Viviendo en la era de la energía oscura

Aunque tratamos de nombrar lo desconocido, el descubrimiento de la materia y la energía oscura, la energía de nuestra era,
hasta ahora comienza.

En el centro de la imagen está el AMS-2, experimento para medir rayos cósmicos y partículas de materia oscura, instalado en uno de los segmentos de la Estación Espacial Internacional. /NASA.

“En realidad las cosas verdaderamente difíciles son todo lo que la gente cree poder hacer a cada momento”.

Estimado lector, usted que en este instante fija la vista en la página o la pantalla en las que están escritas estas palabras está en medio del universo. Un universo que más allá de la gravedad de las galaxias vecinas se expande en todas direcciones y nosotros, tal y como una uva pasa en un pan que crece en el horno, vemos a las demás galaxias alejarse de nosotros y, además, mientras más lejos se encuentra una galaxia, más rápido parece alejarse. La expansión del universo define todo lo que percibimos como pasado y determina todo lo que llamamos futuro, es la expansión del universo la que hace que el tiempo siempre corra hacia delante. El ingrediente que causa esta expansión es aún desconocido, pero le hemos dado un nombre: energía oscura.

La herramienta que nos permite estudiar e imaginar el universo como un todo es la teoría general de la relatividad, publicada por Albert Einstein en 1916. La idea fundamental de la relatividad general es que la geometría del espacio y del tiempo está determinada por la cantidad de energía contenida en ellos. Si el universo se expande es porque hay una fuente de energía que produce repulsión entre los objetos, oponiéndose a la fuerza de gravedad que los atrae. Cuando Edwin Hubble descubrió la expansión del universo, encontró que vivimos en una era en la que la gravedad es más débil que la energía que causa la expansión. La única herramienta con la que contaban los astrónomos para saber si este estado de expansión del universo es eterno era medir la cantidad de materia en el universo con la esperanza de saber si algún día la gravedad podría detener la expansión. Sin embargo, al intentar medir la cantidad de materia nos encontramos con un misterio de grandes proporciones.

En 1933, Fritz Zwicky, un personaje excéntrico aun entre los astrónomos, trabajaba en las observaciones del cúmulo Coma. De padre suizo y madre checa, pero nacido en Bulgaria, Zwicky llegó a trabajar al Instituto Tecnológico de California a los 27 años y se convirtió en uno de los astrofísicos más brillantes y creativos del siglo XX. Muchas de las ideas más importantes de la astrofísica moderna fueron propuestas por Zwicky muchos años antes de que la comunidad científica comenzara a considerarlas importantes: fue uno de los primeros en hablar de lentes gravitacionales y acuñó el término “supernova” mientras desarrollaba el concepto de estrellas de neutrones. También fue un exitoso diseñador de motores de propulsión a chorro con más de 50 patentes a su nombre y un consumado filántropo promoviendo programas para reconstruir las bibliotecas de las ciudades arrasadas por la Segunda Guerra Mundial nutriéndolas con abundantes libros de matemáticas, física y astronomía.

Zwicky calculó que la cantidad de materia en el cúmulo de galaxias de Coma era 400 veces más grande de la que se podía inferir a partir de la cantidad de luz que emitía. Zwicky estimó entonces que la mayor parte de la materia en el cúmulo de Coma no emite luz alguna y la bautizó Dunkle Materie: materia oscura. La materia oscura habría permanecido en el olvido junto con otras fantásticas ideas de Zwicky, de no ser porque al mismo tiempo en Holanda, el astrónomo Jan Oort había notado también que había materia que no habíamos visto y que era necesaria para explicar el movimiento de las estrellas en la Vía Láctea. La idea de materia oscura propuesta por Zwicky y Oort no fue aceptada por los astrónomos hasta mucho tiempo después cuando aparecieron en escena las observaciones de la astrónoma Vera Rubin.

Vera Rubin, una norteamericana hija de inmigrantes venidos de Lituania y Rumania, es conocida tanto por su impecable trabajo científico como por su lucha para abrir espacios para las mujeres en ciencia. A finales de la década de los 60, Rubin descubrió que la velocidad de rotación de las galaxias en espiral solamente se puede explicar si la mayor parte de la materia está por fuera de la galaxia, y concluyó que solamente vemos una décima parte de toda la materia que las compone. En términos culinarios, es como si la galaxia que vemos fuera la yema de un huevo y solamente podemos inferir la existencia de la clara viendo la yema. Solamente que en el caso de la materia oscura no sabemos realmente de lo que está compuesta.

La naturaleza de la materia oscura es aún desconocida, pero tenemos evidencias muy claras que indican que no se trata de materia ordinaria como la que está formada a partir de protones y neutrones ni tampoco se trata de antimateria. Sabemos que la materia oscura forma un poco menos de la tercera parte del universo, pero no sabemos exactamente qué tipo de partículas la componen porque hasta ahora parecen interactuar solamente a través de la gravedad. Los expertos piensan que la materia oscura está compuesta de partículas exóticas, pero con propiedades predecibles y para observarlas han construido instrumentos que se instalan en laboratorios aislados a varios kilómetros bajo la superficie de la tierra y que producen destellos de luz cuando una partícula de materia oscura atraviesa un cristal centellador. En más de 20 años de búsqueda directa de la materia oscura no hemos encontrado más que señales poco concluyentes, pero la evidencia indirecta es tan concluyente que aún seguimos en la búsqueda.

En mayo de 2011 se instaló en la Estación Espacial Internacional el AMS-02, un módulo para la observación de rayos cósmicos y partículas de materia oscura. Las observaciones del AMS-02 parecen dar pistas sobre la aniquilación de materia oscura en algunas regiones del universo, pero sin proveer aún una observación concluyente.

Comenzamos por buscar la energía que mantiene la expansión acelerada midiendo la cantidad de materia en el universo y nos encontramos con que necesitábamos una definición más amplia de lo que es la materia. Múltiples observaciones siguen evidenciando la presencia de la materia y la energía oscura que, aunque tienen nombre, aún hacen parte del universo que está por descubrir. Entre 1998 y 1999, un grupo de astrónomos hizo mediciones de la luz proveniente de supernovas muy lejanas y descubrió que lejos de detenerse, la expansión del universo es cada vez más rápida, un resultado que hizo merecedores del Premio Nobel de Física a Saul Perlmutter, Brian Schmidt y Adam Riess, líderes del proyecto. Una de las conclusiones de estás observaciones es que vivimos en una era en la que la mayor parte de la energía del universo está en la energía que impulsa la expansión, un universo dominado por la energía oscura.

Cuando hablamos de la materia y la energía oscura estamos en la orilla de nuestro conocimiento del universo y observamos un océano desconocido aún por explorar. Cuando Vasco Núñez de Balboa cruzó Panamá en 1513 y encontró lo que llamó “una enorme extensión de agua” que bautizó “Mar del Sur”, no se imaginaba que estaba ante el océano Pacífico. De la misma manera le hemos dado nombre a lo desconocido, pero el descubrimiento de la materia y la energía oscura hasta ahora comienza.

 

 

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