ASTRONOMIA. FOROS ASTROGUIA.ORG

[illu]

La enigmatica energia oscura?


Por Karen Wright

En enero de 1917, Albert Einstein estaba poniendo
los toques finales a su teoria de la relatividad
cuando decidio hacer una pequeña trampa. El hombre
que dijo, que la imaginacion es mas importante que la
sabiduria estaba tratando de utilizar una nueva teoria
para resolver una antigua incognita del cosmo, y no
lograba hacerlo. Bajo la leyes de Newton, las extrellas
y otros cuerpos celestes se atraen debido a la fuerza
de gravedad. Una propulsion de contrapeso, como una
gran explosion, podria vencer esa atraccion, pero
una vez que se disipara, la gravedad volveria ajuntarlo
todo. En cualquier caso, la materia en el universo tendria
que estarse moviendo, ya fuera expandiendose o agrupandose
en una especie de bola cosmica.

Pero el universo que conocieron Newton y Einstein era
un lugar estable y sumiso. La Via Láctea era la unica
galaxia en los alrededores, y sus estrellas parecian
estar fijas en el firmamento. La aparente inmovilidad
del cielo nocturno dejaba perplejo a Newton, y hasta
una teoria tan poderosa como la relatividad no podia
explicarla. Por eso Einstein añadió un término arbitrario
a sus ecuaciones. Matemáticamente, actuaba como una
fuerza repelente dispersa por todo el universo. Cuando
la gravedad atraia, dijo, esta fuerza repelia en igual
medida, llamo a esto el factor lambda y eventualmente
se le conocio como la constante cosmologica.
Einstein nunca estuvo satisfecho con lambda, porque no
pudo señalar ninguna evidencia teórica o experimental
de su existencia. Mas tarde en su vida dijo que éste
habia sido su mayor error. "Hay que admitir" escribio,
"que lambda no estuvo justificada por nuestros conocimientos
actuales de la gravitacion" Pero la imaginacion de Einstein
siempre fue más poderosa que los conocimientos de su época,
y ahora, cerca de un siglo más tarde, su error está comenzando
a parecer otra manifestación de su genio sobrenatural.
En los ultimos 75 años, los astrónomos han revisado
en forma radical el concepto de cosmos. Edwin Hubble mostro,
en 1929, que el universo no era estático, sino que se expandia.
Se hallaba en crecimiento todo el tiempo, como si una explosion
primigenia estuviera llevando su contenido hacia el exterior.
Esa explosion primigenia llego a ser conocida como la Gran
Explosion o Big Bang, y el universo en expansion fue el
resultado de esa teoria. Durante 50 años reinó la cosmologia
de la Gran Explosion.
Pero hace tres años, la luz de distantes estrellas moribundas
revelaron que los limites del espacio se están expandiendo
a una velocidad cada vez mayor. Tal parece que el cosmos no
solo está creciendo, sino que hace cada vez más rápido. Cuanto
más crece el universo, rnas de prisa crece. Alguna fuerza
omnipresente de repulsion está acelerando ese crecimiento, y
no parece haber un limite. Esa misteriosa propulsion se asemeja
mucho a lambda.
Los cosmologos actuales llaman a esta fuerza energfa
oscura: "oscura" porque podria ser imposible de detectar,
y "energia" porque no es materia, que es La unica otra
alternativa. Pese a sus siniestras connotaciones, la energia
oscura es la Iuz que podria guiar a los fisicos hacia una
"teoria final":
la unificacion de todas las fuerzas conocidas, desde aquellas
que mantienen juntos los componentes de los átomos hasta la
gravedad que da forma al espacio. Mientras tanto, la teoria de
la energia oscura ha ayudado a reconciliar una desconcertante
serie de recientes observaciones sobre la forma y composicion
del cosmos.
En realidad, el futuro de la fisica y el destino del universo
podrian depender finalmente de un tipo de antigravedad que hasta
el momento ha sido simple conjetura. Los expertos creen saber
qué papel juega la energia oscura en el cosmos. Ahora lo que
tienen que averiguar es qué es la energia oscura.
Hubble y otros astronomos descubrieron la expansion del universo
observando que las galaxias se están alejando cada vez más unas
de otras. Hubble pudo seguir este movimiento mediante un fenómeno
ilamado desviacion hacia el color rojo, en el que la luz visible
de las estrellas se alarga con longitudes de onda más largas (hacia
el final del espectro de luz visible) mientras se mueve a traves
del espacio en expansion. La cantidad de desviacion hacia el rojo
depende de la velocidad de la expansion cosmica y de la distancia
del observador con respecto a la galaxia.
Einstein, Newton y la mayoria de los fisicos, habian asumido que
la gravedad frenaria la expansion. Pero décadas despues del
descubrimiento de Hubble, los astronomos seguian tratando de medir
la supuesta desaceleracion.
La respuesta llego a finales de los años 1990 de telescopios gigantes
que estudiaban la Iuz de estrellas que morian en espectaculares
explosiones llamadas supernovas.

Las supernovas están entre los eventos más brillantes del cosmos,
y pueden ser vistas a grandes distancias. Debido a que a luz de las
supernovas mas distantes debe viajar durante miles de millones de
años para llegar a nuestros telescopios, los astronomos pueden
estudiar su desviación hacia el rojo para tener un registro histórico
de expansion que se remonta a miles de millones de años
En una reunion en Washington, D.C., hace tres años, un equipo de
investigadores del Laboratorio Lawrence Berkeley demostró que Ia
luz de las supernovas muy distantes se expande menos de lo que se
predijo, teniendo en cuenta la velocidad actual de expansion.
Aparentemente, el universo se expandia con mayor lentitud en el
pasado que hoy. La expansion no está frenando como se esperaba;
se está acelerando. El hallazgo contradice la intuicion, y estuvo
basado en una nueva metodologia. Pero al mismo tiempo, un segundo
grupo de estudios con telescopios espaciales, dirigidos por Brian
Schmidt y Robert Kirshner, del Centro de Astrofisica Smithsoniano-
Harvard, llego a la misma conclusion.
"Parecia que habiamos cometido algun error", dice Kirshner. "La
constante cosmologica tenia muy mal aspecto. Si Einstein se habia
equivocado, Qué nos hacia pensar que pudiéramos hacerlo mejor?.
"Estaba atonito", dice el cosmologo Michael Turner, de la Universidad
de Chicago, recordando su primer encuentro con la evidencia en la
reunion de Washington. "Sin embargo, todo adquirio sentido. Esta era
la respuesta que hablarnos buscado"
Turner buscaba la manera de resolver resultados incompatibies que
iban surgiendo de otros experimentos que describian el estado del
cosmos. Un grupo de estudios trato de determinar la forma del
universo, calculando la densidad de la materia que lo conformaba.
Einstein habia demostrado que la materia conforma el espacio en
formas predecibles, por lo que universos con materia de diferentes
densidades deberian tener formas diferentes. Sus teorias permitieron
concebir tres formas: curvatura negativa, en la que el universo parece
una silla de montar; curvatura positiva, en la que el universo es
esferico y plana, la menos probable. en la que la densidad general
de la materia no curva el espacio, y los fotones viajan en lineas
rectas. No es que el espacio plano sea bidimensional; sino que,
simplemente, no es curvo. Cada forma corresponde a una densidad de
materia denotada por el simbolo omega. Para crear un universo plano,
la materia debe alcanzar una densidad llamada critica, que significa
que omega es igual a uno.
En un universo de curvatura negativa, omega es menor que uno y en un
universo esférico, omega es mayor que uno. Los astronomos han tratado
de determinar el valor de omega y distinguir entre estas diferentes
geometrias, midiendo la forma en que el espacio curva los rayos de luz.
La luz que tratan de medir no es visible; es una radiacion de
microondas que quedo de la Gran Explosion, y que brilla en los confines
mas alejados del universo. Distorsiones en esa señal de microondas pueden
revelar la forma del espacio intermedio.
En un universo de curvatura negativa, distintas zonas del fondo
de microondas lucirian mas pequeñas de lo que se predice. Un universo
esferico agrandaria las zonas de radiacion de fondo. En un universo
plano, las zonas de radiacion de fondo se verian mas cercanas al
tamaño) esperado.

Estudios recientes de radiacion de microondas de fondo habian sugerido
que el universo es plano. Pero la primavera pasada, datos enviados por
instrumentos desde globos sobre Texas y Antartica provehieron evidencia
convincente. Las diminutas fluctuaciones en la radiacion fueron del
tamaño anticipado. Las medidas más precisas revelaron que la forma del
universo es plana; tiene densidad critica, y omega es igual a uno.
Lamentablemente, estos hallazgos no coinciden con resultados de
inventarios de materia en el universo. Se puede deducir la densidad de
la materia a partir de sus efectos gravitacionales regionales sobre
la luz y la evolucion de las galaxias. Cuando los astronomos utilizan
estos métodos para calcular el contenido del cosmos, todos los seres
vivos, planetas, galaxias y gases juntos, no Ilegan a formar ni un
décimo de la densidad predicha por los datos de microondas de base.
Incluso los estudios más exhaustivos, que incluyen exóticas formas
de materia recién descubiertas, encuentran solo una tercera parte de
la densidad critica. No hay suficiente materia para explicar la
planicie que observan los astronomos. Improbable como pueda parecer,
Turner opina que el universo parece estar formado principalmente por
vacio.
‘Y ese descubrimiento" dice el fisico Steven Weinberg de la Universidad
de Texas, "podria ser considerado como el descubrimiento más
fundamental de la astronomia".
Weinberg es un fisico especializado en particulas que ha ganado
el premio Nobel, y ha pasado la mayor parte de su vida describiendo
formas teoricas de energia que aun no han sido descubiertas. La dis-
crepancia entre los conteos de microondas y materia lo intrigo, porque
sabia que la energia puede dar forma al espacio de la misma forma en
que lo hace la materia. Un universo plano, o de cualquier otra forma
bien podria estar moldeado por materia y energia. Einstein habia reconocido
esta posibilidad cuando percibio que la energia y la materia son esencialmente
equivalentes, como en E=mc^2. Por tanto, sabia que la energia podria constituir
los dos tercios de densidad critica que faltaban.
y a diferencia de Einstein, Weinberg y otros teoricos nunca renunciaron
por completo a la antigua idea de la constante cosmologica: una energia
dispersa en el espacio vacuo.
A medida que la mecánica cuántica maduraba durante la mitad del
siglo pasado, comenzo a parecer posible que el aparente vacio podria
tener alguna energia en el. Los teoricos han bautizado al vacio hipotético
como energia lambda, en honor al error de Einstein. Y hace mucho que se han
percatado de que, si existe energia en el vacio, tiene un efecto de
repulsion que podria hacer que el universo se acelerara.
Pero si alguna forma exotica de energia repelente compone dos
tercios de todo lo que existe en el universo, debe ser muy debil. De
otro modo, sus efectos se hubieran hecho evidentes hace mucho tiempo.
La misteriosa lambda debe de estar trabajando a través de grandes
distancias, a una escala cosmica.
Esa fue la naturaleza de la epifania de Turner en Washington
hace tres años. La luz de remotas supernovas mostraba que una fuerza
repelente desconocida estaba acelerando la expansion del universo. Y
los datos de las microondas y los estudios sobre la materia solo
respaldaban esa posibilidad. Todo apuntaba hacia la presencia de un
tipo de energia que hasta el momento solo habia existido en teoria.
Turner juntó todas las piezas del rompecabezas en el laboratorlo
Lawrence Berkeley.

"El descubrimiento de un universo en aceleracion fue, al mismo
tiempo, la mayor sorpresa y el más anticipado descubrimiento en la
astronomia" dice. Puso a la energia oscura en el mapa.
Asi es que el universo, alrededor del año 2001, es plano, está
en proceso de aceleracion y está casi vacio. Y los astronomos están
complacidos, porque un valor individual con la licencia de Einstein
puede explicar todos estos atributos. Pero si la existencia de la
energia oscura ha simplificado la comprension que tienen los
cientificos del cosmos actual, también ha introducido muchas compli-
caciones. Una de ellas está vinculada con el destino del universo.
Antes de la teoria de la energia oscura, los astrónomos pensaban
que el final del universo en expansion seria determinado por la
densidad de la materia en él. Asi como la materia determinaba la
curvatura del espacio, también podria predecir la forma en que el
espacio se expandiria, y si alguna vez se contraeria. Y cuando se
creia que la expansion cosmica solo estaba causada por la Gran
Explosion, se esperaba que la gravedad de la materia frenaria
eventualmente, y tal vez hasta se revirtiera. En suma, la densidad
determinaba el destino.
Basados en esas teorias, los astrónomos propusieron tres modelos
para el destino del universo, cada uno correspondiente a una diferente
geometria y densidad de materia. En cada posibilidad, la atraccion
gravitacional de toda la materia del universo continua impulsada por
la fuerza de la Gran Explosion.
Si omega es menor que uno, el universo sigue expandiéndose
eternamente, pero cada vez mayor lentitud. Ese universo tiene Ia
forma de una silla de montar y se llama "abierto si omega es mayor
que uno, la expansion universal frena y eventualmente se revierte,
terminando por desplomarse en un choque cosmico. Ese universo es
esférico y "cerrado". En un universo plano, donde la densidad de
Ia materia es exactamente igual a uno, la expansion eventualmente
frena casi por completo, pero nunca se revierte.
Pero si el universo esta compuesto principalmente por una
energia repelente y ubicua, mas que por materia, su destino final
no esta determinado por su forma. Antes creiamos que el y la geometria
estaban conectados. dice Turner. "Pero eso solo se aplica si en el
universo solo hay materia, una vez que hay energia oscura, el destino
y la materia se desconectan. Podemos tener un universo cerrado que se
expande eternamente y un universo abierto o plano que colapsa sobre
si, la unica manera de imaginar el destino de un universo plano, vacio
y en aceleracion, dice Turner, es aprender mas sobre la energia oscura
que esta impulsando la expansion. Pero incluso al entrar a considerar
la teoria de Einstein de la energia en el vacio, los fisicos tienen
que tratar de resolver problemas que van desde lo numerico hasta lo
filosofico. Por ejemplo, cuando tratan de calcular el valor de lambda,
los teóricos sugieren un numero que tiene 120 Ordenes de magnitud en
exceso. No 120 veces mas grande, sino 10120 veces más grande. Concebir
el universo conocido con una energia de vacio de tal potencia equivale
a tratar de inflar un globo de agua
con una manguera para incendios.
"No puede ser correcto, dice Turner, si lo fuera, no podriamos
ver mas alla de nuestras narices de lo veloz que seria la expansion
del universo" La magnitud del error ha evidenciado lo mal que los
fisicos comprenden ciertos aspectos de la gravedad. "Esa es la mayor
verguenza en la fisica teorica". dice Turner.
y eso se hace aun más vergonzoso, porque los teoricos no
pueden explicar por qué las densidades de la materia y la energia
tienen un valor tan similar. Teoricamente, cualquiera de esas
densidades podria variar desde cero hasta el infinito y su relación
podria variar de acuerdo a ello. Es muy improbable que una este dentro
de la misma orden de magnitud que la otra. El precario balance entre
materia y energia que existe actualmente en nuestro universo "un
tercio de materia para dos tercios de energia" parece tan improbable
como el universo estatico que Einstein trato de describir. Y algunos
encuentran esa improbabilidad particularmente dudosa, porque un
universo dominado por energia oscura seria inhóspito para Ia vida.
El exceso de energia impediria a la energia formar galaxia, estrellas
y planetas. Sin embargo, estamos aqui.
La coincidencia ha hecho que hasta escépticos como Weinberg
invoquen desesperados el principio antropico. Esa tautologia declara
que la conciencia humana puede cuestionar los terminos necesarios para
su existencia solo en on mundo donde esos términos se hayan cumplido.
Si las condiciones fueran diferentes, no habria nadie para
cuestionarias.
"No me gusta este tipo de argumento", admite Weinberg. "Pero
no conozco ninguna otra explicacion que se acerque"
El principio antropico es un anatema para la mayoria de los
fisicos. Algunos preferirian proponer una nueva fuerza en el
cosmos que volver a la prestidigitacion retórica.
Por ejemplo, Paul Steinhardt, de la Universidad de Princeton,
ya ha descartado la constante cosmologica a favor de una nueva
categoria de energia oscura que llama quintaesencia. El hecho de que
la energia y la materia hayan llegado a un balance delicado es sospechoso
dice, solo si uno asume que no existe una comunicacion entre ambos.
Steinhardt ha sugerido que la energia repelente siente la presencia
de la materia y cambia su fuerza o distribucion para mantener un
balance de densidades. Esta energia podria cambiar sus propiedades en
el espacio y el tiempo. A diferencia de lambda, no estaria distribuida
uniformemente y no se mantendria constante.

"Logicamente, siempre existió la posibilidad de que existieran
tales campos" sostiene Steinhardt. "Pero no habia razon para
mencionarlos porque ninguna teoria los requeria" Ahora que eso ha
cambiado, Steinhardt espera que la fisica experimental producirá pruebas
de la quintaesencia en diminutas fluctuaciones de temperaturas en el fondo
de microondas cosmico.

El satelite MAP, que se lanzara en junio, podria ser un instrumento
en la detección de esas señales. También se planean estudios más
detallados de supernovas distantes.
Diferentes modelos de energia oscura harán diferentes predicciones
sobre la evolucion de la aceleración del universo a lo largo del
tiempo’ dice Saul Perimutter, jefe del equipo del Lawrence Berkeley.
Perimutter está patrocinando un plan para estudiar la aceleraciOn con un
telescopio situado en el espacio, llamado SuperNova/Acceleration Probe o SNAP.
"Queremos volver al pasado para averiguar cuándo el universo inicio
su crecimiento" Calcular Ia energia oscura también estimulará intentos por
definir la teoria cuántica de la gravedad. La gravedad es la unica
de las cuatro energias conocidas que ha eludido una descripción en
términos de acumulaciones de fuerza llamadas cuantos. Los fisicos ya
han podido reunir las otras tres -la fuerza fuerte, la fuerza débil
y la electromagnetica-en el grupo cuántico. Pero, a diferencia de esas
tres fuerzas, la gravedad opera a una escala muy diferentes a la de La
mecánica cuántica. "La gravitacion gobierna los movimientos de los
planetas de las estrellas", escribió weinberg en una reciente revision,
pero es demasiado débil para tener un significado importante en
los átomos, mientras que la mecánica cuántica, pese a ser esencial
para comprender el comportamiento de los electrones en los átomos,
apenas tiene efectos discernibles sobre el movimiento de las
estrellas y planetas"
Con el descubrimiento de la energia oscura, los dos mundos
chocan. En la aceleracion del universo podria haber algunas pistas
sobre el comportamiento de pequeña energia de gravitación o cuantos.
Las propias teorias de Einstein sobre la gravedad permiten que ésta
tenga cierto efecto repelente. Por eso, dilucidar la naturaleza de la
energia oscura podria ayudar a los teóricos a llegar a una teoria
final que unifique todas las fuerzas. Es por eso que los fisicos
que estudian los confines más lejanos del espacio con poderosos
telescopios han adquirido nuevo interés para los fisicos que
conciben las teorias. "Es muy halagador para los astronomos" dice
Kirshner, de Harvard. "Tenemos la atencion de los representantes
más distinguidos de nuestro campo"
Pero no hay garantias de que la energia oscura brinde
las respuestas eternas que ellos buscan. El improbable balance
de energia y materia, y la fuerza de la energia en el vacio,
podrian permitir la existencia humana por capricho, no por
necesidad. El propio Einstein conocia bien los peligros de
contar con la caprichosa naturaleza. "El matrimonio", opino
una vez, "es un intento sin éxito por hacer que un accidente
se vuelva duradero" Los cientificos que buscan verdades
permanentes en el universo acelerado podrian estar cometiendo
el mismo error.

XXX

[hueznar]

Estimado Illu, yo añadiría a la encuesta una tercera opción: "Ni idea". Seguro que muchos no tenemos mucho criterio como para decantarnos por una u otra opción.
Le pegaré un par de lecturas a tu post a ver si lo termino de comprender.

Un saludo!
_________________
ASTRONOMIA

[hueznar]

Me he acabado de leer con tranquilidad el post inicial de este hilo, y la verdad es que surgen más dudas que respuestas. Siempre que leo posts de este tipo acabo reforzando mi idea de que Einstein era algo más que un simple hombre inquieto de apariencia extravagante. Este señor roza la genialidad y todavía perduran muchas de sus teorías en la actualidad muchas décadas despues de ser formuladas.

Respecto a la idea de la materia oscura poco puedo decir. Mi primer pensamiento me dice que la materia oscura como tal no existe, y que en realidad se acude a este tópico o denominación para tratar de "rellenar" un vacio teórico que explique la aparente aceleración del universo y otros comportamientos del mismo imposibles de explicar hoy en día. Mi conclusión, a priori y en frío, es que todavía no disponemos ni de tecnología, ni de conocimientos suficientes para ver algo más de lo que nos enseñan nuestros telescopios / microscopios, y demás instrumentos; quizá esa materia oscura está ahí presente, nos rodea, pero simplemente no sabemos verla y/o comprenderla.

Es obvio que existen fuerzas en el universo tan extraordinariamente "armónicas", sincronizadas, y precisas que no me extraña que muchos acaben suscribiendo la teoría del "diseño inteligente" que tanto furor está haciendo por los EE.UU., lo que está claro es que no hemos hecho nada más que empezar a mirar más allá de nuestras "narices" y que todavía estamos muy "en pañales" para llegar a conclusiones de tan alta magnitud.
_________________
ASTRONOMIA