Hasta 1998, las cosas estaban muy claras para la ciencia. El Universo se expandía a partir del Big Bang, y debido a que la energía inicial se utiliza según pasa el tiempo, su velocidad debía ir disminuyendo. Como cuando uno lanza una bolita por el suelo, la que luego avanza más lento hasta detenerse.

Sin embargo, la porfiada realidad nos dice que efectivamente, el universo fue disminuyendo su velocidad por millones de años… pero a partir de cierto punto, comenzó a expandirse más rápido. Es algo muy raro, como si al tirar la bolita ya mencionada, antes de detenerse, empezara a acelerar sola. Rarísimo.

¿Pero cómo es posible? La verdad, es que nadie lo sabe. Y a esa ignorancia, le han puesto el nombre de energía oscura, pues los científicos suponen que hay una energía no detectable, que acelera la expansión del universo.

La energía oscura: ¿qué es?

En 1998 en el marco del  Supernova Cosmology Project se descubrió, al observar supernovas muy distantes (o sea muy antiguas), que su velocidad de expansión es menor que la velocidad con que se mueven las estrellas actuales. En otras palabras, que el Universo, en vez de expandirse cada vez más lento, lo hace cada vez más rápido. Lo que es muy raro, como comentaba antes.

Hay tres explicaciones posibles:

• Explicación 1: Quizás es consecuencia de una antigua teoría de la gravedad de Einstein, donde aparece la famosa “constante cosmológica”.
• Explicación 2: Quizás hay alguna energía que no se haya detectado, y que llena todo el cosmos (y que llaman con el bonito nombre de “quintaesencia”).
• Explicación 3: Quizás está equivocada la teoría de la gravedad de Einstein (que reemplazó a la de Newton), y debe surgir una nueva teoría que la reemplace, para explicar esta extraña aceleración.

Aún no se sabe si alguna de ellas es la explicación correcta, pero a la respuesta, le pusieron un nombre: “energía oscura” (no, no es  42).

Se trata, en el fondo, de una energía indetectable en forma directa, y que sólo se puede “observar” a través de su efecto en el universo entero, que se expande más rápido de lo que “debiera” si utilizáramos solo la información disponible actualmente.

La explicación 1 tiene un gran problema. Esta explicación considera una propiedad del vacío, que encuentro muy misteriosa. Resulta que el vacío tiene energía… o sea… no está totalmente vacío. A esto, que se llama energía de punto cero, se le ha intentado ligar a la Constante Cosmológica de Einstein… pero no se sabe bien cuál puede ser la relación.

Se estimó la energía del vacío en todo el Universo, para ver si esto explicaba algo, pero esta debe ser 10 ¹²⁰ veces mayor de lo que es ahora, para explicar la aceleración observada, así que no es una solución viable por ahora.

La explicación 2, es la de la quintaesencia, que es una bonita idea. Lamentablemente, no existe prueba alguna de su existencia. Next!

La explicación 3, es que la teoría de la gravedad de Einstein esté equivocada. ¿Pero de qué forma? ¿Cómo explicar que el universo acelere “solo”? ¿Se podrá resolver integrando mecánica cuántica con relatividad? Sigue siendo un misterio. Aún no existe información suficiente, para una respuesta significativa.

Esquema de la expansión del universo. Primero decreciente, y luego, inexplicablemente, más rápido. Fuente: Nasa/Espacial.org

Finalmente, la energía oscura tiene que existir. El año 2007, los científicos del proyecto WMAP (que realizaron el mapa más detallado del Universo previo a la misión Planck), llegaron a la siguiente conclusión, publicada en el paper “Three-Year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Observations: Implications for Cosmology” ("Tres años de observaciones WMAP: implicancias para la cosmología"): La forma del universo es aproximadamente plana (o sea, una de sus vastísimas dimensiones, es mucho más pequeña que otra de sus vastísimas dimensiones). Para que esto sea viable, el universo debe tener una densidad suficientemente grande, la que no es explicada por la materia visible.

Ustedes dirán, “ah, pero ¿eso no lo puede explicar la materia oscura?” (materia que tampoco podemos detectar, de la que hablaremos más adelante en este artículo). Bueno, resulta que también se llegó a la conclusión de que había un límite a la cantidad de materia oscura que podía existir. Toda la materia (oscura y observable) y toda la energía detectable del Universo, sólo son el 31,7% necesario para que el Universo tenga una densidad que explique su forma.

Por lo tanto, hay una energía que no ha sido observada, y que lo mantiene con su forma actual.

La composición del universo que explicaría los fenómenos actuales,  según los datos 2015 de la misión Planck, es: 4,9% materia observable (Las estrellas, planetas, galaxias y nosotros mismos), 26,8% materia oscura, y 68,3% energía oscura.

Sí. Un 4,9% es todo lo que podemos observar de lo que existe.

¡Oh, Universo, qué poco te conocemos!. Fuente: Elaboración propia.

¿Y la materia oscura?

Fíjense que tampoco se sabe qué es. Más bien, se sabe lo que no es. ¿Cómo es la cosa?

Resulta que en 1933, Fritz Zwicky, que era astronomo de Caltech, se dio cuenta de algo asombroso. Estaba mirando un cúmulo de galaxias, anotando la velocidad con que se movía, cuando de repente… las cuentas no le cuadraron. Esas galaxias giraban demasiado rápido. Aún sumando la masa de todas las estrellas, todas las nebulosas, todo lo que se podía ver… el cúmulo debía tener 400 veces más masa para explicar su velocidad. Pero no había de donde sacar más. Extrañísimo.

Posteriormente, se ha descubierto que en todo el universo, hay un problema de “masa desaparecida”. Las galaxias giran más rápido de lo que se supone que deberían. Hay efectos de lente gravitacional (cuando la gravedad es tan intensa que curva la luz), donde no debería pasar nada. Sin duda que es materia, porque tiene efectos gravitacionales, pero no se ve. Deja pasar la luz. No hay manera de detectarla.

¿Y qué sabemos? Como decía, sabemos lo que no es.

Sabemos que no se puede observar directamente. Sabemos que no es materia común y silvestre, o sea, no forma nubes que se puedan observar a la distancia, ni planetas, ni estrellas: de hecho, se ha descubierto que no es como la materia que estamos acostumbrados a ver y tocar todos los días, que está hecha de partículas llamadas “bariones”. Esta materia… es “no bariónica”. Tampoco es antimateria, porque no produce la radiación característica cuando la antimateria interactúa con la materia normal. Y tampoco se puede explicar a través de agujeros negros. Y sin embargo, constituye el 26,8% de la masa del universo.

Una de las posibilidades, es que esté compuesta de neutrinos, o bien de las llamadas WIMPs, Partículas Masivas de Interacción Débil. Que tampoco se sabrá qué son… hasta que se encuentren. Finalmente, les dejo esta imagen:

Foto en el rango de rayos X de la Galaxia NGC4555. Fuente: NASA/CXC/E.O'Sullivan et al.

La imagen de más arriba, es la galaxia NGC4555 (en el rango de rayos X). ¿Qué tiene de especial? Que esa nube azul, que es gas a 10 millones de grados celsius, no debería estar ahí. “Algo” retiene gravitacionalmente a ese gas, y no sabemos que es. Sólo sabemos su nombre: Materia oscura.