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Reportaje:

El misterioso universo acelerado

Diez años después de descubrir la energía oscura, los físicos no saben aún qué es

Tomar las medidas del universo es muy complicado, sobre todo a grandes distancias -y grandes distancias quiere decir muchos millones de años luz- sin poder uno moverse de aquí, de la Tierra. Hace diez años, dos equipos científicos independientes estaban observando unas galaxias lejanas con nuevas estrategias de medición, cuando descubrieron algo de lo más inesperado: que el universo se está acelerando. Tan inimaginable era, que la reacción de sus colegas fue de incredulidad: "No puede ser", "las observaciones están mal", "es un error". Pero, al parecer, no estaban equivocados: una década de investigaciones ha proporcionado muchos datos y pruebas independientes que convencen prácticamente a todos los expertos. La incredulidad inicial se ha convertido en interés frenético por el asunto.

De la incredulidad inicial se ha pasado a interés frenético por el fenómeno

La respuesta puede ser la constante cosmológica que Einstein rechazó

Los telescopios dedican tiempo para estudiar el fenómeno y las agencias espaciales planean equipos que ayuden a aclarar el asunto. En la comunidad científica se han formado media docena de equipos (uno de ellos el español PAU, que reune a 50 astrofísicos y físicos de partículas) para investigar la aceleración.

El hallazgo pone a pruebas teorías cosmológicas aparentemente bien establecidas y, según algunos sospechan, hasta la mismísima teoría de la relatividad de Einstein. Claro que, para la mayoría, la mejor respuesta está precisamente en Einstein, en su llamada constante cosmológica, que después descartó como su "mayor error".

El universo empezó con una gran explosión hace 13.700 millones de años, y desde entonces está en expansión. Si el universo fuera un bollo que va creciendo en el horno, las galaxias serían como las pasas que cada vez están más separadas unas de otras en la masa. Esto se sabe desde hace 80 años, incluso hay una ley, la constante de Hubble, que rige esa expansión: cuanto más distantes están las galaxias, más rápido se alejan entre sí. Por ello, los físicos contaban con que el impulso del big bang inicial sería cada vez menor y se ralentizaría la velocidad de expansión, por la atracción gravitatoria de la propia masa del universo.

De ahí que la sorpresa fuera mayúscula cuando, en 1998, los equipos del estadounidense Saul Perlmutter (Supernova Cosmoloy Project ) y del australiano Brian Schmidt (High-Z SN Search) anunciaron que lejos de frenarse, la aceleración del universo iba a más. Dennis Overby pone un buen ejemplo en The New York Times, citando al astrofísico Mario Livio: si uno tira al aire un manojo de llaves, se eleva cada vez más despacio y acaba cayendo al suelo; pero la aceleración de la expansión es como si las llaves, en lugar de caer, subieran cada vez más deprisa hacia el techo.

"Hace diez años", explica Perlmutter con mucha ironía, "se diagnosticó al universo un caso grave de energía oscura. Basándonos en observaciones de explosiones de supernovas muy lejanas dos equipos anunciamos la asombrosa conclusión de que la expansión del universo se estaba acelerando y no ralentizándose bajo la influencia de la gravedad, como cabría esperar". Para dar cuenta de esa aceleración "aproximadamente el 75% de la masa-energía del universo tiene que estar hecha de algo extraño, una sustancia gravitatoriamente repulsiva que nadie había visto antes. Esta sustancia se ha llamado energía oscura".

El hallazgo tiene repercusiones profundas en física y cosmología. "Los efectos son principalmente dos: con la energía oscura cambia la historia de la expansión del universo y cambia la manera en que se forman las estructuras cósmicas en escalas muy grandes, las galaxias y los cúmulos de galaxias", explica Licia Verde, del proyecto PAU.

Los científicos no se paralizan por lo inesperado, sino al contrario. Por un lado se afanan con más y mejores observaciones de la aceleración. Por otro, los teóricos buscan una explicación, y tienen varias opciones, incluidas variaciones de la teoría de la relatividad que generarían múltiples universos: el multiverso.

Pero la mayoría de las miradas se han vuelto hacia la constante cosmológica de Einstein. Él, como todo el mundo entonces, creía que el universo era estático, pero entonces sería inestable y su gravedad lo colapsaría. Para evitarlo, al sabio alemán se le ocurrió la constante cosmológica que actuaría de repelente para compensar exactamente la atracción gravitatoria. Es como si uno soplara con fuerza hacia arriba para que las llaves de Livio y Overby no caigan al suelo. Cuando Einstein supo que el universo no era estático, renegó de ese soplido, pero ahora resulta que puede ser la causa de la aceleración cósmica.

Álvaro de Rújula, teórico del Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN), fue de los incrédulos hace diez años. "Las pruebas han mejorado tanto que ahora me lo creo, pero sólo con la cabeza, las tripas me siguen diciendo que hay gato encerrado; es un poco demasiado bonito, como besar el sapo que resulta ser el príncipe", dice. "¡Cómo no me va a interesar el más profundo misterio de la naturaleza! El ente en principio más sencillo, el vacío, resulta no estar vacío: al parecer tiene una densidad de energía oscura que domina el universo a gran escala".

"La manera más sencilla de explicar la aceleración es postular una constante cosmológica positiva", explica Enrique Álvarez, catedrático de Física Teórica (Universidad Autónoma de Madrid) y miembro de PAU. "En las ecuaciones de Einstein, que relacionan la geometría del espacio-tiempo con la densidad de energía de la materia, esto equivale a una densidad de energía que estaría presente incluso en ausencia de materia". Pero, puntualiza Álvarez: "La mayoría de los físicos no considera esta explicación satisfactoria porque tiene pegas de varios órdenes de magnitud; se han buscado otros modelos y el más popular es el llamado quintaesencia, pero tampoco encaja todo muy bien".

¿Qué explicación de la aceleración prefiere? "Solamente lo que Einstein llamó la constante cosmológica -rebautizada hoy, por razones propagandísticas, como energía oscura- es una explicación", responde De Rújula. "Las alternativas son menos elegantes y la naturaleza parece serlo al máximo. Detrás de la misteriosa sustancia que llena el vacío [el 75% del universo] se esconde probablemente algo verdaderamente interesante y elegante: el sapo debe ser un príncipe, pero aún más bello de lo que ahora imaginamos".

Álvarez lo resume: "Este es uno de los problemas en que podemos decir que ni siquiera sabemos lo que no sabemos".

* Este artículo apareció en la edición impresa del Miércoles, 11 de junio de 2008