Respuesta excesivamente larga por delante
Primero, comencemos con una breve descripción de lo que es la energía oscura. En la medida actual de nuestro conocimiento, el universo está formado por algunas especies componentes: materia, radiación y energía oscura.
La radiación es, actualmente, la especie menos dominante, representando menos del 1% * de la densidad de energía total del universo. Se descompone en dos partes principales: primero, la luz proveniente del Big Bang, la radiación cósmica de fondo de microondas. La segunda parte, la más pequeña de las dos, es el fondo cósmico de neutrinos, hasta ahora no detectado, pero fuertemente predicho.
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La materia viene después, siendo responsable de aproximadamente el 30% * del universo. La materia interactúa principalmente a través de la gravedad y es bastante fácil de detectar. Mira a tu alrededor o al cielo nocturno. Todo lo que ves es emitido por la luz o proviene de la materia. Pero eso es aproximadamente el 5% del universo. El otro 25% de la materia proviene de un componente extraño que no emite ni absorbe luz. En otras palabras, es un componente oscuro, al que llamamos materia oscura. Excepto por el hecho de que no es una fuente de luz, la materia oscura y regular (llamada bariónica por los cosmólogos) son bastante similares. La evidencia de la materia oscura en el universo es muy sólida y ha existido, en muchas formas, desde la década de 1970. Los modelos actuales de materia oscura parecen indicar que hace frío. Cosmológicamente, eso significa que no interactúa consigo mismo, que no hay colisiones entre partículas de materia oscura.
Pero eso no es de lo que vinimos a hablar aquí. Vinimos aquí para hablar sobre la energía oscura. Primero, comencemos con lo que no es la energía oscura. No es materia oscura, ni materia regular; de hecho, tiene propiedades extremadamente diferentes. Tampoco es la luz del Big Bang, ya que también tenemos eso cubierto. A menudo veo personas que relacionan la energía oscura con los agujeros negros, y eso también es incorrecto. La energía oscura tampoco emite luz (y ahí es cuando terminan las similitudes con la materia oscura) y, a diferencia de la materia, no forma estructuras (hasta donde sabemos). La energía oscura también parece ser constante en todo el universo, lo que la hace extremadamente diferente de otras especies que hemos visto hasta ahora. Entonces, ¿cómo sabemos que alrededor del 70% * del universo es energía oscura?
Bueno, cada una de estas especies contribuye de manera diferente a algunas propiedades del universo. En particular, la edad del universo y cómo evolucionan las distancias con el tiempo son súper sensibles a estas especies … y sus cantidades, por supuesto. Llamemos a la densidad de energía relativa de la materia [matemática] \ Omega_m [/ matemática] y de la energía oscura [matemática] \ Omega_ \ Lambda [/ matemática}. Aproximadamente, estos parámetros representan el% de una especie dada en el universo hoy. Podemos resolver las ecuaciones de Friedmann para obtener distancias en el universo a medida que observamos el pasado, variando tanto la materia como la densidad de energía oscura:
Figura de mi colección personal de tramas cosmológicas, utilizada con mi propio permiso =)
Podemos ver claramente que, cuanta más energía oscura tenemos, que, para la misma [matemática] z [/ matemática] (el desplazamiento al rojo, esencialmente una escala de tiempo en el universo), las distancias se hacen más altas cuando le agregamos más energía oscura. .
La energía oscura también tiene un parámetro llamado [matemáticas] w [/ matemáticas], el parámetro de ecuación de estado. Este parámetro describe cómo la energía oscura evoluciona con el tiempo. Un valor de [matemáticas] w = -1 [/ matemáticas] indica que la energía oscura es, de hecho, una constante cosmológica (y, según nuestras mejores mediciones, parece ser así), en lugar de disminuir ([matemáticas] w> -1 [/ matemática]) o creciente ([matemática] w <-1 [/ matemática]). La siguiente gráfica muestra el mismo% de energía oscura, pero con una ecuación variable del parámetro de estado:
Figura de mi colección personal de tramas cosmológicas, utilizada con mi propio permiso =)
Las distancias son mucho menos sensibles a [math] w [/ math] que a [math] \ Omega [/ math] s, lo que hace que las mediciones de este parámetro sean un poco más complicadas.
Entonces, hemos visto hasta ahora que la energía oscura afecta principalmente las distancias, ¿verdad? Supongamos que tenemos un objeto que tenemos dos medidas independientes de distancia. Primero, la luz que proviene de él. La intensidad de esta fuente debería caer a medida que aumenta la distancia, así que esa es una. A medida que el universo se expande, la luz de la fuente también debería volverse más roja, y lo rojo que se compara con un objeto estacionario es lo que se llama desplazamiento al rojo. Hay algunos objetos en el universo que se pueden medir de esta manera. Una de las más importantes son las supernovas Ia, ya que presentan un comportamiento bastante bien entendido, al menos en términos de luz emitida. Por lo tanto, midiendo tanto el brillo como el color de estos objetos, es posible construir un diagrama de Hubble, un diagrama de distancias del universo a medida que envejece. El siguiente es el diagrama de Hubble de [1401.4064] Restricciones cosmológicas mejoradas de un análisis conjunto de las muestras de supernovas SDSS-II y SNLS, uno de los documentos más recientes con datos reales en el campo:
Combinando la información de distancias desde las supernovas Ia con las distribuciones de temperatura en el fondo cósmico de microondas, que también son sensibles a la densidad de la materia y, en menor medida, de la energía oscura, en el universo, pudieron medir estos parámetros bastante bien :
Sin embargo, las supernovas Ia no son las únicas sondas. La energía oscura también afecta la forma en que se forma la estructura en el universo, por lo que verificar qué tan distribuidas están las galaxias también es una medida interesante. La siguiente gráfica muestra cómo el espectro de potencia, esencialmente una medida de separación de galaxias, cambia con la energía oscura:
También de mi colección, hecha con CAMB ( CAMB.info )
Actualmente, hay algunas encuestas astrofísicas que intentan mejorar las mediciones de la energía oscura. Uno de los más importantes es el Dark Energy Survey (Home – The Dark Energy Survey), que está mapeando diferentes sondas del universo en busca de las propiedades finas de la energía oscura. También se planean múltiples encuestas, como el LSST (The Large Synoptic Survey Telescope) y el J-PAS (Javalambre Physics of the Accelerating Universe Astrophysical Survey) que mejorarán estas mediciones y, con suerte, darán algunas pistas sobre qué El hecho es la energía oscura.
Para aquellos interesados en las propiedades matemáticas y físicas de la energía oscura, recomiendo el siguiente artículo de revisión de 2008: [0803.0982] Energía oscura y el universo acelerado, uno de los recursos más completos sobre el tema. Para los valientes, hay Dark Energy, un libro de 2010 (actualizado en 2014, creo) sobre el tema.
* Estos valores no son absolutos y son una estimación aproximada basada en nuestras mediciones actuales.
