Expansión acelerada del Universo

En 1927-29, Edwin Hubble (1889-1953) y Georges Lemaitre (1894-1966) observaron que el Universo se estaba expandiendo. Todas las galaxias se están alejando de nosotros y las galaxias distantes se están alejando de nosotros más rápido que las galaxias cercanas. Esta observación significa que el espacio está creciendo. ¡Todo sucede como si el Universo creciera desde adentro!
Esto es suficiente para decir que nuestro Universo se está expandiendo porque si fueran las galaxias las que se estuvieran moviendo, no podríamos explicar esta observación.
La expansión del Universo es por tanto un fenómeno bastante inquietante, porque las galaxias sin moverse, se alejan unas de otras y no hay contradicción con esta observación. Desde la década de 1990, las observaciones han demostrado de manera convincente que la expansión del universo se está acelerando, en lugar de ralentizarse como cabría esperar, debido a la atracción gravitatoria entre las galaxias. Los datos recopilados de varios métodos de observación, incluidas las supernovas, los rayos cósmicos y las oscilaciones acústicas bariónicas (BAO), han confirmado este hallazgo. Incluso conocemos la velocidad de expansión acelerada que es de 72 km/s/Mpc. La relatividad general predice que la expansión debe disminuir con el tiempo porque la materia tiende a disminuir la expansión. Lo que significa que en el pasado la velocidad debe haber sido más rápida que hoy. Otra rareza es que esta velocidad medida en el tiempo no se corresponde con las predicciones. La velocidad de expansión aumenta con el tiempo. Era más pequeña en el pasado de lo que es hoy. Más precisamente, durante los primeros 8 mil millones de años de la evolución del Universo, la velocidad de expansión disminuye con el tiempo como se esperaba y luego, de repente, se acelera.
Entonces, ¿qué está impulsando esta aceleración que comenzó hace 5 mil millones de años?
Los científicos durante más de 20 años han desarrollado muchas teorías. Sin embargo, a pesar de las múltiples teorías que intentan explicar esta rareza, aún no sabemos cuál es el fenómeno responsable de la expansión acelerada del Universo. Las teorías se clasifican en dos categorías diferentes, las de la energía oscura y las de la gravedad modificada.
La principal hipótesis para explicar esta aceleración es la existencia de energía oscura. A diferencia de la materia ordinaria, esta forma de energía no debe diluirse en un volumen que crece con el tiempo, sino que debe permanecer distribuida uniformemente por todo el universo. Cuando el Universo crece, la cantidad de energía oscura también debe crecer proporcionalmente. Cuando la cantidad de energía oscura crece, el universo crece y, por lo tanto, hay más energía oscura. ¡Este ciclo obliga al Universo a expandirse cada vez más rápido!

Una de las hipótesis más populares es que la energía oscura es simplemente una constante cosmológica, una forma de energía cuya densidad permanece constante a lo largo del tiempo y en todo el universo. La energía oscura representa casi el 70% de toda la densidad de energía del universo. Eso es mucho, pero jugando con la constante cosmológica, es decir, dándole el valor correcto, podemos obtener un Universo que comience a acelerarse los primeros 8 mil millones de años después del Big Bang. Sin embargo, esto no es satisfactorio. La naturaleza de la energía oscura aún se desconoce en gran medida. En las categorías que explican la energía oscura encontramos las teorías de Gauss-Bonnet, Brans-Dicke, Einstein-Aether, Bigravity, Cascading Gravity, The Fab Four, Galileon, Massive Gravity, Randall-Sundrum, etc.
Otra hipótesis es que la aceleración de la expansión del universo puede explicarse por una modificación de la gravedad a una escala muy grande. Esta teoría propone que la gravedad no sigue exactamente las leyes de Newton a escalas muy grandes, y que esto puede explicar la aceleración de la expansión del universo.
De hecho, la relatividad general ha sido enormemente probada y validada, pero nunca a una escala muy grande, la de todo el Universo. En esta categoría de gravitación modificada encontramos las teorías de Quintaesencia, K-esencia, Energía oscura fantasma, Quintaesencia acoplada, Constante cosmológica, Gas Chaplygin, etc.
En última instancia, aún no conocemos la verdadera naturaleza de la energía oscura y la expansión acelerada del universo. Los físicos están tratando de probar estos dos paradigmas capaces de explicar las observaciones, la de la energía oscura y la de la gravitación modificada. Esto eliminaría un grupo de teorías. Las misiones Euclid o SKA ayudarán a decidir entre estos dos grupos de teorías.
El profesor Camille Bonvin, profesor de la Universidad de Ginebra, ha desarrollado un método para probar estos dos paradigmas. Consiste en comparar la distorsión del tiempo y la distorsión del espacio, generada por las galaxias y cúmulos presentes en el Universo. La relatividad general de Einstein predice que estas dos distorsiones son iguales, a diferencia de las teorías alternativas de la gravedad en las que, por lo general, estas distorsiones difieren.
Probar la validez, en el límite del Universo, de la teoría de Einstein es, sin duda, uno de los grandes retos de la cosmología del mañana.