7/02/2008


De la misma forma ha resultado difícil calcular la masa entera del universo ya que no sólo hay que contar la materia visible, sino también la materia oscura. Sin embargo, al casarlas con la constante de Hubble, incluso las mejores estimaciones parecían llevar siempre a una conclusión frustrante: el universo parecía oscilar alrededor de la “densidad crítica”, como si estuviera indeciso entre el frío eterno de la expansión continuada y el ardiente final de un Big Crunch. Pero entonces, a finales de la década de los noventa, se produjo un descubrimiento sorprendente que pareció resolver el dilema de una vez por todas.

La energía oscura

A finales de la década de los noventa, un equipo de astrónomos se embarcó en un ambicioso proyecto para cotejar las mediciones de la constante de Hubble que realizaba el telescopio espacial Hubble. El equipo cayó en la cuenta de que había otra clase de estrellas tan útiles para determinar distancias como las variables cefeidas y que servían a distancias mucho mayores que éstas.

Se trataba de las supernovas de Tipo I. Como sea que estas brillantes explosiones estelares sean causadas siempre por el mismo suceso, cual es el colapso en estrella de neutrones que una enana blanca que sobrepasa el límite de Chandrasekhar (1,4 masas solares), siempre liberan la misma cantidad de energía y siempre alcanzan la misma luminosidad máxima. Empleando los telescopios más potentes, los astrónomos se dedicaron a buscar todas las supernovas de Tipo I posibles en los lejanos límites del universo.

Lo que observaron cambió nuestra imagen del cosmos. Las supernovas lejanas eran uniformemente menos brillantes y por lo tanto estaban más alejadas de lo que se esperaba. La única explicación que cabe es que la expansión del universo se hubiera acelerado a lo largo de su historia. Parece que actúa una fuerza invisible que impulsa la expansión del universo y contrarresta los intentos de la gravedad por frenarla. A esta nueva fuerza se la conoce como “energía oscura” y, aunque su causa y naturaleza son todavía un profundo misterio, las consecuencias son claras. La energía oscura parece condenar a nuestro universo a la expansión eterna y a una muerte lenta y fría.

(Artículo agregado:

Energía oscura


En cosmología física, la energía oscura es una forma hipotética de materia que estaría presente en todo el espacio, produciendo una presión negativa y que tiende a incrementar la aceleración de la expansión del Universo, resultando en una fuerza gravitacional repulsiva.1 Asumir la existencia de la energía oscura es la manera más popular de explicar las observaciones recientes en las que el Universo parece estar expandiéndose con una tasa de aceleración positiva. En el modelo estándar de la cosmología, la energía oscura actualmente aporta casi tres cuartas partes de la masa-energía total del Universo.

Dos posibles formas de la energía oscura son la constante cosmológica, una densidad de energía constante que llena el espacio en forma homogénea2 y campos escalares como la quintaesencia: campos dinámicos cuya densidad de energía puede variar en el tiempo y el espacio. De hecho, las contribuciones de los campos escalares que son constantes en el espacio normalmente también se incluyen en la constante cosmológica. Se piensa que la constante cosmológica se origina en la energía del vacío. Los campos escalares que cambian con el espacio son difíciles de distinguir de una constante cosmológica porque los cambios pueden ser extremadamente lentos.

Para distinguir entre ambas se necesitan mediciones muy precisas de la expansión del Universo, para ver si la velocidad de expansión cambia con el tiempo. La tasa de expansión está parametrizada por la ecuación de estado. La medición de la ecuación estado de la energía oscura es uno de los mayores retos de investigación actual de la cosmología física.

Añadir la constante cosmológica a la Métrica de Friedman-Lemaître-Robertson-Walker (FLRW) conduce al modelo Lambda-CDM, que se conoce como "modelo standard" de cosmología debido a su coincidencia precisa con las observaciones.

No se debe confundir la energía oscura con la materia oscura ya que, aunque ambas forman la mayor parte de la masa del Universo, la materia oscura es una forma de materia, mientras que la energía oscura es un campo que llena todo el espacio.




No obstante, la nueva fuerza si añade otro posible destino a nuestra selección. Parece que la fuerza de la energía oscura en el universo aumenta con el paso del tiempo; unas mediciones perfeccionadas apuntan a que la gravedad consiguió ralentizar la expansión cósmica hasta hace unos 6.000 millones de años, cuando la energía oscura se incrementó lo suficiente como para superarla. Si la energía continúa aumentando de forma constante, condenará probablemente al universo a un Gran Enfriamiento, pero algunos argumentan que el incremento podría hacerse a un ritmo exponencial.


En algún momento del futuro, esto podría significar que la energía oscura venciera las fuerzas gravitatorias locales e incluso las que dominan los núcleos atómicos. El resultado sería un suceso cataclísmico en el que la materia del cosmos se descompondría en el llamado “Big Rip” o Gran Desgarro.


(Articulo anexado:

¿Cómo terminará nuestro Universo? Recientes especulaciones abren ahora un nuevo campo, el de la misteriosa energía repulsiva que virtualmente rompe todo. Aunque el Universo comenzó con el Big Bang (Gran Explosión), análisis de nuevas mediciones cosmológicas abren la posibilidad de que el Universo termine en un Big Rip (Gran Rompimiento). En unos pocos miles de millones de años más la energía oscura crecerá a tal magnitud que nuestra Galaxia no será tan grande como para ser capaz de contener esta materia y a ella misma.


Luego las estrellas, planetas y posteriormente los propios átomos podrían no ser capaces de resistir esta fuerza interna expansiva. Previamente, otras especulaciones sobre el destino final del Universo se centraban en que el universo iba a colapsar y terminaría con el Big Crunch (Gran Implosión) o el Big Chill (Gran Enfriamiento). Aunque el destino del Universo es aún un rompecabezas, tomando todas las piezas puede que aumente el entendimiento de la naturaleza de la materia oscura y la de la energía oscura).

El Gran Enfriamiento

Cuanto más averiguamos acerca de la materia oscura, más probable parece que el universo se enfrente a un futuro largo y frío. ¿Cómo sería entonces este llamado “Big Chill”? Al principio, el cosmos cambiará poco del estado en que lo conocemos. Continuarán formándose nuevas generaciones de estrellas y galaxias pero, al reducirse la cantidad de gas disponible para la formación estelar, las fusiones entre galaxias llevarán a que la mayoría de los cúmulos estén dominados por galaxias elípticas gigantes. Dentro de varios billones de años, incluso las estrellas de estas galaxias se habrán extinguido y en el universo sólo quedarán carcasas estelares carbonizadas orbitando gigantescos agujeros negros.

Con el tiempo, todo se degradará a una forma más simple y ni siquiera estos remanentes estelares muertos serán una excepción. En un futuro inconcebiblemente lejano, incluso los agujeros negros se harán inestables y se evaporarán en unos estallidos de luz. Después, las carcasas estelares consumidas perderán su integridad y colapsarán en una nueva generación de pequeños agujeros negros, condenados al mismo destino. Finalmente, nada quedará de nuestro una vez magnífico universo salgo una sopa dispersa de partículas subatómicas que flotarán eternamente en una absoluta oscuridad.

Algunos cosmólogos piensan que el universo puede tener una suspensión de condena y especulan que se ha formado en la superficie de un objeto multidimensional llamado “brana“. Imposible de demostrar hasta ahora, su teoría es que nuestra brana se cruza lentamente con otra y, cuando establecen contacto (quizá cada billón de años) provocan un Big Bang y el nacimiento de nuevos universos.

Esta idea anda lejos de ser aceptada en general, pero es un consuelo pensar que nuestro universo agonizante pudiera un día dar a luz a otro nuevo, tan glorioso como su progenitor.

La energía oscura y el destino del Universo

La consecuencia más directa de la existencia de la energía oscura y la aceleración del Universo es que éste es más antiguo de lo que se creía. Si se calcula la edad del Universo con base en los datos actuales de la constante de Hubble (71±4 (km/s)/Mp), se obtiene una edad de 10.000 millones de años, menor que la edad de las estrellas más viejas que es posible observar en los cúmulos globulares, lo que crea una paradoja insalvable. Los cosmólogos estiman que la aceleración empezó hace unos 9.000 millones de años. Antes de eso, se pensaba que la expansión estaba ralentizándose, debido a la influencia atractiva de la materia oscura y los bariones.


La densidad de materia oscura en un Universo en expansión desaparece más rápidamente que la energía oscura y finalmente domina la energía oscura. Específicamente, cuando el volumen del Universo se dobla, la densidad de materia oscura se divide a la mitad pero la densidad de energía oscura casi permanece sin cambios (exactamente es constante en el caso de una constante cosmológica). Teniendo en cuenta la energía oscura, la edad del Universo es de unos 13.700 millones de años (de acuerdo con los datos del satélite WMAP en 2003), lo que resuelve la paradoja de la edad de las estrellas más antiguas.

Si la aceleración continúa indefinidamente, el resultado final será que las galaxias exteriores al Supercúmulo de Virgo se moverán más allá del horizonte de sucesos: no volverán a ser visibles, porque su velocidad radial será mayor que la velocidad de la luz. Esta no es una violación de la relatividad especial y el efecto no puede utilizarse para enviar una señal entre ellos. Realmente no hay ninguna manera de definir la "velocidad relativa" en un espacio-tiempo curvado.


La velocidad relativa y la velocidad sólo pueden ser definidas con significado pleno en un espacio-tiempo plano o en regiones suficientemente pequeñas (infinitesimales) de espacio-tiempo curvado. A su vez, previene cualquier comunicación entre ellos y el objeto pase sin contactar. La Tierra, la Vía Láctea y el Supercúmulo de Virgo, sin embargo, permanecerían virtualmente sin perturbaciones mientras el resto del Universo retrocede. En este escenario, el supercúmulo local finalmente sufriría la muerte caliente, justo como se pensaba para un Universo plano y dominado por la materia, antes de las medidas de la aceleración cósmica.



El fondo de microondas indica que la geometría del Universo es plana, es decir, el Universo tiene la masa justa para que la expansión continúe indeterminadamente. Si el Universo, en vez de plano fuese cerrado, significaría que la atracción gravitatoria de la masa que forma el Universo es mayor que la expansión del Universo, por lo que éste se volvería a contraer (Big Crunch). Sin embargo, al estudiar la masa del Universo se detectó muy pronto que faltaba materia para que el Universo fuese plano.


Esta "materia perdida" se denominó materia oscura. Con el descubrimiento de la energía oscura hoy se sabe que el destino del Universo ya no depende de la geometría del mismo, es decir, de la cantidad de masa que hay en él. En un principio la expansión del Universo se frenó debido a la gravedad, pero hace unos 4.000 millones de años la energía oscura sobrepasó al efecto de la fuerza gravitatoria de la materia y comenzó la aceleración de la expansión.


El futuro último del Universo depende de la naturaleza exacta de la energía oscura. Si ésta es una constante cosmológica, el futuro del Universo será muy parecido al de un Universo plano. Sin embargo, en algunos modelos de quintaesencia, denominados energía fantasma, la densidad de la energía oscura aumenta con el tiempo, provocando una aceleración exponencial. En algunos modelos extremos la aceleración sería tan rápida que superaría las fuerzas de atracción nucleares y destruiría el Universo en unos 20.000 millones de años, en el llamado Gran Desgarro (Big Rip).


Hay algunas ideas muy especulativas sobre el futuro del Universo. Una sugiere que la energía fantasma causa una expansión divergente, que implicaría que la fuerza efectiva de la energía oscura continúa creciendo hasta que domine al resto de las fuerzas del Universo. Bajo este escenario, la energía oscura finalmente destrozaría todas las estructuras gravitacionalmente acotadas, incluyendo galaxias y sistemas solares y finalmente superaría a las fuerzas eléctrica y nuclear para destrozar a los propios átomos, terminando el Universo en un Big Rip.


Por otro lado, la energía oscura puede disiparse con el tiempo o incluso llegar a ser atractiva. Tales incertidumbres abren la posibilidad de que la gravedad todavía pueda conducir al Universo que se contrae a sí mismo en un "Big Crunch". Algunos escenarios, como el modelo cíclico, sugieren que este podía ser el caso. Mientras que estas ideas no están soportadas por las observaciones, no pueden ser excluidas. Las medidas de aceleración son cruciales para determinar el destino final del Universo en la Teoría del Big Bang.

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