En el corazón de los debates contemporáneos en cosmología se encuentra un fenómeno asombroso: la expansión acelerada del universo. Descubierto a finales de la década de 1990, esta revelación ha transformado nuestra comprensión de la dinámica cósmica y ha llevado a la propuesta de un nuevo componente misterioso del universo: la energía oscura.
La idea de que el universo está en expansión se remonta al trabajo de Edwin Hubble, quien, en la década de 1920, demostró que las galaxias se alejan de nosotros y que la velocidad a la que se alejan es proporcional a su distancia. Este fenómeno está descrito por la ley de Hubble, que estableció que el universo está en expansión, un concepto corroborado por las ecuaciones de la relatividad general de Albert Einstein.
A mediados de la década de 1990, dos equipos independientes de astrónomos, el Supernova Cosmology Project (SCP) y el High-Z Supernova Search Team, comenzaron a observar supernovas de tipo Ia, que son explosiones estelares características. Estas supernovas se utilizan como velas estándar debido a su brillo intrínseco relativamente constante.
Los astrónomos midieron el brillo aparente de estas supernovas y, al compararlas con su brillo intrínseco, pudieron determinar su distancia. Al mismo tiempo, midieron el desplazamiento al rojo de estas supernovas para calcular su velocidad de recesión. Estas mediciones revelaron un resultado inesperado: las supernovas distantes parecían menos brillantes de lo esperado en un modelo de universo en expansión desacelerada, lo que indicaba que se estaban alejando más rápido de lo anticipado.
Este hallazgo llevó a la conclusión de que la expansión del universo no estaba desacelerándose, como se pensaba inicialmente, sino que se estaba acelerando. Esto llevó a la introducción del concepto de energía oscura, una forma de energía misteriosa que constituye aproximadamente el 68 % del universo y ejerce una presión negativa, promoviendo la aceleración de la expansión.
La energía oscura se ha integrado en los modelos cosmológicos a través de la constante cosmológica (Lambda), que apareció en las ecuaciones de Einstein. Este término, introducido originalmente para permitir un modelo de universo estático, ha sido redescubierto para explicar la aceleración de la expansión.
Los cosmólogos han propuesto diferentes modelos para describir la energía oscura:
Además de las supernovas, varias otras observaciones apoyan la idea de la expansión acelerada:
Todavía no conocemos la verdadera naturaleza de la energía oscura y de la aceleración de la expansión del universo. Los físicos están tratando de probar estos dos paradigmas capaces de explicar las observaciones, el de la energía oscura y el de la gravedad modificada. Esto permitiría eliminar un grupo de teorías. Las misiones Euclides o SKA ayudarán a decidir entre estos dos grupos de teorías.
La profesora Camille Bonvin, profesora en 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, generadas 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 donde, generalmente, estas distorsiones difieren.
Probar la validez de la teoría de Einstein en los confines más lejanos del universo es sin duda uno de los grandes desafíos de la cosmología del mañana.
N.B.:
Euclid es la misión espacial seleccionada por la ESA (programada para 2023) que podría proporcionar respuestas sobre la verdadera naturaleza del universo. Euclides investigará la historia de la expansión del universo y la formación de estructuras cósmicas. El objetivo es medir la distribución de la materia en el universo y cómo esta distribución ha evolucionado desde el Big Bang. El nombre de la misión fue elegido en honor a Euclides (300 a.C.), el matemático griego considerado el padre de la geometría.
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