Energía Oscura

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Una vez Einstein obtuvo su ecuación de la Relatividad General, que explica como se relaciona el espacio-tiempo con la cantidad de materia y energía que contiene, quiso obtener el primer modelo de Universo. Debido a los prejuicios de la época, buscaba una solución que diera lugar a un Universo eterno y estático y, para ello, tuvo que introducir lo que más tarde se diría que fue el mayor error de su vida: la constante cosmológica. Sin embargo, hoy en día es una pieza clave para el modelo actual del Universo. Vamos a ver por qué y qué relación tiene con la Energía Oscura.

Para obtener modelos cosmológicos hay que resolver las ecuaciones de Einstein imponiendo unas ciertas condiciones iniciales. Einstein quiso tener en cuenta que el Universo estaba dominado por materia fría, es decir, materia que se mueve a velocidades no relativistas. Pero Friedmann ya había demostrado que en ese caso el Universo no podría ser estático, tendría que estar necesariamente expandiéndose o contrayéndose.

Para poder conseguir su Universo eterno y estático, dominado por materia fría, Einstein introdujo en 1917 una modificación en sus ecuaciones: la constante cosmológica Λ. Pero, ¿Qué es exactamente esta constante?


La Λ se introduce para obtener un Universo estático


Se corresponde con la densidad de energía del vacío y representa una fuerza repulsiva que provocaría la expansión del Universo. De esta forma, teniendo un Universo dominado por materia fría, la gravedad sería la fuerza atractiva que intenta en colapso y la constante cosmológica sería la densidad de energía del vacío, una fuerza repulsiva que intenta la expansión. En el caso del universo estático de Einstein, se imponía el equilibrio entre estas fuerzas, las gallinas que entran por las que salen, y voilà! Obtenemos un Universo estático dominado por materia fría.


La Λ se corresponde con un tipo energía del vacío que provoca una fuerza de expansión del Universo


No todo podía ser tan sencillo. En 1930 Eddington demostró que este equilibrio entre ambas fuerzas es inestable. Es decir, es como poner una canica en equilibrio en la cúspide de una montaña: puede estar en equilibrio, pero la más leve perturbación o desviación de ese equilibrio haría que la canica rodase montaña abajo. Así que cabría preguntarse ¿es lógico admitir que la naturaleza del Universo es tal que justamente nos encontramos en ese punto de equilibrio?¿No sería mucha casualidad?

El Universo estático de Einstein comenzó a perder adeptos. Hubble fue quien asestó el golpe mortal a este modelo en 1929 cuando observó que todas las galaxias, salvo las del grupo local, se alejaban de nosotros. Es decir, Hubble observó que el Universo no era estático, sino que se expandía. Einstein finalmente retiró su modelo. A esta historia se referiría su amigo George Gamov más tarde como ‘el peor error’ de la carrera de Einstein. Porque la constante cosmológica fue un error…¿o no?


El Universo no es estático, sino que se expande aceleradamente


A finales de 1990 las observaciones nos dicen que el Universo no solamente se expande, sino que lo hace de forma acelerada. ¿Qué es lo que acelera esa expansión?¿Cuál es el motor de la expansión del Universo?

Aquí se rescató la idea de la Λ de Einstein, teniéndola en cuenta en el modelo actual del Universo, el ΛCDM, como motor de esa expansión acelerada. Esta vez la constante cosmológica no se introduce para obtener un Universo en equilibrio, sino para explicar por qué se expande cada vez más rápido. Ahora bien, no es la única posibilidad.


Se retoma Λ como uno de los candidatos a ser el motor de la aceleración de la expansión del Universo


Según el modelo, el Universo contiene un 5% de materia ordinaria, la que nos forma a nosotros y todo lo que conocemos; un 25% de materia oscura, de la que ya hablamos en otro artículo; y un 70% de energía oscura.

La energía oscura es cualquier fluido que haga que el Universo se expanda. Cuando en física hablamos de fluido, no hay que imaginarse el agua, sino cualquier elemento que tenga las propiedades de un fluido: que tenga una densidad, que tienda a ocupar todo el volumen, etc.


Λ puede ser Energía Oscura, pero la Energía Oscura no tiene por qué ser Λ


Hay muchos candidatos que cumplirían que, introduciéndolos en el modelo, provocarían una expansión del Universo. Por ejemplo el llamado Energía Fantasma, que de hecho provocaría que el final del Universo fuera un Bip Rip. O el llamado Quintaesencia.

Todos estos candidatos representan diferentes formas de densidad de energía del vacío. ¿Cómo saber cuál es realmente Energía Oscura? Para ello debemos medir cómo se expande el Universo, si esta expansión se acelera, se frena o es constante, y a qué velocidad lo hace. Es decir, hay que medir con precisión la constante de Hubble. El problema es que esto es realmente complicado.


Para saber qué es exactamente la Energía Oscura hay que medir con precisión la constante de Hubble


Con las mediciones que se tienen actualmente se cree que el candidato a Energía Oscura más probable es, precisamente, la constante cosmológica de Einstein (Λ) y por eso es el que se incluye en el modelo actual.

En cualquier caso, la propiedad que más nos interesa conocer de la Energía Oscura es si se corresponde a un fluido ideal o no. Un fluido ideal no pierde densidad al expandirse, es decir, cuando más grande es el Universo, más Energía Oscura habría y, por tanto, más fuerza de repulsión y más se acelera la expansión. Si no fuera un fluido ideal, conforme crece el Universo la Energía Oscura se diluiría, siendo cada vez menos densa y por tanto disminuyendo la fuerza de expansión y ésta se frenaría.


Para saber en qué tipo de Universo vivimos y cuál es su futuro, debemos averiguar más sobre ese motor de expansión, sobre la Energía Oscura