A la caza de la energía oscura

Cuando los científicos tropiezan con una sorpresa, con algo que no comprenden, no se quedan de brazos cruzados, extasiados, sino que inmediatamente se ponen a inventar experimentos y observaciones para vencer el misterio, y más si se trata de un descubrimiento que altera en gran medida el conocimiento que tiene de la evolución del universo. Se trata de la energía oscura, cuya existencia se desconocía hace poco más de una década y que ahora atrae la atención de los cosmólogos de todo el mundo. No es para menos: según las observaciones más precisas realizadas, la energía oscura supone el 72% de todo el universo y no se sabe qué es ni a qué ley obedece, pero está ahí y se nota.

Para intentar aclarar su naturaleza se están preparando media docena de cámaras astronómicas especiales. Una estará lista el año próximo. La están haciendo en EE UU y los astrónomos captarán con ella unos 300 millones de galaxias, algunas tan antiguas que emitieron la luz que ahora llega a la Tierra cuando el universo acababa de empezar, pocos miles de millones de años después del Big Bang. Se llama Dark Energy Camera y en el proyecto participan especialistas de varios países, incluida España.

El aparato tiene 74 detectores CCD y cuesta 39 millones de euros

La constante cosmológica de Einstein puede explicar el efecto

"Nuestro objetivo principal es determinar la naturaleza de la energía oscura", explicó recientemente en el Centro Pedro Pascual de Benasque (Huesca) Josh Frieman, director del proyecto DES, que está haciendo la cámara estadounidense. "La energía oscura tiene dos efectos en los que nos basaremos para investigar su naturaleza: acelera la expansión del universo y modifica la velocidad a la que se forman las galaxias, y esto, a su vez, afecta al número de galaxias y a su distribución en el espacio. Así pues, contando las galaxias y midiendo su distribución obtendremos pistas sobre qué es".

Esa aceleración fue, efectivamente, la primera pista que encontraron dos equipos de astrónomos hace 12 años. Hasta ese momento, la cosmología venía a decir que el universo, que está en expansión desde hace 13.700 millones de años, se expandiría cada vez más despacio debido a la atracción gravitatoria de su propia materia. Pero en 1998, se descubrió que en realidad está pasando justo lo contrario: que el cosmos se expande ahora más deprisa que antes. ¿Cómo es posible? ¿Qué es lo que provoca este fenómeno? Nadie tiene la respuesta y, mientras tanto, más observaciones han confirmado esa aceleración. Por si la cosa fuera poco extraña, resulta que en los primeros 8.000 millones de años la expansión se fue ralentizando, como cabía esperar, debido a la atracción gravitatoria de su propia materia, pero después la cosa cambió y empezó a acelerarse.

"La respuesta está en la energía oscura, una misteriosa fuerza antigravitatoria, de manera que, cuando el universo era joven dominó la gravedad, pero con el tiempo, la materia se había dispersado lo suficiente para que disminuyera esa atracción entre galaxias y empezó a dominar la energía oscura, una fuerza repulsiva que supera a la atracción de la gravedad y hace que las galaxias se alejen entre sí más deprisa", explica Kristine Crane en la revista Symmetry.

Las explicaciones a este fenómeno se buscan en varias direcciones, incluida la idea de Albert Einstein de una constante cosmológica que tendría precisamente ese efecto de repulsión gravitatoria y que él mismo rechazó. Otra hipótesis, por ejemplo, recurre a una dimensión espacial extra para acelerar la expansión.

La cámara DES que se fabrica en EE UU (en Fermilab, Chicago) verá más galaxias a grandes distancias en el universo que ningún otro programa de observación hasta ahora, afirman sus responsables. Tomará datos de supernovas lejanas (lo que informa acerca de la distancia de las galaxias en las que están), sobre los grupos de galaxias a gran escala y su abundancia, y sobre la curvatura de la trayectoria de la luz que provocan. "Vamos a cartografiar la distribución de las galaxias desde la situación actual hasta el universo de cuando tenía unos pocos miles de millones de años", dice Joe Mohr en Symmetry.

Del universo primitivo, de cuando tenía solo unos 380.000 años, los cosmólogos tienen ya mapas, el último el que ha sacado el telescopio Planck, de la Agencia Europea del Espacio. Y ha sido el estudio de la radiación de ese universo primitivo lo que ha permitido calcular que la energía oscura supone el 72% del cosmos, mientras que el resto es materia ordinaria (5%) y materia oscura (23%).

La cámara DES (con participación de 120 expertos de EE UU, Brasil, España y Reino Unido), cuesta 39 millones de euros y tiene 74 detectores CCD (cada uno de 3x6 centímetros) montados sobre una placa de medio metro de diámetro. Para ver la luz infrarroja los sensores funcionarán a cien grados bajo cero. Cuando esté terminada se instalará en un telescopio en Chile.

"En el DES participamos españoles de varias instituciones", señala Juan García-Bellido, físico teórico de la Universidad Autónoma de Madrid, citando también al Ciemat, al Instituto de Física Altas Energías (Barcelona) y al Instituto de Estudios Espaciales de Cataluña. "Además, en esos centros se están haciendo componentes importantes de la cámara, como la electrónica de transmisión de señales desde los CCD al registro de datos y parte del sistema de criogenia". Pero los españoles también están desarrollando otra cámara similar a la de DES, "que tendrá mayor resolución y con un mayor número de filtros", explica García Bellido. Se trata de un proyecto de detección de energía oscura que ha sufrido reajustes de personal y de objetivos.

A los científicos se les han ocurrido también otras estrategias para abordar la energía oscura, como estudiar el llamado efecto BAO (oscilación acústica bariónica), y están ya diseñando, también en EE UU, otro detector específico.