La energía oscura es un extraño fenómeno que ha intrigado a la comunidad científica desde la década de los 90. De acuerdo a las hipótesis y a los modelos cosmológicos, sería el tipo de energía responsable de la expansión del universo. Sin embargo, es más lo que se desconoce que lo que se conoce sobre ella. En este artículo, hablaremos sobre las principales características e investigaciones que se hacen sobre este tema.

La Energía Oscura en el Universo

De acuerdo al estudio de la radiación de fondo de microondas, la energía oscura representa aproximadamente un 68% de la composición del universo, el porcentaje restante, se distribuye en materia oscura y la materia ordinaria.

Actualmente, se cuentan con modelos como el Modelo Estándar y la Teoría de la Gravedad Emergente para tratar de dar respuesta y explicar algunas propiedades de la materia bariónica y la materia oscura, pero, en cuanto a la energía oscura, aún no hay nada claro.

Diferencias entre materia oscura y energía oscura

Siendo igual de misteriosas, y teniendo un desarrollo histórico similar, es natural que haya confusión entre estos términos. Sin embargo, la principal diferencia entre ellas se puede asimilar más fácilmente teniendo en cuenta como es el comportamiento de cada una.

El efecto de la materia oscura se observa al estudiar las curvas de rotación galácticas, las cuales muestran, al contrario de lo que se pensaba, que las estrellas que están más lejos del centro galáctico se mueven tan rápido como las más cercanas. Es decir, que existe una materia allí que no podemos ver (de ahí el nombre de oscura) que atrae a las estrellas a través de la gravedad.

La energía oscura, en cambio, es aquella que contrarresta la gravedad, haciendo que el universo se expanda a lo largo del tiempo. Para tratar de dar una explicación a esta extraña expansión han surgido diferentes argumentos, que van desde la teoría de relatividad de Einstein, hasta la física cuántica.

La Constante Cosmológica

Albert Einstein fue el primero en reconocer que el espacio vacío no es realmente vacío. En una versión de su teoría de la gravedad aparece la constante cosmólogica, en donde predice que el “espacio vacío” tiene su propia energía.

Así, como esta energía es una propiedad intrínseca del espacio, esta no desaparecerá o se diluirá a medida que espacio se extienda. Por lo tanto, entre más espacio se crea, más de esta energía oscura habrá.

ecuaciones de campo de einstein. energía oscura
Ecuaciones de Campo de Einstein
Los términos entre paréntesis es el tensor de Einstein, el término en el lado derecho representa la energía del espacio y el término que aparece en rojo es la constante cosmológica.

Según las ecuaciones de campo de Einstein, esta energía es la responsable de que el universo se extienda cada vez más rápido. Pero por otra parte, no queda bien definido el por qué la constante cosmológica debe estar allí o mucho menos por qué tiene que tener exactamente el valor correcto para causar la aceleración observada.

Hipótesis Alternas

De la física cuántica sabemos que no existe tal cosa como el espacio vacío, sino que lo que se tiene en realidad es una gran cantidad de partículas temporales, llamadas partículas virtuales, que se crean y destruyen continuamente. Sin embargo, cuando los físicos trataron de calcular la contribución energética de estas interacciones al espacio vacío, no hallaron resultados positivos.

Según sus cálculos, la energía de las partículas virtuales en el espacio vacío es 10120 veces mayor de lo que se observa. Así, que por lo menos, desde la física cuántica, es difícil obtener respuestas.

Otra posible respuesta se encuentra en la quintaesencia: un tipo de fluido o campo energético dinámico que llenaría todo el espacio y tendría la propiedad de expandir el universo.

Investigaciones sobre Energía Oscura

A pesar de que existen diferentes modelos que puedan explicar las propiedades de la energía oscura, la realidad es que se necesita de evidencia experimental que apoye las hipótesis en cuestión, y para ello diferentes investigaciones son llevadas a cabo.

Actualmente, el Instituto Kavli de Astrofísica y Cosmología de Partículas (KIPAC) esta trabajando en dos proyectos de telescopios terrestres altamente sensibles, que permitirá captar mejor la naturaleza de la energía oscura.

Dark Energy Survey (DES)

Ubicado en Chile, el DES es un telescopio que estudia la energía oscura a través de su efecto sobre los cúmulos de galaxias y lentes gravitacionales. Estuvo en operación durante el 2013 hasta el 2018 y los datos obtenidos están siendo estudiados y analizados.

Gran Telescopio para Rastreos Sinópticos (LSST)

LSST. Telescopio que investigara la energía oscura
Representación artística de la arquitectura propuesta del Gran Telescopio para Rastreos Sinópticos (LSST)

Al igual que el DES, el LSST se encuentra en Chile y entrará en operación en el 2020. Este telescopio permitirá evaluar mejor una amplia gama de fenómenos relacionados con la energía oscura, y aportará información sobre los comienzos de la Vía Láctea, las propiedades de los pequeños cuerpos del Sistema Solar y las trayectorias de asteroides potencialmente peligrosos.

Telescopio de Sondeo Infrarrojo de Campo Amplio

La NASA, por su parte, también tiene un proyecto que estará operativo a mediados de 2020. El Telescopio de Sondeo Infrarrojo de Campo Amplio o, WFIRST está diseñado para desentrañar los secretos de la energía y materia oscura, buscar exoplanetas y explorar otros temas a través del espectro infrarrojo.

Con respecto a la energía oscura, el WFIRST estudiará si la aceleración cósmica es causada por un nuevo componente energético, o si es producto de la relatividad general en escalas cosmológicas.

En caso de que se consiga un nuevo componente energético, WFIRST permitirá conocer si esta densidad de energía es constante o ha evolucionado a lo largo del tiempo.

El futuro de la Energía Oscura

Como hemos visto, las técnicas de investigación se basan en diferentes fenómenos observables que se encuentran en el universo, como la distribución de galaxias y la distorsión de imágenes debido a la curvatura de la luz. Por lo que, aplicando estas técnicas a los conjuntos de datos existentes y realizando estudios computacionales basados en simulaciones cosmológicas, los investigadores están obteniendo una mejor comprensión de la energía oscura, y teniendo en cuenta la magnitud de los próximos proyectos, solo es cuestión de tiempo de que algún notable descubrimiento se anuncie.

Con información de: NASA Science

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