¿Han saltado los astrónomos demasiado rápido a la conclusión de Dark Energy?

Las mediciones de distancia cosmológica no son un castillo de naipes. Los errores en la medición de objetos distantes son grandes, pero a medida que realiza más mediciones, los errores disminuyen. El efecto de la aceleración cósmica es en esta parte mucho, mucho mayor que lo que se puede explicar mediante un simple error de medición.

Además, los resultados parecen haber sido confirmados por múltiples sistemas de medición independientes. La otra cosa es que la cosmología física tiene que ver con la gestión de errores, por lo que los cosmólogos físicos tienden a ser expertos en estadística.

Siempre existe la posibilidad de que nos hayamos perdido algo, pero en este punto la posibilidad de que sea la razón de algún error de medición es mucho, mucho más extraña que asumir la energía oscura. Un problema aquí es que simplemente no puede decir “error de medición”, tiene que dar una idea de qué tipo de mediciones podrían estar equivocadas. Algo que es muy bueno es leer los documentos originales de energía oscura, ya que los autores analizaron punto por punto todos los posibles errores de medición que se les ocurrieron, y llegaron a un buen argumento de por qué pudieron descartar esa posibilidad.

Está claro en este punto que tenemos un misterio, y si alguien pudiera explicar las observaciones a través de algún tipo de error de medición, sería una ciencia que sacudiría la tierra, y desmerecerían un premio Nobel aún más que si lo descubriéramos Era energía oscura.

Ninguna medida es incontrovertible, pero cada vez hay más pruebas que sugieren que el Universo se está acelerando. Las observaciones de supernovas distantes de tipo Ia (SNe) proporcionan una línea de evidencia, pero las mediciones de precisión del campo de radiación de fondo cósmico de microondas (CMB) y las oscilaciones acústicas bariónicas (BAO) también brindan apoyo.

La evidencia (compilada por el Proyecto de Cosmología de Supernova) apunta a un Universo dominado por algo como la energía oscura. Echa un vistazo a la trama (a continuación) de Suzuki, et al., Ap. J. (2011).

En el eje izquierdo, graficamos la contribución relativa de la energía oscura (típicamente denotada por [math] \ Lambda [/ math]), y en el eje x tenemos la contribución relativa de la materia (incluida la materia oscura). En el plano dibujamos contornos de probabilidad de cada una de las tres líneas de evidencia enumeradas anteriormente: Supernovas (SNe), Fondo de microondas cósmico (CMB) y Oscilaciones acústicas bariónicas (BAO). Su región de superposición sugiere un universo con ~ 75% de energía oscura y ~ 25% de materia.

¿Es esto incontrovertible? No. Así no es como funciona la ciencia. Pero muchas cosas tendrían que estar mal con muchos experimentos independientes para lograr una respuesta significativamente diferente.

Dicho esto, debemos tener en cuenta que estas estimaciones se realizan dentro del contexto de nuestras teorías físicas conocidas, principalmente, la Relatividad General (GR). GR describe cómo evoluciona la estructura a gran escala del Universo dada su composición. Un Universo hecho completamente de materia ordinaria se expandirá de manera muy diferente que un Universo hecho completamente de Energía Oscura.

La razón de esto tiene que ver con cómo aumenta la densidad del material a medida que aumenta su volumen. La materia, por ejemplo, escalas como [math] L ^ {- 3} [/ math], para alguna escala de longitud [math] L [/ math]. Cuando triplica el volumen de un gas, por ejemplo, su densidad disminuye en un factor de ocho. La radiación (como los fotones) se escala como [matemática] L ^ {- 4} [/ matemática].

Para que algo califique como energía oscura, debe escalar como [matemáticas] L ^ {- 2} [/ matemáticas] o mejor. Tal sustancia no es como nada de lo que sabemos en la Tierra. Los físicos postulan que puede ser la energía asociada con el “vacío” cuántico, algo que es omnipresente y tiene las propiedades físicas correctas para contribuir de la manera correcta a las ecuaciones de Einstein para que el Universo se expanda en la forma en que lo observamos.

La otra posibilidad es que las ecuaciones de Einstein podrían estar equivocadas (es decir, meras aproximaciones a una teoría más completa). Ciertos ejemplos de teoría de cuerdas pueden modificar las ecuaciones de Einstein y, dada una afinación suficiente, proporcionar un mecanismo para un Universo acelerado sin recurrir a un componente de energía oscura. Pero en la mayoría de estas teorías, simplemente estamos intercambiando una desconocida por otra.

En resumen, la energía oscura es, de hecho, una especie de taquigrafía para “No sabemos”, pero tampoco ignoramos por completo sus propiedades. A medida que se realicen mediciones cosmológicas más precisas, será mejor precisar sus cualidades: ¿cómo se escala? ¿Evoluciona en el tiempo? ¿Se puede asociar con un campo cuántico conocido en el modelo estándar (o sus extensiones)?

Veremos si la noción de Energía Oscura se puede acomodar en nuestras teorías físicas actuales, o si necesitamos ideas más radicales para progresar.