La energía oscura explicada de forma sencilla

Las dos terceras parte de lo que contiene el universo es un tipo de energía que hasta finales del siglo XX no sabíamos que existía y que desde entonces intentamos comprender, al menos, entender de qué se trata. Y no es que estemos más cerca de hacerlo ahora que hace 20 años. Informa Miguel Angel Sabadell en Muy Interesante.

En diciembre de 1997 el telescopio espacial Hubble detectó un tremendo fogonazo que sucedió hace 10.000 millones de años: se trataba de una supernova, bautizada como 1997ff, que explotó en una galaxia elíptica. Era la supernova más distante jamás observada y la evidencia más importante de que nuestro universo es más extraño de lo que podíamos imaginar. Demostró que las dos terceras partes de todo lo que contiene el universo está en forma de una “energía oscura” que funciona, a grandes escalas, como si se tratara de una gravedad negativa.

Su existencia fue anunciada al mundo en 1998 por dos grupos de astrónomos: el Supernova Cosmology Project (SCP), liderado por Saul Perlmutter del Lawrence Berkeley National Laboratory, y el High-Z Supernova Search Team (High-Z), liderado por Brian Schmidt de la Universidad Nacional Australiana. A ambos les valió el Premio Nobel de 2011.

Lo que hacían estos dos grupos era buscar supernovas en galaxias lejanas, medir su distancia y así determinar el valor de uno de los números más importantes de la cosmología, el parámetro de deceleración, que da cuenta del cambio de la velocidad de expansión del universo. Como era de esperar, todos los cosmólogos estaban convencidos de que la expansión se ralentizaba, como corresponde a toda explosión que se precie. Mas lo que encontraron les cogió totalmente por sorpresa. De manera sistemática todas las supernovas que encontraban en galaxias distantes parecían un 20 % más débiles de lo esperado. Esto no podía ser. Haciendo bueno el adagio de Sherlock Holmes “una vez descartado lo imposible, lo que queda, por improbable que parezca, es cierto”, ambos grupos llegaron a la misma conclusión: el universo se había expandido un 10% más deprisa en los últimos miles de millones de años. Eso significaba que debía existir “algo” que ejercía algún tipo de repulsión, alejando las galaxias más rápidamente de lo esperado.

Un universo acelerado

Pero asegurar que todo lo que se creía hasta entonces de la expansión del universo estaba equivocado necesitaba de una prueba incontestable. Y llegó de la mano de la supernova 1997ff: fue dos veces más brillante de lo que cualquier explicación que no implicara una expansión acelerada del universo predecía. La conclusión era inapelable: en el universo hay algo que vence a la fuerza de la gravedad –que tiende a frenarlo– y lo está acelerando. Esto destapó la caja de los truenos y los cosmólogos empezaron a frotarse las manos: tenían un nuevo juguete con el que jugar. Y como son unos personajes con una imaginación bastante calenturienta decidieron terminar con el monopolio de la gravedad e introdujeron un ente sorprendente y casi imposible de creer: la energía oscura. El asunto fue de tal envergadura que, en palabras del cosmólogo de Princeton Paul Steinhardt, “la revolución de la energía oscura es tan importante como la revolución copernicana”.

Por supuesto, no todos estuvieron de acuerdo. Astrónomos tan importantes como Joseph Silk dijeron que “espero que desaparezca”; el gran Michael Rowan-Robinson del Imperial College de Londres fue aún más tajante: “Soy escéptico sobre la repulsión cosmológica”. No podemos reprochárselo: nadie sabía a ciencia cierta qué era ni de dónde venía esa fantasmagórica energía que no reside en ningún objeto del universo, sino en el espacio mismo.

Las dos posibilidades de la energía oscura

Las apuestas sobre lo que es la energía oscura se dividen en dos. La primera apunta a una constante cosmológica, inmutable en el tiempo. Tiene las reminiscencias de un término que introdujo hacia 1917 Albert Einstein porque sus ecuaciones de la relatividad general daban como resultado un universo en expansión, y entonces se pensaba que el universo era estático. La segunda opción es que la energía oscura efectivamente cambia con el tiempo y a la que le han dado un nombre muy aristotélico, quintaesencia.

Desde finales del siglo XX los físicos teóricos intentan dirimir entre ambas, pero no acaban de ver la luz al final del túnel. De hecho, desde comienzos de este siglo las explicaciones se han ido multiplicando, aunque la idea de que la energía oscura se oculta en forma de constante cosmológica sigue siendo la opción más popular. Y si es así, la física se enfrenta un enorme problema: cualquier teoría actual predice que tiene un valor que es 10⁶⁰ –un 1 seguido de 60 ceros– mayor al observado por los astrónomos. Es el pronóstico más desastroso de la ciencia y uno de los problemas fundamentales de la física del siglo XXI. Para hacernos una idea de lo que significa: imaginemos que medimos experimentalmente el tamaño de un protón y obtenemos que es del orden de mil billonésimas de metro. Ahora bien, según nuestras mejores teorías, en realidad tenía que medir cien mil millones de sextillones de metros. Esto es, ¡el protón debería ser muchísimo mayor que el universo visible! Evidentemente, algo marcha desastrosamente mal en la teoría.

¿Qué es la energía oscura? Si se consigue resolver el problema anterior y acaba siendo una constante cosmológica, responder a la pregunta nos llevaría directamente a la física de lo muy pequeño, a la mecánica cuántica. Según ella el vacío -entendido como ausencia de materia y energía- no existe. En realidad es un hervidero de partículas que aparecen y desaparecen en menos tiempo que dura un suspiro. Esta “energía del vacío” tiene un efecto visible sobre el universo, al que le proporciona ese empujón adicional.

Pero si la energía oscura cambia con el tiempo, si es quintaesencia (cuyo padre fue Rahul Dave, de la Universidad de Pensilvania, en 1998) entonces nos enfrentamos a una forma de energía asociada a un misterioso campo cuántico que abarca el universo observable que surge de la abstrusa teoría cuántica de campos. Según ella, las partículas no son otra cosa que vibraciones en un campo cuántico, una modificación de la estructura del espacio en el que vivimos.

Todo lo que rodea a la energía oscura es misterioso. Quizá nadie haya expresado mejor el sentir de gran parte de la comunidad de los físicos que Steven Weinberg: “Para los físicos es difícil atacar este problema sin saber qué es lo que hay que explicar”.