío la cual se ha medido y por lo tanto se sabe que existe. Ahora bien, hay un problema, y es que entre el valor medido y el teórico necesario para explicar la energía oscura existe una discrepancia de 120 ordenes de magnitud. Es obvio que algo anda tremendamente mal.

Se han propuesto otros modelos que expliquen la aceleración de la expansión del Universo sin necesidad de recurrir a la energía oscura. Son conocidos como modelos de vacío. Básicamente la idea consiste en que la región del Universo en la que nos encontramos es un tanto especial ya que estaría más vacía de materia que el resto del Universo, esta ausencia de materia haría que la gravedad fuera demasiado débil y por lo tanto se podría crear la ilusión de una expansión acelerada del Universo observable. ¿Está el principio copernicano equivocado? ¿Ocupamos después de todo un lugar privilegiado en el Universo? Jim Zibin and Adam Moss, junto con el Profesor Douglas Scott han realizado un estudio en el que han juntado datos de distintas fuentes (supernovas, la radiación de fondo, etc.) para averiguar si los modelos de vacío son la respuesta al enigma de la aceleración cósmica. El estudio publicado en Physical Review Letters y del cual hablan en Physorg demuestra que los modelos de vacío estudiados no encajan bien con los datos. El modelo que mejor cuadra con los datos es la explicación tradicional de la energía oscura, utilizando para modelarla la famosa constante de Einstein. En resumidas palabras, el principio copernicano sigue estando vigente. Seguimos sin ocupar un lugar privilegiado en el Universo, seguimos perdidos en un lugar como otro cualquiera de un inmenso Universo al cual no le importamos nada.

Credit Image: NASA/WMAP Science Team

Ismael Pérez Fernández.

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A LA CAZA DE LA ENERGÍA OSCURA.

Ya comenté ayer por aquí que para conocer el destino último del Universo es indispensable conocer a fondo la energía oscura. Hoy se recoge en Astronomy y en NewScientist el resultado de un estudio sobre la energía oscura realizado con el telescopio de rayos-X Chandra. El estudio se ha centrado en los objetos más grandes y masivos que existen en el Universo, los cúmulos de galaxias.

Hasta hoy se tenían evidencias de la existencia de la energía oscura a través de distintos medios. Probablemente el más conocido sea el que usa las supernovas Ia. Las supernovas son estrellas que al final de su “vida” explotan y durante dicho proceso su brillo cambia. En el caso de las supernovas tipo Ia la evolución de su brillo durante la explosión se conoce con una gran precisión, si a esto añadimos que conocemos las leyes de propagación de la luz y que sabemos que el Universo se está expandiendo, entonces podemos predecir la cantidad de brillo que tenemos que detectar aquí en la Tierra. La sorpresa fue que se detectaba menos del esperado. Era como si la luz hubiera tenido que atravesar más cantidad de espacio que el esperado, lo cual implicaba que el Universo se expandía más de lo que pensábamos, es decir, la expansión cósmica se está acelerando.

Pero, ¿qué es la energía oscura? Ésta sigue siendo una de las preguntas del millón de la ciencia. Existen distintas posibilidades:

- Puede que la relatividad general de Eisntein sea errónea a muy grandes distancias. Por lo que la energía oscura no existiría después de todo, simplemente sería un fallo en nuestra compresión de cómo funciona la gravedad a distancias muy, muy grandes.

- Puede que la energía oscura sea la energía del vacío (la famosa constante cosmológica).

- O puede que sea un nuevo campo que permea todo el Universo, al que se le ha dado el nombre de quintaesencia.

Si la energía oscura actúa como si de una fuerza de antigravedad se tratara, entonces debería influir en la formación de los cúmulos de galaxias. La energía oscura, al hacer que el espacio se “estire” hará que sea más difícil, o al menos que se tarde más en formarse las grandes estructuras, ya que hay una lucha entre la gravedad que intenta juntar las galaxias para forma el cúmulo y la repulsión de la energía oscura que tiende a separarlas, todo esto suponiendo que la relatividad general de Einstein a grandes escalas no falla. Pues esto es lo que precisamente se ha encontrado con las observaciones realizadas. En palabras de William Forman del Smithsonian Astrophysical Observatory y coautor del estudio:

“Durante años los científicos han querido comprobar como funciona la gravedad en distancias muy grandes, finalmente lo hemos hecho.” “Ésta es una prueba que la relatividad podría no haber superado.”

Por otra parte, Alexey Vikhlinin director de la investigación ha declarado:

“la confluencia de todos los datos disponibles hasta la fecha apuntan a que la energía oscura es la constante cosmológica.” “Se necesitan hacer más pruebas, pero por ahora la teoría de Einstein goza de tan buena salud como siempre.”

Así pues, a día de hoy es razonable suponer que el futuro del Universo pasa por una expansión exponencial que acabará por separar todas las galaxias, incluso las estrellas de una misma galaxia se disgregarán y se irán separando a medida que el espacio siga expandiéndose. En el futuro lejano, en el Universo, lo que reinará será la soledad.

Ismael Pérez Fernández.

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MÁS ALLÁ DE EINSTEIN.

Éste es el nombre (Beyond Einstein en ingles) del proyecto más ambicioso de la NASA. Lo de ambicioso lo digo por las preguntas que va a intentar responder, o al menos arrojar algo de luz sobre las mismas.

Toda la cosmología actual se basa en la teoría general de la relatividad desarrollada por Albert Einstein en las primeras décadas del siglo XX. Desde entonces nuestro conocimiento del Cosmos ha ido mejorando con el paso de los años. Sabemos que el Universo se expande, que tiene una edad aproximada de 13700 millones de años, que esta compuesto no sólo por la materia ordinaria a la que estamos acostumbrados, sino que existe otro tipo de materia totalmente distinta a la ordinaria. La cual detectamos por sus efectos gravitatorios pero que no sabemos realmente de que tipos de partículas la componen. También parece que el Universo está impregnado por una energía oscura, que tampoco sabemos que es, pero la cual parece ser la responsable de que la expansión del propio Universo se este acelerando.

La curiosidad humana no parece tener limite y queremos saber más ¿qué es la energía oscura? ¿Qué hizo que todo empezara, hubo algo antes del “inicio”? Estas y otras preguntas son a las que se va buscar respuesta a través de las Pruebas de Einstein:

The Joint Dark Energy Mission (JDEM)

Ésta prueba es la que primero se va a llevar a cabo. Su objetivo, intentar adentrarse en la naturaleza de la energía oscura, a buen seguro esto revolucionara el campo de la cosmología.

Inflation Probe

Cuya finalidad es intentar conocer que hizo que el Universo en sus primeros instantes sufriera una expansión exponencial (inflación). ¿Qué tipo de campo de energía provocó esa expansión exponencial?¿Es lo mismo que esta haciendo que la expansión del Universo se acelere en la actualidad? En última instancia lo que busca esta prueba es conocer como empezó el Universo.

Black Hole Finder Probe

La finalidad será la observación y el estudio de los agujeros negros supermasivos. ¿Cómo se forman? ¿Cómo llegan a alcanzar semejante masa?


Mas allá de Einstein, un proyecto que a buen seguro va cambiar nuestra forma de ver el Universo.

Ismael Pérez Fernández.

Créditos de las imágenes:NASA

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CONFIRMACIÓN DE LA EXISTENCIA DE LA ENERGÍA OSCURA

La energía oscura, uno de los más grandes misterios de la cosmología. Seguimos sin saber que la produce, por que está ahí y un sin fin de preguntas más. Hasta ahora su existencia se deducía del estudio del brillo de un determinado tipo de supernovas (tipo Ia). Pero desde el Instituto de Astronomía de Hawai (IfA) un grupo de investigadores liderados por Istvan Szapudi ha utilizado otro método distinto para detectar la energía oscura, según nos cuentan en Astronomy.
Su método ha consistido en estudiar la radiación cósmica de fondo al atravesar supercúmulos de galaxias y súper vacíos. Los supercúmulos son amplísimas regiones de espacio en la que existen multitud de galaxias, su extensión puede llegar a ser de cientos de millones de años luz. Los súper vacíos son regiones igualmente extensas pero en las que apenas existen galaxias.

El propio Szapudi ha explicado la idea en la que se basa su método: “Cuando las microondas entran en un supercúmulo, ganan algo de energía gravitatoria, y así vibran algo más rápido. Después, al abandonar el supercúmulo las microondas deberían perder exactamente la misma cantidad de energía. Pero si la energía oscura causa que la expansión del universo se acelere, el supercúmulo se expandirá durante el tiempo que le lleva a las microondas atravesarlo. De esta manera las microondas mantiene algo de la energía que ganaron al entrar en el supercúmulo”.

El equipo ha comparado una base de datos de galaxias con el mapa de la radiación de fondo. Y tal como predijeron, encontraron que las microondas eran algo más energéticas después de atravesar un supercúmulo y algo menos al atravesar un súper vació.

¿Pero que es la energía oscura? ¿Conducirá al Universo al Big-Rip? Todavía nos faltan muchas respuestas. Lo que toca, es seguir haciendo ciencia.

Ismael Pérez Fernández.

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