Los indicios de aceleración del universo abren un nuevo capítulo en la cosmología

En cosmología, cada vez que los científicos resuelven un problema, parece que la solución del mismo crea otro nuevo. Por otro lado, un nuevo problema también puede ser una solución. Es el caso del descubrimiento de que el universo quizá se esté expandiendo a un ritmo cada vez mayor. Esta aceleración crea algunos rompecabezas profundos, pero también ofrece una posible solución a una de las cuestiones más arduas de la cosmología: la materia oscura. Desde el punto de vista tradicional, el universo es un volumen cerrado de espacio salpicado de materia: estrellas agrupadas en galaxias. El volumen del universo aumenta, a medida que se expande desde el Big Bang inicial. Pero la atracción gravitatoria entre toda la materia se opone a la expansión. Los cosmólogos se preguntan desde hace tiempo si esta atracción es suficiente para frenar y detener la expansión en algún momento.

Si en el universo no hay materia suficiente para hacerlo, seguirá expandiéndose para siempre y será abierto. La expansión solamente se detendrá finalmente si la masa total excede un determinado valor crítico. Entonces, el cosmos empezará a encogerse y, algún día, se producirá un Big Crunch (Gran Crujido) en el que todo desaparece. Ese universo es cerrado. Los cosmólogos han pensado que la cantidad de materia es exactamente igual a ese valor crítico. Esto significa que la expansión es cada vez más lenta, pero sin llegar nunca a detenerse del todo y sólo acabará paralizándose después de un tiempo infinito. Este tipo de universo es plano.

Inflación cósmica

A primera vista, parece improbable que la cantidad de materia sea la justa para un universo plano. Pero la idea es interesante porque lo prevé la mejor teoría de que disponemos para explicar por qué el comos tiene el aspecto que tiene hoy. Esta teoría, llamada inflacionaria, sugiere que el universo experimentó una repentina y rápida expansión muy poco después del Big Bang. El problema es que, al sumar toda la masa que podemos ver en estrellas y galaxias, y suponiendo que esta densidad local es la misma en todo el universo, la masa total se queda muy por debajo del valor crítico del universo plano. Por esta razón, los cosmólogos han pensado que tiene que existir alguna materia oscura, invisible, para llevar la densidad media hasta el valor crítico como exige la inflación cósmica. Por mucho que han buscado, no han visto nada parecido a la cantidad de materia necesaria.

En realidad, al hablar de la densidad del universo, se trata de densidad de energía, ya que la masa no es más que energía, como Einstein demostró en su famosa ecuación E=mc2. Y aquí encaja la idea del universo en aceleración. Implica que el espacio aparentemente vacío debe de estar inundado de una especie de energía de vacío con una fuerza de repulsión que contrarresta la atracción de la gravedad. Esa repulsión equivale a revivir la constante cosmológica de Einstein. Esta energía de vacío podría llevar la densidad del universo hasta el valor crítico sin necesidad de materia oscura cosmológica.

Pero, ¿de dónde procede la energía vacío? Desde los años sesenta se sabe que el espacio vacío en realidad no está completamente vacío, sino poblado por unas partículas subatómicas que cobran existencia de la nada y, poco después, desaparecen. Estas efímeras partículas virtuales son una de las consecuencias de la mecánica cuántica. En 1967, el físico Yakov B. Zel"dovich insinuó que la densidad de energía de vacío debida a partículas virtuales podía generar una constante cosmológica. El problema era que la constante cosmológica producida así sería absurdamente elevada, y haría explotar el universo. Se corrió un tupido velo.

La nueva necesidad de una constante cosmológica demuestra que la idea no desaparecerá y ahora el problema es explicar por qué si la aceleración del universo es causada por esta energía vacío, es mucho menor de lo previsto. Algunos físicos creen que la constante cosmológica podría no ser constante, sino cambiar con el tiempo. Puede que la constante cosmológica variable sea modesta ahora, pero que, en el pasado, fuese mucho mayor o mucho menor. La verdad es que todavía nadie se ha acercado siquiera a explicar los misterios del universo en aceleración. No ha hecho más que empezar un nuevo capítulo de la cosmología.