50 físicos exploran, desde España, el misterio de la energía oscura

Medio centenar de científicos en España -físicos de partículas y astrónomos, de siete instituciones- han unido fuerzas para abordar el que se perfila como mayor desafío de la cosmología actual: medir e intentar comprender qué es la llamada energía oscura del universo. El reto ocupa un lugar prioritario en los planes del Observatorio Europeo Austral (ESO), de prestigiosas instituciones astronómicas estadounidenses y de la NASA, pero sólo media docena de equipos en el mundo se han puesto ya en marcha para abordarlo.

El problema a resolver es un fenómeno extraño e inesperado: la expansión del universo, a partir del Big Bang en que se originó, se acelera, en lugar de ir cada vez más despacio, como cabría esperar de la materia proyectada por una explosión. Así, las galaxias se están separando unas de otras cada vez más deprisa. Los primeros indicios de este fenómeno se observaron hace 10 años, y la reacción de los científicos al principio se inclinó más bien hacia la incredulidad y la duda. Pero una década de nuevas mediciones, cada vez más seguras, ha convencido a casi todos de que la aceleración del universo es cierta, convirtiéndose en uno de los más, si no el más, candente reto de la cosmología actual.

Se va a medir la distancia de la Tierra a unos 30 millones de galaxias

La expansión del universo se acelera en lugar de ir cada vez más despacio

Los expertos no tienen explicación -aunque sí varias teorías- sobre la causa de tan extraño fenómeno y se refieren a él con un apropiado calificativo: energía oscura. Sí son capaces de estimar que la energía oscura supone el 75% de la masa-energía total del universo, mientras que el 21% es la también bastante misteriosa materia oscura y sólo el 4% es materia corriente, la que forma las galaxias, las estrellas, los planetas y todos los seres vivos.

"No sólo no entendemos por qué hay esta aceleración de la expansión, sino que algunas de las teorías con las que podríamos explicarla indican que debería ser mucho mayor de lo que se observa", explica Belén Gavela, catedrática de Física Teórica de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) y una de las impulsoras del proyecto español, denominado PAU (siglas en inglés de Física del Universo Acelerado).

Es posible que se trate de la llamada Constante Cosmológica, un efecto gravitatorio que Einstein introdujo en su teoría de la relatividad general y que luego descartó. Pero también puede que esta gran teoría no sea completamente exacta. "Nuestro objetivo es medir con gran precisión la aceleración, y tal vez los datos permitan determinar qué explicación teórica es la correcta", continúa Gavela.

El proyecto PAU, que cuenta con una financiación pública de cinco millones de euros del programa Consolider Ingenio 2010, ha superado una rigurosa evaluación internacional con óptima calificación y los científicos que lo integran están ya preparando la construcción de la cámara especial que necesitan. "El objetivo es ver el efecto de la energía oscura con un método de observación astronómica distinto de los utilizados hasta ahora", explica Enrique Fernández, director del Instituto de Física de Altas Energías (Universidad Autónoma de Barcelona) y coordinador de PAU.

Los primeros indicios de la inesperada aceleración del universo los obtuvieron dos equipos independientes, en 1998, al medir la distancia y velocidad de recesión de unas galaxias, observando unas supernovas denominadas de tipo Ia. Encontraron así una discrepancia con lo que se esperaría de la expansión del universo en ausencia de la misteriosa energía oscura. Después se han ideado otros tres métodos para observar el fenómeno, incluido el llamado de oscilaciones bariónicas acústicas, elegido por el grupo español. "Con este método sólo hay un proyecto competitivo con el nuestro, el Sloan 3 estadounidense, pero nuestra técnica de observación es distinta y tenemos todos los elementos para estar a su mismo nivel", puntualiza Fernández.

En la concepción de la cámara destaca la iniciativa de Narciso Benítez, del Instituto de Astrofísica de Andalucía y con cuatro años de experiencia en la cámara avanzada del telescopio espacial Hubble. "Queremos medir la geometría del universo para ver cómo se acelera su expansión, determinando cómo están distribuidas las galaxias en el cielo", explica. En concreto, lo que estos científicos van a medir es la distancia a unos 30 millones de galaxias, las más alejadas de las cuales están a unos 7.300 millones de años luz de la Tierra.

"En astronomía hay dos técnicas básicas de observación: fotografías y espectrometría [para descomponer la luz de los astros y conocer sus propiedades]; la primera técnica es barata pero ineficiente en muchos aspectos y la segunda es eficiente pero muy costosa", aclara Benítez. "La idea de PAU es utilizar técnicas de imagen, llevándolas al límite de eficacia para hacer casi espectrometría de la luz mediante filtros especiales". Y añade que este método se ha utilizado con unos pocos filtros, pero nadie hasta ahora lo ha hecho con 50, como tendrá la cámara del PAU.

Será una cámara de amplio campo, de unos 200 kilogramos de peso, concebida para un telescopio de 2,5 metros de diámetro. Esta semana los científicos de PAU se reunen, en Teruel, precisamente para discutir el desarrollo del instrumento. El plan es dedicar tres años a la construcción del mismo y tomar datos durante otros cuatro años, señala Fernández.

De momento, la mayor actividad del PAU recae sobre los astrónomos observacionales, los físicos experimentales y los ingenieros, pero los teóricos del grupo no pierden de vista el proceso, pendientes de los futuros datos con los que intentarán aclarar en qué consiste esa oscura energía oscura.

"Los modelos generalmente aceptados de física de partículas, y en particular el Modelo Estándar, pueden acomodar la aceleración, pero mucho mayor que la observada", dice Gavela. "Por ejemplo, el mecanismo de Higgs de generación de la masa lleva asociada una notable energía de vacío que jugaría el papel de una gigantesca constante cosmológica. Estamos profundamente perplejos", añade. Por su parte, los especialistas en gravitación también trabajan en el problema.

"Si la teoría de la relatividad general de Einstein fuese exactamente cierta, la interpretación más sencilla de la aceleración del universo implicaría una densidad de energía muy pequeña, pero constante en todo el espacio y el tiempo, equivalente a lo que los físicos de partículas llaman densidad de energía del vacío", comenta Enrique Álvarez, del Instituto de Física Teórica de la UAM y coordinador del grupo de PAU de dicha universidad. "Una línea de investigación consiste en estudiar otras teorías distintas de la relatividad general, en las que la aceleración del universo tenga una interpretación más sencilla. De momento no se ha encontrado ninguna que se ajuste a los datos mejor que la relatividad general y por eso se ha intentado estudiar la posibilidad de que la aceleración sea debida a un nuevo tipo de campo llamado quintaesencia".

Un rasgo poco corriente de este equipo español, en el que participan algunos científicos extranjeros, es el hecho de aglutinar a físicos teóricos y experimentales, astrónomos y físicos de partículas, investigadores jóvenes y veteranos de gran prestigio. Además de varios grupos de Madrid, Barcelona y Granada, participan especialistas de Valencia.