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Materia y energía oscuras: ingredientes fundamentales de nuestro universo

La existencia de la materia oscura y la energía oscura se cimenta gracias a un estudio reciente. Estos dos componentes forman una parte fundamental del universo tal y como lo conocemos y aunque estamos absolutamente convencidos de su existencia, seguimos desconociendo qué los compone o cuál es su origen.

Materia y energía oscuras: ingredientes fundamentales de nuestro universo (Jose Luis Oltra)
La materia y la energía oscuras están aquí para quedarse, especialmente tras el estudio realizado por investigadores de la Universidad de Harvard y el centro de astrofísica del Smithsonian. Su estudio ha concluido de manera convincente que efectivamente la composición energética del universo tiene su contribución principal en la energía oscura, con unos dos tercios, y que el tercio restante consiste en materia, tanto oscura como ordinaria. También ha concluido que el universo ha estado expandiéndose aceleradamente durante los últimos miles de millones de años, cementando con su medida del ritmo exacto una discrepancia fundamental entre datos independientes que se conocen desde hace años.
Ambas entidades oscuras tienen ya un cierto recorrido que nos ha permitido confirmar su existencia hasta hacerla imprescindible para entender la evolución y funcionamiento de nuestro universo. La materia oscura viene rondando la cabeza de investigadores desde el segundo tercio del siglo XX, cuando se percibieron algunas discrepancias entre la masa que éramos capaces de ver y la que parecía haber, según el movimiento de las estrellas observadas. En la década de los 60 fue cuando consiguió cimentarse la idea de que debía haber algo que no emitía luz y resultaba invisible pero que ejercía cierta gravedad gracias a las observaciones de Vera Rubin de la rotación de algunas galaxias. Esta rotación ocurría demasiado rápido, y sin la presencia de la materia oscura las estrellas de estas galaxias deberían salir despedidas.
Materia y energía oscuras: ingredientes fundamentales de nuestro universo

La existencia de la materia oscura y la energía oscura, dos componentes fundamentales de nuestro universo, se cimenta gracias a un estudio reciente.Istock

La energía oscura fue más elusiva y no fue hasta la década de los 90 que tuvimos evidencias de un comportamiento extraño en la expansión del universo. Lo que esperaríamos, dado lo que conocíamos hace tres décadas, es que la expansión del universo viniera frenándose desde los orígenes. El ímpetu inicial del Big Bang sería contrarrestado por la acción de la gravedad, que frenaría esta expansión. Sin embargo lo que se observó fue lo contrario, que la expansión del universo no solo no se había frenado, sino que había acelerado durante los últimos miles de millones de años. El método que se utilizó para llegar a esta conclusión es el mismo que se ha utilizado en este estudio reciente, denominado Pantheon+: se han observado numerosas supernovas de tipo Ia.
Estas explosiones ocurren cuando una enana blanca (el tipo de estrella que quedará cuando nuestro Sol agote todo su combustible y expulse sus capas externas) acumula nueva masa que provoca una reacción nuclear desbocada. Esta reacción nuclear se retroalimenta y acaba en una explosión que puede llegar a ser más luminosa que toda la galaxia que alberga dicha estrella. Estas explosiones de supernova ocurren por tanto de una manera muy similar entre sí, pues solo tienen lugar cuando un objeto concreto sobrepasa una cierta masa. Es por esto que podemos utilizar su luminosidad y el corrimiento al rojo que ha experimentado su luz para medir con mucha precisión la distancia que nos separa de ellas. Esto mismo se hizo durante el descubrimiento de la energía oscura, obteniendo que las supernovas más lejanas estaban más alejadas de lo que deberían. En el estudio Pantheon+ se han recopilado datos de más de 1500 de estas explosiones, la mayor cantidad jamás analizada, para afinar todavía más en nuestro entendimiento de la evolución de dicha expansión a lo largo de la historia del universo. El estudio ha considerado supernovas que abarcan desde hace más de 10 700 millones de años, hasta la actualidad.
Por tanto, estamos absolutamente convencidos de la existencia de la materia y energía oscuras, porque la evidencia nos dice que no pueden sino existir, pero desconocemos de qué podrían estar compuestas o qué mecanismo les da origen. Es por esto mismo que existen gran cantidad de teorías que intentan explicar la esencia de ambas entidades. Dado lo que sabemos, no podemos decantarnos por unas u otras. Estudios como Pantheon+ nos permiten restringir las posibilidades, pues cualquier teoría que se proponga deberá satisfacer todas las observaciones experimentales, deberá describir el universo que observamos y no otro. Para hacer más robustos sus resultados, se han combinado con otros obtenidos por estudios a gran escala del universo e incluso con las observaciones más detalladas del fondo cósmico de microondas.
Este estudio ha contribuido además a la discrepancia conocida como “tensión de Hubble”. Esta tensión surge de que las diferentes medidas del ritmo de expansión del universo parecen dar dos valores distintos. Esta expansión viene dada por la constante de Hubble, H0, y se mide en kilómetros por segundo por megapársec. Lo que esto nos dice es la velocidad (km/s) de una galaxia u objeto situado a un megapársec (3’26 millones de años luz) de distancia como consecuencia de la expansión del universo. El valor obtenido por Pantheon+ y otros estudios similares se sitúa en torno a los 73 kilómetros por segundo por megapársec. El valor obtenido por métodos como la observación del Fondo Cósmico de Microondas dan un valor inferior, de unos 68 kilómetros por segundo por megapársec. Hace décadas las incertidumbres en estas medidas eran suficientemente grandes como para que esta diferencia pudiera ser resuelta, pero a día de hoy se han reducido lo suficiente como para que tengamos dos valores diferentes para la constante de Hubble.
Este estudio nos permitirá conocer en más detalle la evolución de la dinámica del universo, desde sus orígenes hasta la actualidad y con suerte contribuirá a resolver los misterios que rodean a la materia y energía oscuras, así como la persistente tensión de Hubble.
Referencias:
Dillon Brout et al, The Pantheon+ Analysis: Cosmological Constraints. The Astrophysical Journal, 2022; 938 (2): 110 DOI: 10.3847/1538-4357/ac8e04

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