Energía oscura y la expansión acelerada del Universo

El premio Nobel de Física de 2011 ha recaído en los astrónomos Saul Perlmutter, Adam Riess y Brian Schmidt, que con sus resultados observacionales obtenidos a finales de los años noventa del siglo pasado han revolucionado nuestra visión de la cosmología, y por tanto, de la evolución del Universo. Los equipos dirigidos por un lado por Perlmutter ("The supernova Cosmology Project" programa que comenzó su andadura observacional en 1988 ) y por otro lado por Riess (The High-z Supernova Search Team" que comenzó sus observaciones en 1994), junto con Schmidt que jugaba un papel destacado en el equipo, estaban estudiando un número suficientemente significativo desde el punto de vista estadístico de supernovas de tipo Ia. Esta variedad de supernovas se utilizan para medir distancias dado el alto grado de conocimiento que se tiene sobre la luminosidad que alcanzan en el momento de la explosión y su posterior evolución, es decir sobre la curva de luz generada por la explosión de la supernova. Estos sucesos ocurren en estrellas binarias donde una enana blanca de masa inicial similar a la del Sol, pero con un tamaño similar al de la Tierra, está acretando materia desde su compañera hasta que alcanza una masa en la que el objeto se vuelve inestable y comienza la fusión del carbono produciéndose una enorme liberación de energía y la expulsión de prácticamente toda la masa de la estrella al medio circundante.

Los eventos de supernovas de tipo Ia están muy bien estudiados, exhiben siempre la misma curva de luz lo que transforma a estas supernovas en auténticas referencias (candelas astronómicas) para medir distancias a partir de la luminosidad observada

Los eventos de supernovas de tipo Ia están muy bien estudiados, exhiben siempre la misma curva de luz lo que transforma a estas supernovas en auténticas referencias (candelas astronómicas) para medir distancias a partir de la luminosidad observada. La incertidumbre que se puede obtener en la distancia al objeto puede ser del orden del 10-20%, lo que en Astrofísica es un logro remarcable dado que estamos hablando de escalas cosmológicas. La observación de un número significativo de estas supernovas en galaxias distantes podría aportar datos significativos sobre la constante de Hubble y la expansión del Universo. Esta era la idea de base de los dos equipos.

Los resultados que obtuvieron Perlmutter, Riess y Schmidt, utilizando los mejores telescopios terrestres y espaciales (Hubble), indicaban que las supernovas de tipo Ia en objetos distantes eran más débiles de lo que se podía esperar. La posibilidad de errores en las medidas era grande y los dos equipos analizaron todas las posibles fuentes de incertidumbre en las observaciones llegando a las mismas conclusiones. Los resultados parecían incosistentes con una cosmología plana (con constante cosmológica Λ igual a 0, el modelo más simple de Universo inflacionario plano) o con un Universo abierto con Λ=0. La interpretación que hicieron ambos equipos de sus observaciones ha cambiado nuestra concepción de la cosmología: el Universo no sólo se encuentra en expansión, como demostró Hubble en los años veinte del siglo pasado, sino que la expansión es acelerada, es decir cuánto más viejo es el Universo mas rápidamente se expande. Como el propio comité Nobel indicó en la nota de prensa sobre la concesión del Nobel de Física de 2011 "Probablemente el Universo acabe congelado". Este resultado observacional parece bastante sólido ya que ambos equipos concluyeron que los datos sugerían un constante cosmológica distinta de cero y positiva con una un grado de confianza superior al 99%. Numerosos trabajos posteriores parecen consolidar la idea de la expansión acelerada del Universo. Los resultados obtenidos hasta ahora (en particular por el satélite WMAP) indican que la razón entre la densidad de materia en el Universo y la densidad crítica, Ω_M, es 0.227, mientras que la densidad de energía del vacío, Ω_Λ ,es 0.728.

	Este resultado observacional parece bastante sólido ya que ambos equipos concluyeron que los datos sugerían un constante cosmológica distinta de cero y positiva con una un grado de confianza superior al 99%

Toda el edificio cosmológico que se había desarrollado a lo largo del siglo XX se ha resentido con este descubrimiento observacional. Nuestras ideas sobre la energía y la materia que componen el Universo han evolucionado en menos de 15 años y hoy en día hablamos de energía y materia oscura como los elementos esenciales del Universo que conocemos. La energía oscura representa el 73% de la energía del Universo y su esencia aún está por descubrir. Dicha energía es la responsable de la expansión acelerada del Universo. Einstein podría desdecirse de su autocritica por haber introducido la constante cosmológica en sus ecuaciones (la presencia de dicha constante limitaba, en principio, el hallazgo de que el Universo se expandía a un ritmo constante como indicaban las observaciones de Hubble). Hoy en día los cosmólogos juegan con la constante cosmológica, y el concepto de energía oscura como densidad de energía del vacío, para explicar la expansión acelerada del Universo. El modelo estándar cosmológico Lambda-Cold Dark Matter, ΛCDM, parece poder explicar la existencia y la estructura observada para la radiación de fondo, las estructuras a gran escala de los grupos de galaxias, las abundancias de los elementos primordiales Hidrógeno, Helio, Deuterio y Litio así como la expansión acelerada del Universo. La energía oscura, así como la materia oscura, sigue siendo un misterio para los físicos. La materia que nos rodea y que somos capaces de medir y observar, los electrones, los protones y neutrones, los fotones o las partículas subatómicas, sólo representan un 4.6% de la energía del Universo. Por lo tanto podemos decir sin temor a equivocarnos, que todo está todavía por descubrir .

En los próximos meses se publicarán los resultados del satélite Planck dedicado al estudio de la radiación de fondo como mucha más sensibilidad y cobertura en frecuencia que la del satélite WMAP cuyos resultados llevaron a los astrónomos Mather y Smoot a obtener el premio Nobel de Física de 2006. La astrofísica está aportando continuos descubrimientos en los últimos, desde los planetas extrasolares a la cosmología. La puesta en marcha de grandes telescopios como ALMA o el futuro telescopio gigante de 42 metros ELT del observatorio Europeo del Hemisferio Sur (ESO) nos revelarán un Universo que seguramente aún no podemos imaginar. Afortunadamente para la física nos queda todavía el 95% del Universo por explorar, interpretar y modelizar.