El error de Einstein revive: Astrofísicos buscan demostrar que la energía oscura no es constante, más bien evoluciona
Según el modelo Lambda-CDM, la energía oscura es un componente invisible que constituye alrededor del 70% del universo y provoca que la expansión cósmica se acelere con un valor constante en el tiempo. ¿O no?
«Ahora sabemos con precisión cuánta energía oscura hay en el universo, pero desconocemos su naturaleza física», indica Joshua Frieman, profesor emérito de Astronomía y Astrofísica de la Universidad de Chicago. “La hipótesis más simple es que se trata de la energía del propio espacio vacío, en cuyo caso sería inmutable en el tiempo, una noción que se remonta a Einstein, Lemaitre, de Sitter y a otros [científicos] de principios del siglo pasado”.
Para Frieman, “resulta un tanto vergonzoso que tengamos tan poca o ninguna idea de qué constituye el 70% del universo”. Por ello, se dio a la tarea de explorar modelos alternativos donde la energía oscura cambia ligeramente con el tiempo. Acompañado por su colega Anowar Shajib, los astrofísicos muestran que esta posibilidad no solo es viable, sino que encaja un poco mejor con los datos actuales. En otras palabras, quizá la energía oscura no es tan constante como se pensaba.
El nombre de este cuerpo espacial significa ‘estrella de la mañana’ y es el astro más alejado que hemos podido visualizar.
Energía oscura y partículas desconocidas
El año pasado, cuando los hallazgos del Observatorio de la Energía Oscura (DES, por sus siglas en inglés) y del Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura (proyecto DESI) insinuaron que la energía oscura podría estar evolucionando, Frieman y Shajib obtuvieron la pista que tanto esperaban, aquella que les indicaba «que la energía oscura no es la constante cosmológica introducida por Einstein hace más de 100 años, sino un fenómeno nuevo y dinámico”.
Un paréntesis: en 1917, Einstein introdujo la constante cosmológica al aplicar la relatividad general al universo, con la idea de equilibrar la atracción de la gravedad y mantener un cosmos estático, como se pensaba en ese momento. En 1929, cuando Edwin Hubble mostró que el universo se expande, Einstein abandonó la constante cosmológica. Décadas más tarde, el término resurgió reinterpretado como una forma de energía del vacío con presión negativa: la energía oscura, que hoy se considera responsable no solo de la expansión del universo, sino de que esta ocurra de manera acelerada.
Frieman y Shajib, estos dos profesores de astrofísica de Chicago, han trabajado desde 2003 para determinar si hay cambio o constancia en las propiedades de la energía oscura. “Durante dos décadas, los datos indicaron que era constante”, dijo Frieman. “Casi abandonamos esa pregunta porque los datos respaldaban sistemáticamente esta suposición”. Mas si confirman que la energía oscura sí está evolucionando, “debe ser por algo nuevo, lo que cambiaría nuestra comprensión de la física fundamental”. Ese “algo nuevo” podría ser una partícula desconocida.
En su estudio publicado este mes en la revista Physical Review D, Frieman y Shajib se dieron a la tarea de analizar datos de múltiples fuentes que emplearon para desarrollar modelos. En lugar de una constante inmutable, los investigadores consideran un tipo de energía oscura que se comporta como un campo escalar, es decir, una especie de fluido cósmico que al inicio del universo permanecía “congelado” por la fuerte fricción de la expansión, pero que en épocas recientes comenzó a moverse, a “descongelarse” (thawing).
En una entrevista con la Universidad de Chicago, Frieman compartió que la pieza clave de los modelos que desarrollaron fue una partícula subatómica hipotética llamadas axión. “Los axiones fueron predichos por primera vez por físicos en la década de 1970, quienes buscaban explicar ciertas características observadas en interacciones fuertes. Hoy en día, los axiones se consideran candidatos plausibles para la materia oscura, y experimentos en todo el mundo los buscan activamente, incluyendo físicos del Laboratorio Fermi y la Universidad de Chicago”.
«Los modelos de nuestro artículo se basan en una versión diferente, ultraligera, del axión que actuaría como energía oscura, no como materia oscura. En estos modelos, la energía oscura se mantendría constante durante los primeros miles de millones de años de la historia cósmica, pero el axión comenzaría entonces a evolucionar, como una pelota en un campo inclinado que se libera desde el reposo y comienza a rodar, y su densidad disminuiría lentamente, que es lo que los datos parecen preferir«.