El lado oscuro del universo

El  lado oscuro del universo

Carlos Torres Ocaña

Introducción.

Hace miles de años la humanidad gobierna este mundo y se ha interesado por lo que nos rodea y el principal centro de atención lo hemos dirigido al cielo, siempre preguntándonos ¿qué hay afuera?, ¿somos los únicos?, ¿qué edad tiene el universo?, pregunta tras pregunta que durante mucho tiempo conforme va avanzando nuestro conocimiento hemos ido respondiendo a la minoría de esas preguntas,  fijamos nuestra mirada al cielo y observamos su grandeza ,su majestad  y luces de colores, una más brillante que otra y al principio nos preguntábamos ¿que eran esas cosas que brillaban?. Algunas culturas le llamaban o le llaman dioses, nosotros hoy en día sabemos que se llaman astros, constelaciones, estrellas, satélites, galaxias  y muchos nombres más que hemos de atribuirles. Hoy hablaremos sobre la edad del universo y su lado oscuro que no es otra cosa que nuestra falta de conocimiento en esa área, dicen que mirar al cielo es mirar al pasado ¿Por qué?.

Trataremos  de explicar un poco de la complejidad de nuestro universo a través de modelos teóricos  que a lo largo del tiempo en lugar de respondernos las preguntas nos generan más interrogantes.

Desarrollo

Hemos de suponer  por lógica que, si una estrella está más cerca que otra, su brillo sería más intenso que alguna que estuviese más lejos,  pero ¿qué nos dice la ciencia al respecto?. La cosa no es tan simple: ¿qué tal si está lejos, pero su brillo intrínseco es altísimo? La luminosidad aparente de semejante objeto podría ser mayor que la de otro que está más cerca pero es más tenue, y concluiríamos erróneamente que el primero es el más cercano. Pueden medir luminosidades con toda precisión y saben exactamente cuánto se atenúa la luz con la distancia (un mismo objeto al doble de la distancia se ve cuatro veces más tenue; al triple, nueve veces más tenue y al cuádruple, 16…). 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.

Resulta que la luz de una galaxia también puede decirnos a qué velocidad se acerca o se aleja de nosotros.  Por una razón parecida, la luz de una galaxia se ve más roja cuando ésta se aleja y más azul cuando se acerca. Los astrónomos de principios del siglo XX esperaban encontrar la misma proporción de nebulosas espirales con corrimiento al rojo (que se alejan) que con corrimiento al azul (que se acercan). En vez de eso descubrieron que todas (menos las más cercanas) presentan corrimiento al rojo. Es decir, todas las galaxias se están alejando entre sí.

¿Qué significa esto?

Cuando, en 1929, Hubble comparó los datos de corrimiento al rojo con los de distancia, se llevó el susto de su vida: los datos se acomodaban en una bonita recta (bueno, más o menos), lo cual indica que 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, una al triple, al triple… Ésta es la llamada ley de Hubble, y se interpreta como signo de que el Universo se está expandiendo.

¡Algo interesante para estudiar¡ pues este descubrimiento daría paso a una de las teorías más polémicas hasta ahora,  qué se ha mantenido como la única causa probable del origen del universo. Veamos. El descubrimiento de Hubble condujo al poco tiempo a la teoría del Big Bang del origen del Universo. Si las galaxias se están separando, en el pasado estaban más juntas. En un pasado suficientemente remoto estaban concentradas en una región muy pequeña y muy caliente —y no eran galaxias, sino una mezcla increíblemente densa de materia y energía—. Hoy en día la huella de esas densidades y temperaturas aún debería estar rondando por el cosmos, pero ya muy diluida, en forma de una radiación muy tenue distribuida por todo el espacio. 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. Hoy se llama radiación de fondo, y sirvió para convencer a casi todo el mundo de la teoría del Big Bang.

Era lo que teníamos en  ese entonces  hasta que, en  1916, cuando Albert Einstein publicó la teoría general de la relatividad, nos trae con ellas las siguientes  teorías; si el espacio tiene curvatura positiva, como una esfera, los ángulos de un triángulo suman más de 180 grados, si tiene curvatura negativa, como una silla de montar, menos. Todo depende de qué tan fuerte jale la fuerza de gravedad total del Universo, o en otras palabras, de cuánta materia y energía contenga éste en total:

¿Dónde quedó el Universo?

Para la década de los 90’s  teníamos teorías y modelos que explicaban una pequeña parte de cómo funcionaba el universo peso a ello aun no lográbamos ponernos de acuerdo.

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

*Unos estudios de la radiación de fondo corroboraban observacional mente que el Universo es de geometría plana, y sanseacabó.

*Los recuentos del contenido de materia y energía del Universo decían categóricamente que éstas no alcanzaban ni de lejos 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. De hecho, faltaba la mayor parte: alrededor del 75% de la materia o energía necesaria para explicar que el Universo cumple con una geometría plana. ¿Dónde estaba?

Grandes explosiones, tenues lucecitas.

Los científicos del Proyecto de Cosmología con Supernovas (Supernova Cosmology Project), dirigido por Saul Perlmutter, habían tomado fotos de las galaxias de la misma región como referencia. Al comparar las nuevas imágenes con las de referencia, vieron que en una galaxia había aparecido un punto brillante. Era una supernova, una estrella que hizo explosión. Las supernovas son muy intensas, lo que permite verlas desde muy lejos, y alcanzan todo aproximadamente el mismo brillo intrínseco, por lo que son excelentes patrones de luminosidad. Hoy en día, las supernovas Ia son el patrón más usado para determinar distancias a galaxias muy lejanas

Expansión acelerada

La luz, viajando a 300 mil kilómetros por segundo, tarda cierto tiempo en llegar a la Tierra desde sus fuentes: ocho minutos desde el Sol, unas horas desde Plutón, unos años desde las estrellas más cercanas, 30 mil años desde el centro de nuestra galaxia y muchos miles de millones de años desde las galaxias más lejanas.  El corrimiento al rojo de las galaxias lejanas se debe a que la expansión del Universo “estira” (es un decir) 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. Estos datos les bastaron para convencerse de que algo andaba mal con la cosmología del Big Bang Luego de descartar posibles fuentes de error (como intromisiones de polvo intergaláctico) y de verificar que ambos equipos obtenían los mismos resultados, los investigadores anunciaron públicamente una conclusión nada prosaica: la expansión del Universo, lejos de frenarse como casi todo el mundo suponía, se está acelerando.

El lado oscuro

La cosa tiene implicaciones, por ejemplo, en la edad del Universo. Ésta 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. Pero la implicación más tremenda del Universo acelerado tiene que ver con el asunto de la gravedad. Ésta es una fuerza de atracción y, en efecto, tiende a frenar la expansión del Universo. Entonces, ¿quién demonios la está acelerando?

Como decía al principio entre más escudriñamos el universo creamos más interrogantes  ¿qué es esa energía que mueve el universo?.

Dos posibilidades

Antes de 1929 todo el mundo 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 con cierto alivio. Pero su extraña creación reapareció, por ejemplo, en el modelo inflacionario del Big Bang, y ahora podría ser el origen de la fuerza de repulsión que le está ganando la partida a la atracción gravitacional.

La constante cosmológica es una propiedad intrínseca del espacio, es decir, el espacio simplemente es así y se acabó. Otra posibilidad (que en realidad es toda una clase de posibilidades) es que la energía oscura provenga de un nuevo tipo de campo, parecido a los campos eléctricos y magnéticos, al que algunos cosmólogos llaman quintaesencia.

 

 

Adiós, mundo cruel.

Con el descubrimiento de la expansión acelerada y la energía oscura las cosas han cambiado. Si bien aún no se puede decidir si la energía oscura es constante cosmológica o quintaesencia, está claro, en todo caso, que la posibilidad del Gran Apachurrón queda excluida. 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.

Si la energía oscura resulta ser de tipo energía fantasma, el final del Universo será muy distinto a lo que nos habíamos imaginado. Según el físico Robert Caldwell y sus colaboradores, llegará un día, 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 para producir un final que se llama 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. Luego, nada.

Reflexión

Como hemos leído anteriormente el universo sigue expandiéndose y nosotros seguimos expandiendo nuestras dudas. ¿Quién terminara de contar las estrellas,  las galaxias o los planetas? De una cosa si estoy seguro, el universo tuvo que ser creado por un arquitecto cósmico cuya inteligencia pasa la nuestra, que lo creo con el simple hecho que siempre mantuviésemos la mirada hacia arriba y recordar que no estamos solos en el basto universo.

De lo que si estoy seguro es que mientras nos ponemos de acuerdo para descifrar como es que funciona el universo, es que seguiremos envejeciendo y el firmamento seguirá brillando..