Energía Oscura: Cuando el Universo Escapa a su Propia Gravedad

Descubrimiento de la Aceleración Cósmica

En 1998, dos equipos independientes dirigidos por Saul Perlmutter (1959-), Brian P. Schmidt (1967-) y Adam Riess (1969-) descubrieron, gracias al estudio de las supernovas de tipo Ia, que la expansión del Universo no se ralentizaba bajo el efecto de la gravedad como se creía, sino que, por el contrario, se aceleraba. Para explicar esta observación, los cosmólogos introdujeron el concepto de energía oscura, un componente misterioso que representa aproximadamente el 70% del contenido energético total del Universo.

Naturaleza Hipotética de la Energía Oscura

La energía oscura a veces se asimila a una constante cosmológica \(\Lambda\), término añadido a las ecuaciones de Einstein de la relatividad general (1915). Puede interpretarse como una propiedad intrínseca del vacío cuántico, o como una forma de campo escalar dinámico (quintessence). Su presión negativa ejercería una repulsión gravitacional, lo que provocaría la aceleración de la expansión. Sin embargo, su origen físico sigue siendo desconocido.

Ecuaciones Cosmológicas

En el marco del modelo de Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker, la ecuación de la expansión se escribe: \(\;H^2 = \frac{8\pi G}{3}\rho - \frac{k}{a^2} + \frac{\Lambda}{3}\;\) donde \(H\) es la constante de Hubble, \(\rho\) la densidad total de materia-energía, \(k\) la curvatura espacial y \(\Lambda\) la constante cosmológica. Un término \(\Lambda > 0\) genera una expansión acelerada.

Expansión Acelerada e Hipótesis del Multiverso

Algunas teorías cosmológicas avanzan la existencia de un multiverso, donde nuestro Universo sería solo una burbuja entre otras. En este contexto, se ha sugerido que la expansión acelerada podría resultar no solo de una energía oscura intrínseca, sino también de interacciones gravitacionales o flujos de energía entre universos vecinos.

Según estos modelos, cada universo tendría sus propias constantes físicas y densidad de energía. Las fuerzas gravitacionales ejercidas por universos vecinos podrían inducir un efecto aparente de repulsión o aceleración de la expansión de nuestra burbuja cósmica. Esta hipótesis sigue siendo especulativa y difícilmente comprobable con las observaciones actuales, pero ofrece una alternativa a los modelos estándar basados únicamente en la constante cosmológica \(\Lambda\).

Trabajos teóricos que utilizan la teoría de cuerdas y las branas sugieren que las fluctuaciones en el vacío cuántico o las variaciones en la tensión de las membranas universales podrían influir en la expansión de nuestro Universo observable. Estas ideas han sido discutidas notablemente por Lisa Randall (1962-) y Juan Maldacena (1968-) en el contexto de los modelos de branas.

N.B.: La teoría de cuerdas propone que las partículas fundamentales son cuerdas vibrantes en un espacio de 10 u 11 dimensiones. Cada configuración posible de las dimensiones adicionales (variedades de Calabi-Yau) define un "vacío" con sus propias constantes físicas. Esta multitud de soluciones posibles se denomina paisaje, y conduce naturalmente a la idea de un multiverso: nuestro universo sería entonces solo una burbuja entre un conjunto de universos con propiedades físicas diferentes.

Comparación con Otros Componentes del Universo

La energía oscura domina actualmente la evolución cosmológica, por delante de la materia oscura y la materia ordinaria. Este desequilibrio se estableció hace unos 5.000 millones de años, cuando la densidad de la materia disminuyó hasta el punto de volverse inferior a la de la energía oscura.

Fuentes: NASA WMAP, ESA Planck Mission, Premio Nobel de Física 2011.

N.B.: La energía oscura sigue siendo una hipótesis cosmológica. No se observa directamente, sino que se deduce de los efectos dinámicos sobre la expansión.