¿Qué es la energía oscura?
Se desconoce más de lo que se sabe. Sabemos cuánta energía oscura hay porque sabemos cómo afecta la expansión del universo. Aparte de eso, es un completo misterio. Pero es un misterio importante. Resulta que aproximadamente el 68% del universo es energía oscura. La materia oscura representa alrededor del 27%. El resto, todo en la Tierra, todo lo que se haya observado con todos nuestros instrumentos, toda la materia normal, suma menos del 5% del universo. Ahora que lo pienso, tal vez no debería llamarse materia “normal” en absoluto, ya que es una fracción tan pequeña del universo.
Una explicación para la energía oscura es que es una propiedad del espacio. Albert Einstein fue la primera persona en darse cuenta de que el espacio vacío no es nada. El espacio tiene propiedades asombrosas, muchas de las cuales apenas comienzan a ser entendidas. La primera propiedad que descubrió Einstein es que es posible que exista más espacio. Entonces, una versión de la teoría de la gravedad de Einstein, la versión que contiene una constante cosmológica, hace una segunda predicción: el “espacio vacío” puede poseer su propia energía. Debido a que esta energía es una propiedad del espacio en sí, no se diluirá a medida que el espacio se expanda. A medida que surja más espacio, aparecería más de esta energía del espacio. Como resultado, esta forma de energía causaría que el universo se expanda cada vez más rápido. Desafortunadamente, nadie comprende por qué la constante cosmológica debería estar allí, y mucho menos por qué tendría exactamente el valor correcto para causar la aceleración observada del universo.
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Otra explicación de cómo el espacio adquiere energía proviene de la teoría cuántica de la materia. En esta teoría, el “espacio vacío” en realidad está lleno de partículas temporales (“virtuales”) que se forman continuamente y luego desaparecen. Pero cuando los físicos intentaron calcular la cantidad de energía que esto le daría al espacio vacío, la respuesta salió mal, mucho por error. El número salió 10120 veces demasiado grande. Eso es un 1 con 120 ceros después. Es difícil obtener una respuesta tan mala. Entonces el misterio continúa.
Otra explicación para la energía oscura es que es un nuevo tipo de fluido o campo de energía dinámica, algo que llena todo el espacio pero algo cuyo efecto en la expansión del universo es el opuesto al de la materia y la energía normal. Algunos teóricos han llamado a esta “quintaesencia”, después del quinto elemento de los filósofos griegos. Pero, si la quintaesencia es la respuesta, todavía no sabemos cómo es, con qué interactúa o por qué existe. Entonces el misterio continúa.
Una última posibilidad es que la teoría de la gravedad de Einstein no es correcta. Eso no solo afectaría la expansión del universo, sino que también afectaría la forma en que se comportaba la materia normal en galaxias y cúmulos de galaxias. Este hecho proporcionaría una manera de decidir si la solución al problema de la energía oscura es una nueva teoría de la gravedad o no: podríamos observar cómo las galaxias se unen en cúmulos. Pero si resulta que se necesita una nueva teoría de la gravedad, ¿qué tipo de teoría sería? ¿Cómo podría describir correctamente el movimiento de los cuerpos en el Sistema Solar, como se sabe que hace la teoría de Einstein, y todavía nos da la predicción diferente para el universo que necesitamos? Hay teorías candidatas, pero ninguna es convincente. Entonces el misterio continúa.
¿Qué es la materia oscura?
Al ajustar un modelo teórico de la composición del universo al conjunto combinado de observaciones cosmológicas, los científicos han creado la composición que describimos anteriormente, ~ 68% de energía oscura, ~ 27% de materia oscura, ~ 5% de materia normal. ¿Qué es la materia oscura?
Estamos mucho más seguros de lo que no es la materia oscura que de lo que es. Primero, está oscuro, lo que significa que no tenemos la forma de estrellas y planetas que vemos. Las observaciones muestran que hay muy poca materia visible en el universo para constituir el 27% requerido por las observaciones. Segundo, no tiene la forma de nubes oscuras de materia normal, materia compuesta de partículas llamadas bariones. Sabemos esto porque podríamos detectar nubes bariónicas por su absorción de la radiación que pasa a través de ellas. Tercero, la materia oscura no es antimateria, porque no vemos los rayos gamma únicos que se producen cuando la antimateria se aniquila con la materia. Finalmente, podemos descartar grandes agujeros negros del tamaño de una galaxia en función de la cantidad de lentes gravitacionales que vemos. Las altas concentraciones de materia doblan la luz que pasa cerca de ellos desde objetos más alejados, pero no vemos suficientes eventos de lentes para sugerir que dichos objetos constituyan la contribución requerida de 25% de materia oscura.
Sin embargo, en este punto, todavía hay algunas posibilidades de materia oscura que son viables. La materia bariónica aún podría formar la materia oscura si estuviera todo atado en enanas marrones o en pequeños y densos trozos de elementos pesados. Estas posibilidades se conocen como objetos de halo compactos masivos, o “MACHO”. Pero la opinión más común es que la materia oscura no es bariónica en absoluto, sino que está formada por otras partículas más exóticas como axiones o WIMPS (partículas masivas que interactúan débilmente).
