Como ya sabrán, a principios de esta semana se otorgaba el Premio Nobel de Física 2011 a Perlmutter, Schmidt y Riess por su descubrimiento, aún en dos equipos rivales, de que las supernovas en galaxias muy lejanas se alejan de nosotros cada vez más rápido. Esto se ha interpretado como una prueba de la existencia de la energía oscura, y de ahí el Nobel.

Perfecto. Pero, ¿qué demonios es la energía oscura?

Expansión versus gravedad

Imaginen algo que explota en el espacio. Los pedazos saldrán despedidos en todas direcciones y se alejarán unos de otros a cierta velocidad, la misma siempre, pues no hay nada que los frene, ni que los acelere.

Bien. Ahora añadamos la gravedad. La atracción gravitatoria que cada pedazo ejerce sobre los demás tenderá a frenar la expansión de estos tras la explosión. En otras palabras, la gravedad compite contra la expansión de los pedazos. Lo malo es que su tirón disminuye con el cuadrado de la distancia, de manera que cuanto más se alejen los pedazos, más difícil lo tiene para volverlos a reunir.

Si fuera Schwarzenegger, la piedra no caería (dibujo visto en dev.physicslab.org)

En este escenario caben, esencialmente, dos posibilidades: o bien la gravedad va frenando a los pedazos y acaba ganando la partida, deteniéndolos completamente al cabo de cierto tiempo y haciendo que vuelvan a “caer” hacia el centro de la explosión, o bien la explosión es demasiado fuerte y la gravedad se tiene que conformar con que los pedazos se alejen cada vez un poco más despacio, pero no lo suficiente como para detenerse contrarrestar su expansión inicial.

Es como si tiramos una piedra hacia arriba: sale de nuestra mano con cierta velocidad, pero la gravedad la frena hasta detenerla y hacerla caer. A no ser que seamos Schwarzenegger en sus tiempos mozos, capaces de lanzarla a la velocidad de escape, de manera que no caiga nunca.

Al expandirse el Universo, se "hincha" el espacio entre las galaxias, pero éstas no se hacen más grandes (si quiere probar en casa con un globo, pinte las galaxias en post-its recortados y péguelos en la superficie).

Desde hace un siglo, pensamos que este era, más o menos, el escenario del Universo: el Big-Bang o explosión inicial hacía que el tejido espacial se expandiera a “velocidad constante”, y la gravedad lo frenaba. (Nótese que he dicho el tejido espacial, y no las galaxias: estrictamente hablando, no es la materia de las galaxias la que se expande, sino el espacio entre ellas, al igual que tomamos un globo, pegamos pequeños post-its en varios puntos —galaxias—, y lo hinchamos, lo que crece es el espacio entre los post-its, pero no estos.) La cuestión estaba en si la gravedad era lo bastante fuerte como para hacer que la expansión fuera eterna, aunque cada vez más lenta, o si ocurriría un Big-Crunch.

La energía oscura: Un invitado inesperado

La cosa se reducía a expansión versus gravedad. O eso creíamos, porque en 1998, se descubrió que había un tercer agente, que “sopla” sobre los pedazos para que se alejen… ¡cada vez más rápido! Sí, no sólo la expansión del Universo no está siendo progresivamente frenada, sino que se acelera.

¿Que es esta “fuerza” que la acelera? En pocas palabras, no tenemos ni idea. De ahí que la llamemos “energía oscura”. Ya aparecía en las ecuaciones de la Relatividad General de Einstein como un término llamado «Constante Cosmológica» introducido a la fuerza para llegar al Universo Estático en el que él creía, y desechado después al comprobarse que el Universo se expandía. Y según parece, la energía oscura no es moco de pavo: constituye el 72% del Universo, mientras que la materia que nos compone a nosotros y a todo lo que vemos, planetas, estrellas y galaxias, constituye sólo el 5% (lo que falta es la materia oscura, pero eso es otra historia).

Perfecto, pero ¿qué tienen que ver las supernovas con todo esto?

Las supernovas, especialmente las de tipo Ia, son candelas estándar. ¿Esto qué es? Pues que todas brillan igual, son como una bombilla incandescente, pongamos, de 100 W. Si la ponemos muy lejos, la veremos muy débil, y de estar muy cerca, nos deslumbrarán con facilidad. Así, midiendo el brillo de una supernova situada en cierta galaxia, podemos saber de manera precisa a qué distancia está dicha galaxia.

Estos investigadores se encontraron con que las galaxias se alejaban más rápidamente de lo que deberían haberse alejado por la simple expansión inicial del Universo, concluyendo que debía de haber algo que las estuvieran acelerando.

Esto me sabe a poco…

Pues, si quieren saber más, les recomiendo esta entrada de El Lobo Rayado, esta de Francis (th)E Mule Science News, o esta otra de la Ciencia y sus Demonios. Y esta de Manu Arregi en Amazings sobre la expansión. También tienen este video de un minuto y medio donde lo explican muy bien mediante dibujos (en inglés con subtítulos en portugués). Y si todavía no les duele la cabeza, este artículo de Caos y Ciencia, de un servidor, sobre materia y energía oscura.