La energía oscura acabará
con el cosmos dentro de
130 mil millones de años
Científicos
apuntan que va hacia el
Big Rip, lo
contrario del Big Bang
Nota del editor – El siguiente
artículo fue publicado originalmente el 28 de abril pasado por The
Conversation, cuyo lema es “Nuestra misión es compartir el conocimiento
y enriquecer el debate”, y fue escrito por Ruth Lazkoz, Profesora de Física
Teórica, Universidad del País Vasco / Euskal Herriko Unibertsitatea, quien recibe
fondos del Ministerio de Ciencia e Innovación y es miembro de la Sociedad
Española de Gravitación y Relatividad, de la Sociedad Española de Astronomía,
de la Real Sociedad Española de Física, de la International Society on General
Relativity and Gravitation, de la European Physical Society y de Más
Euskadi-Euskadi Eraiki.
Por Ruth Lazkov
Pongamos en la
coctelera un título impactante, una pregunta ancestral y unas gotitas de
física. Si lo agitamos bien solo nos quedará degustarlo. Pero ¿nos dejará un
buen sabor de boca saber qué destino aguarda al universo?
Recogemos aquí el testimonio
de todas las personas que se han preguntado eso mismo desde la antigüedad. No
obstante, jugamos con ventaja: por fin podemos dar respuestas usando ciencia
puntera y las predicciones sugieren que podríamos dirigirnos a un final
violento, un Big Rip o Gran Desgarro.
Se expande en modo cada vez más acelerado
Los datos
experimentales encajan muy bien con el Big Rip, apuntando a que es muy probable
que ocurra. La base es que el universo contiene suficiente energía oscura para
ir “estirándolo”, expandiéndolo de un modo cada vez más acelerado.
Las galaxias se irán
separando cada vez más, y la atracción gravitatoria irá poco a poco haciéndose
más insignificante hasta que su efecto desaparezca.
Los planetas y los
satélites perderán sus órbitas y las estrellas se desligarán de las galaxias.
Entonces habrá llegado ese Gran Desgarro del universo.
La energía oscura expande
aceleradamente el universo
Definitivamente, el
universo a gran escala se está haciendo cada vez más grande. En concreto, su
ritmo de expansión se está acelerando. Las ecuaciones de Einstein indican que
la causa es que está compuesto en su mayor parte de energía oscura, la cual
produce gravedad repulsiva. Pero ¿podemos afinar más?
Admitamos humildemente
antes de ir más allá que nuestros modelos disfrazan nuestra ignorancia
haciéndola pasar por sabiduría. En ellos imaginamos la energía oscura como un
fluido descrito de forma muy elemental. Usaríamos para ello variables heredadas
de la termodinámica.
Por un lado tendríamos
la presión de ese fluido y por otro su densidad, es decir, la cantidad de
energía por unidad de volumen.
Si solo tuviéramos
partículas con velocidades pequeñas, esa energía sería esencialmente la de sus
masas. Nos bastaría así pensar en la gravitación a la manera de Newton, sin
depender de Einstein.
... sin depender de Einstein...
Pero eso no es posible
porque en nuestro universo también hay partículas muy rápidas, como fotones y
neutrinos.
En vista de ello
planteamos entonces que el universo es una sopa de distintos fluidos con sus
propiedades diversas. Así hacemos que las ecuaciones de Einstein nos hablen de
las propiedades que deben tener los distintos fluidos para que se produzca la
expansión acelerada. Y no solo eso, nos indican en qué proporciones han de
estar esos ingredientes.
Aparte de los fotones
(neutrinos y otras porquerías) tendremos materia oscura en el sector de
componentes que producen gravitación atractiva. Y entran en pugna con la
energía oscura.
El ritmo de expansión
podría hacerse infinito
El tipo de energía
oscura más intrigante es la constante cosmológica y representa una barrera muy
singular. La hipótesis de trabajo más usual para describir cualquier fluido de
los mencionados es que la presión y la densidad de energía son proporcionales
entre sí.
¡Pero, cuidado! Si bien
la densidad de energía es siempre positiva, la energía oscura tiene presión
negativa. De hecho, ha de ser suficientemente negativa. El número que gobierna
la proporción de presión frente a densidad de energía juega un papel crucial en
las soluciones de las ecuaciones de Einstein.
Ese parámetro nos dice
en primer lugar si el universo se expande aceleradamente o no. Dicho de otro
modo, dicta si la presión es suficientemente negativa como para producir la
necesaria repulsión.
Mapa del universo
Pero una presión aún
más negativa podría dar lugar a un comportamiento dramático: el ritmo de
expansión podría hacerse infinito de repente. De hecho, lo mismo le ocurriría
al propio tamaño del universo (y a su factor de escala). Y eso tendría
consecuencias catastróficas, destruyendo todas las estructuras conocidas. De
hecho, todo sería un disparate bajo estas condiciones. Y también el cambio del
cambio se haría infinito súbitamente.
La posibilidad de que
ocurra esta situación es bien conocida desde la perspectiva teórica. La
sorpresa es que los datos experimentales parecen favorecer esa situación. Dicho
de otro modo, hay evidencias de que el universo pueda acabar en un Big Rip.
Bueno, conviene hacer
un pequeño matiz para esquivar las protestas de algunos colegas. Dependiendo de
las fuentes consultadas, ese escenario no es necesariamente el que la
estadística apoya con más fuerza.
Pero, curiosamente, el
consenso apunta a que el actual rango de incertidumbre sí incluye al Big Rip
entre los destinos finales muy probables.
La energía oscura fantasma
es la culpable
El tipo de energía
oscura causante de ese fin de fiesta violento se llama energía oscura fantasma.
Para ofrecer un poquito más de detalle hay que recurrir a un sistema de
unidades escogido al efecto. Usándolo vemos que el Big Rip se producirá
si en valor absoluto la presión supera a la densidad de energía.
Si son iguales, estamos
ante un caso límite, precisamente la famosa constante cosmológica. Este
conocido tipo de fluido fue introducido por Einstein.
Paradójicamente, su
objetivo era conseguir un universo estático, sin expansión. El genio lo
abandonó calificándolo del mayor error de su vida al evidenciar (el observatorio)
Hubble la expansión del universo.
Faltan 130 mil millones de
años para el Big Rip
Pero volvamos a lo que
importa. ¿Si el universo va a romperse en mil pedazos, de qué cosas debemos
dejar de preocuparnos? ¿Respirarán con alivio quienes aún contemplan seguir
pagando hipoteca por 20 años más? Me temo que no soy portadora de buenas
noticias.
Telescopio Nancy Grace se lanzará en 2027
El Gran Desgarro podría
tardar en producirse unos 130 mil millones de años. Eso equivale a 10 veces la
edad actual del universo.
Esa estimación se basa
en seleccionar un par de valores dentro de las ventanas estadísticamente
válidas. En primer lugar, pondríamos que la energía oscura representase un 70 %
del contenido del universo. Y en segundo lugar haríamos la relación entre la
presión y la densidad de energía tan solo un 10 % más grande que para la
constante cosmológica.
Y con eso, ¡listo!
Predecimos un Big Rip que tardará muchísimo tiempo en llegar.
Para afinar más todo
este panorama necesitamos tener observaciones del universo a gran escala en más
cantidad y calidad. Sin duda contribuirán a ello los datos que nos aportarán
los telescopios James Webb (en marcha) o Nancy Grace Roman (planificado),
combinados con los de otros esfuerzos internacionales.
Y quizá lo más
interesante no sea resolver el enigma del destino final del universo. Tampoco
lo es la oportunidad de resolver otros de los que no hemos hablados.
Lo verdaderamente
apasionante sería la posibilidad de que emergieran enigmas desconocidos.
Porque, como dijo el físico y premio Nobel Kip Thorne, “la respuesta correcta
es rara vez tan importante como la pregunta correcta.”
(Imágenes de la Nasa,
Daniel Eisenstein difundidas por The Conversation, Metalocus,es)
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