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Estudio apoya la energía oscura

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Estudio apoya la energía oscura

Área: Espacio — Martes, 24 de Mayo de 2011
Según un estudio, basado en medidas diferentes de las habituales, se confirmaría la energía oscura como una constante cosmológica.
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Los años pasan y seguimos sin confirmar plenamente la materia y energía oscura, pero los resultados se vienen sucediendo uno detrás del otro.
Ahora, una campaña de observación de 200.000 galaxias realizada con datos tomados desde satélite por la NASA y por el Telescopio Angloaustraliano proporciona una confirmación independiente sobre la energía oscura o, más concretamente, sobre la aceleración de la expansión cosmológica. Los datos obtenidos se extienden varios miles de millones de años en el pasado cósmico.
Según este estudio, la energía oscura funcionaría como una fuerza constante que uniformemente afectaría al Universo y le dirigiría hacia una expansión descontrolada cada vez más rápida. Y, por otro lado, contradeciría la teoría alternativa que sostiene que sería la gravedad y no la energía oscura la que estaría produciendo este efecto. Según esta última teoría, la gravedad einsteniana estaría equivocada y a grandes distancias la gravedad se tornaría repulsiva en lugar de atractiva. Pero si la gravedad fuera la culpable entonces no se vería el efecto constante a lo largo del tiempo, tal y como se ha observado.
Según Chris Blake, de la Universidad Tecnológica de Melbourne, la acción de la energía oscura es como si se lanzara una bola al aire y ésta se mantuviera moviéndose hacia arriba cada vez más rápido.
Los datos se ajustan, por tanto, bastante bien al concepto de constante cosmológica propuesto por Einstein. Es decir, podríamos decir que la energía oscura es precisamente una constante cosmológica y ya sabríamos su naturaleza o lo que es.
La energía oscura da cuenta del 74% de toda la energía el Universo, mientras que la materia oscura da cuenta el 22%. El resto sería todo lo que vemos.
La energía oscura fue propuesta a finales de los noventa basándose en las explosiones de supernovas de tipo Ia, que funcionan como candelas estándar. Como se sabe su brillo intrínseco se puede saber la distancia a la que está la galaxia que las contiene midiendo su luminosidad. El corrimiento la rojo da su velocidad de recesión (o, lo que es lo mismo, la expansión cósmica). En este caso se han usado dos métodos distintos para comprobar esta expansión acelerada.
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Este esquema ilustra el método de la candela estándar, basado en supernovas, y de la regla estándar, basado en pares galaxias, para medir la aceleración de la expansión. Fuente: NASA/JPL-Caltech.
A partir de datos tomados desde satélite se confeccionó un mapa tridimensional de galaxias en el que se identificaron las galaxias más jóvenes y brillantes. Luego, usando el Telescopio Angloaustraliano estudiaron los patrones de distancia entre estas galaxias.
Las fluctuaciones originales del Big Bang provocaron patrones de formación galáctica en los que cada en cada par galáctico las galaxias estaban separadas 500 millones de años luz en promedio. Usando esta regla de medir estándar los investigadores determinaron la distancia de pares de galaxias a la Tierra. Al igual que en los estudios de supernovas, estos datos sobre distancias se combinaron con la información acerca de la velocidad de recesión (que es reflejo de la expansión) y resultó, otra vez, que el Universo se expande cada vez más rápido (o que lo hacía más lentamente en el pasado para ser exactos).
Además, el equipo de investigadores usó el mapa galáctico obtenido para estudiar cómo los cúmulos de galaxias crecen a lo largo del tiempo hasta contener miles de galaxias. Los cúmulos atraen más y más galaxias debido a la gravedad (que es proporcional a la masa contenida en él, es decir, al número de galaxias). Pero a este crecimiento se opone la energía oscura, que tienen a disgregar los cúmulos. Como este efecto reduce el crecimiento natural del cúmulo debido a la gravedad, se puede substraer el efecto de la energía oscura en el proceso.
Según estos resultados, parece que se va confirmando la presencia de la constante cosmológica en nuestro Universo*. Como la constante tiene un valor fijo por unidad de volumen y se crea más espacio continuamente, la fuerza de repulsión que produce es cada vez más intensa. El espacio es muy grande, y cada vez se crea más debido a la expansión, el efecto de esta constante, que casi era nulo al comienzo del Universo, será cada vez más importante en el futuro y alimentará un ciclo de retroalimentación positivo que expandirá el Universo cada vez más rápido diluyendo la materia que contiene y reduciendo con ello la fuerza de gravedad.
Sin embargo, esta constante cosmológica, esta energía del espacio vacío que actúa como fuerza repulsiva, no ha desvelado todavía todos sus misterios. No se sabe explicar el valor que parece tener. Cuando se creía que era nula era mucho más fácil explicar que era exactamente cero, simplemente no existía. Si todo esto se confirma, dicha constante tendría un valor muy pequeño pero distinto a cero. ¿Por qué precisamente ese valor? En ciencia suele ocurrir que la respuesta a una pregunta nos produce nuevas preguntas que no sabemos contestar, al menos de momento.
El Universo se expandirá cada vez más rápido hasta que se diluya prácticamente en la nada, pues no se conoce ningún mecanismo que pare la expansión. Todas las galaxias fuera de nuestro grupo local se escaparán fuera del horizonte observacional a mayor velocidad que la luz y la Vía Láctea y la galaxia de Andrómeda formarán junto a sus satélites una única galaxia aislada en el centro de un inmenso espacio vacío (el Universo observable de entonces) gracias a la gravedad: Lactómeda. Los lactomedanos no conocerán la existencia de otras galaxias y los supuestos habitantes de esas otras galaxias también padecerán la misma suerte de censura cósmica. Casi deberíamos de dar las gracias, no sólo por saber todos estos detalles cosmológicos, sino por vivir en el momento en el que ello es posible. Sin duda vivimos en un tiempo privilegiado.
* Nota (actualización):
Cuando Einstein llegó a sus ecuaciones de campo vio que era difícil explicar la visión estática del Universo que se tenía en ese momento, ya que sus ecuaciones predecían un Universo dinámico. Para compensarlo introdujo la constante cosmológica que operaba a modo de fuerza que se oponía a la gravedad. Ajustando su valor se podría llegar a un equilibrio (inestable) que producía un Universo más o menos estático.
Luego se descubrió la expansión cosmológica y dijo eso de que había sido una metedura de pata, sobre todo porque si no lo hubiera hecho habría predicho la expansión de Universo o, como mínimo, un Universo dinámico. El Big Bang introduce un momento (una inercia) que tienen a expandirlo y una gravedad que tiende a detener esa expansión. Eliminó la constante cosmológica porque ya no era necesaria.
Pero la introducción en su teoría de la constante cosmológica no es tan artificial como cabría esperar, sino que es razonable pensar en una energía del espacio vacío, una constante que se añade. La forma más común de hacerlo es como un factor Λ que multiplica a la métrica gμν y se añade al las ecuaciones de Einstein por ejemplo de este modo:
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Básicamente es una densidad de energía del vacío asociada a una presión y se puede expresar como Λ=8πρ.
La gravedad es atractiva, lo que se produce es una repulsión una presión negativa (que tiende a expandir en lugar de comprimir) provocada por esa densidad de energía del vacío ρ. No tiene un origen geométrico. La razón de que su presión sea negativa puede explicarse desde un punto de vista clásico usando la Termodinámica. Se debe gastar la energía que hay dentro de un recinto para poder realizar un trabajo. De este modo, para producir un diferencial de trabajo hay que cambiar en un diferencial su volumen (dW ∝ dV). A su vez, un cambio de volumen dV (que es positivo) requiere un cambio de energía en el interior de dE=-P dV, en donde el signo menos denota esa pérdida de energía y P es la presión. Como en este caso la cantidad total de energía (energía del vacío) en el contenedor (el Universo) aumenta, pues es proporcional al volumen e igual a ρV=E, entonces P tiene que ser negativa, es decir P=-ρ.
Hay otras maneras de introducir una constante cosmológica, pero conceptualmente es casi lo mismo. Lo importante es la idea, el concepto, y no los detalles.
Lo increíble es que su valor sea tan bajo. Según la teoría Cuántica de Campos la densidad de energía del vacío debía de ser enorme. ¿Dónde se ha ido la que falta?
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Fuentes y referencias:
Nota de prensa.

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