Eppur' si accelera

El Premio Nobel de Física de este año irá a parar a los cosmólogos Saul Perlmutter, Brian Schmidt y Adam Riess, junto con sus equipos de investigación, por un descubrimiento sorprendente: la expansión acelerada del Universo.

Que el Universo se está expandiendo es algo que sabemos desde los años veinte del siglo pasado. Utilizando espectros de galaxias obtenidos con el observatorio de Monte Wilson, Edwin Hubble determinó que no solamente la gran mayoría de galaxias observadas se estaban alejando de nosotros, sino que además su velocidad de alejamiento era mayor cuanto más lejana estuviera la galaxia en cuestión. La explicación más elegante es considerar que todo el Universo se está expandiendo de forma uniforme en todos sus puntos, de tal forma que para cualquier observador, independientemente de dónde se encuentre, el resto de galaxias parece alejarse con una velocidad proporcional a la distancia a dicho observador.

Ahora bien, la única interacción fundamental capaz de operar a grandes distancias y que puede afectar al movimiento de las galaxias es la gravedad, y ésta es, en principio, una fuerza atractiva. Debido a la interacción gravitatoria, las galaxias se atraen entre sí y eso debería ir frenando la expansión del Universo. Al menos eso es lo que indica el sentido común. Imaginad una granada que explota en el vacío y cuyos fragmentos están unidos por muelles que los conectan entre sí: a medida que los muelles se van tensando, uno esperaría que los fragmentos se fueran frenando. Aunque esta imagen es fundamentalmente incorrecta (el tipo de fuerza que ejerce un muelle es muy distinto al de la gravedad), da una idea de lo que cabría esperar según la intuición física ordinaria. La pregunta fundamental era, bajo esta lógica, qué iba a mandar más: la fuerza atractiva de la gravedad o el impulso inicial de expansión del Universo. Dicho de otra forma: si el Universo iba a continuar expandiéndose indefinidamente, cada vez más despacio eso sí, o si se iba a frenar en algún momento su expansión para después iniciarse una fase inversa de contracción.

Las observaciones llevadas a cabo por los equipos de Perlmutter, Schmidt y Riess intentaban responder a esta pregunta. Para ello se fijaban en algunos de los sucesos cósmicos más luminosos y lejanos que se pueden observar: las supernovas. Existen motivos muy firmes para pensar que las supernovas de un determinado tipo tienen siempre la misma luminosidad, y que por lo tanto midiendo la cantidad de luz que nos llega de una de ellas podemos saber muy fácilmente a qué distancia se encuentra. Tomando espectros, es fácil también saber a qué velocidad se mueven estas supernovas, y por lo tanto se puede construir un diagrama de Hubble (velocidad de recesión como función de la distancia). Midiendo cómo se desvía la forma de este diagrama de la línea recta, sería posible medir la deceleración del Universo. Por supuesto, todo esto reviste una montaña de complejidades técnicas y estadísticas tales que se necesitaron muchos años de esfuerzo continuado para poder obtener resultados fiables.

Y el resultado obtenido en 1998 fue este:

Puede que la gráfica suene a chino, pero la cosa importante en la que hay que fijarse es la siguiente: si el Universo se estuviera frenando, como parecía lógico, los puntitos de la parte superior derecha deberían situarse por debajo de la línea recta. Sin embargo, aparecen por arriba.

Las diferencias son pequeñas y sutiles, y ha sido necesario un análisis estadístico muy fino para cuantificar la significancia del resultado.

El Universo se expande cada vez más rápidamente.

Lo cual significa que, si todo sigue así, las galaxias se irán separando cada vez más y más deprisa hasta que todas estén demasiado lejos unas de otras para poder verse entre sí, y finalmente cada partícula quedará totalmente aislada de todas las demás, y el Universo estará a todos los efectos vacío por completo, y se convertirá en un sitio un tanto aburrido. Mirándolo por el lado bueno, ya no existirá nunca más Tele5.
 
Esto fue una gran sorpresa, pero no nos pilló totalmente desprevenidos. Existen soluciones de la Relatividad General de Einstein, que describe la dinámica del Universo, que incluyen la existencia de un término llamado "constante cosmológica" cuyo efecto es, precisamente, una fuerza repulsiva que sólo se percibiría a distancias enormes y que podría, tal vez, explicar esta aceleración. Dichas soluciones se conocían desde los años treinta del siglo pasado, pero no se habían tenido muy en cuenta por no parecer demasiado útiles.

Ahora bien, ¿qué es esa constante cosmológica?

Buena pregunta. En las ecuaciones de Einstein, el término cosmológico Λ tiene dimensiones de energía. Parece existir en el Universo una componente energética que no está asociada con estrellas ni galaxias (y que por lo tanto no "vemos") y que daría cuenta de esta expansión acelerada. De ahí la famosa expresión "energía oscura" que aparece de vez en cuando en los periódicos y que se está incorporando rápidamente al lenguaje popular.

¿Cuánta energía oscura hay? Para poder explicar las observaciones de supernovas que ahora reciben el Premio Nobel, así como otras observaciones posteriores independientes que confirman su resultado, es necesario que prácticamente tres cuartas partes de todo lo que existe en el Universo sea esta energía oscura.  Como comparación, tenemos buenos motivos para pensar que solamente en 4% o el 5% del Universo está formado por materia ordinaria como la que constituye el Sol, la Tierra y tú mismo, querido lector. Y de esa pequeña parte nuestros telescopios sólo son capaces de ver algo menos de la mitad. El 20% de Universo restante estaría formado por otro tipo de materia diferente, que no formaría planetas ni nada a lo que estemos acostumbrados, que sólo interacciona con el resto del Universo a través de la gravedad, y que recibe el nombre de materia oscura.

¿Cuál es la naturaleza de esta energía oscura? Ni idea. Nadie lo sabe. La teoría aparentemente más sensata, según la cual esta energía es el estado fundamental del "vacío" según la Física Cuántica, tiene el problema de que predice un valor para la densidad de esta energía que es Muchísimo (con mayúsculas) mayor del observado con los experimentos de supernovas. Existen otras teorías a cual más complicadas, desde modificaciones de la Relatividad General a teorías cuánticas que implican universos "membrana" inmersos en variedades de muchas dimensiones, pero ninguna de ellas es convincente por el momento.

 
De modo que, por ahora, lo mejor que podemos decir es: sabemos que vivimos en un Universo en expansión, que dicha expansión es cada vez más rápida y que la mejor forma de explicar esto es mediante un modelo cosmológico según el cual el 73% de todo lo que existe es una energía oscura que no sabemos lo que es, otro 23% es una materia oscura que tampoco sabemos lo que es, y solo un pequeño 4% es materia ordinaria, de la cual la más de mitad no sabemos dónde está.

La diferencia fundamental entre un cosmólogo y un asesor financiero del FMI es que nosotros no solamente podemos precisar cuánto NO sabemos, sino que además no nos duelen prendas en reconocerlo. Ser consciente de la propia ignorancia y hacerse preguntas es la esencia de la auténtica ciencia.

¡Es sin duda un momento precioso para dedicarse a la Cosmología!

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Y todo esto,  sin mencionar ni una sola ver la palabra "comóvil"... ups, ¡mierda!