¿Ha cambiado la densidad de energía oscura a lo largo del tiempo?

Evolución de la ecuación de estado de la energía oscura para distintos valores del desplazamiento al rojo (z) según el nuevo modelo (azul y verde). El modelo comológico estándar, en el que la energía oscura viene dada por la constante cosmológica, corresponde al caso w = –1 (línea punteada). [De: «Dynamical dark energy in light of the latest observations», Gong-Bo Zhao et al. en Nature Astronomy 1, págs. 627–632, 28 de agosto de 2017.]

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Universo oscuro
Universo oscuro
Abr/Jun 2016 Nº 84

¿De qué está hecho el 95 por ciento del cosmos?Hace años que los físicos saben que todos los átomos y toda la luz que existen el universo apenas dan cuenta del 5 por ciento de su contenido total de materia y energía. El 95 por ciento restante se compone de dos misteriosos agentes que, a falta de un nombre mejor, han dado en llamarse «materia oscura» y «energía oscura». Dominan el cosmos, pero ¿cuál es su naturaleza? En este número podrás encontrar una panorámica clara y rigurosa del estado actual de dos líneas de investigación que, casi como ninguna otra, evidencian lo mucho que aún nos queda por aprender sobre el universo y las leyes fundamentales que lo rigen.


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Una de las mayores preguntas a las que se enfrentan los cosmólogos atañe a la naturaleza de la energía oscura, el agente responsable de la expansión acelerada del universo. En el modelo de consenso, la energía oscura queda representada por la constante cosmológica: un término de las ecuaciones de Einstein que, como su nombre indica, corresponde a una densidad de energía constante tanto en el espacio como en el tiempo. Dicha constante cosmológica admite, además, una explicación natural en términos de la energía intrínseca asociada al espacio vacío.

La virtud del modelo cosmológico de consenso reside en que, a pesar de su relativa simplicidad, es capaz de dar cuenta de todo tipo de observaciones, desde las propiedades del fondo cósmico de microondas (la radiación emitida poco después de la gran explosión) hasta la distribución actual de galaxias a gran escala. Desde hace un tiempo, sin embargo, se sabe que hay algunos datos experimentales que no acaban de concordar como deberían. El caso más conocido es el de la constante de Hubble (H0), el parámetro que refleja la velocidad a la que se expande el universo actual. Aunque los estudios basados en el fondo cósmico de microondas arrojan un valor para H0 de unos 67 kilómetros por segundo y por megapársec (km/s/Mpc), otros trabajos recientes han obtenido valores significativamente mayores, de unos 73 km/s/Mpc. Tales discrepancias no parecen poder achacarse a los errores asociados a las distintas medidas y, de hecho, se han visto confirmadas a lo largo del último año por otros estudios.

Ahora, una colaboración internacional liderada por Gong-Bo Zhao, investigador de la Academia China de las Ciencias y la Universidad de Portsmouth, ha explorado la posibilidad de que ese desacuerdo entre los distintos datos experimentales se deba a una interpretación errónea de la naturaleza de la energía oscura. Los autores proponen un modelo cosmológico en el que las propiedades de la energía oscura varían a lo largo de la hostoria cósmica y demuestran que, al reinterpretar los datos experimentales a la luz del nuevo modelo, las discrepancias observadas en los parámetros como la constante de Hubble se reducen de manera considerable. Los resultados han sido publicados en Nature Astronomy.

Las propiedades de la energía oscura quedan reflejadas en lo que los cosmólogos llaman el «parámetro de la ecuación de estado» (w), o el cociente entre su presión y su densidad. En el modelo estándar, en el que la energía oscura viene dada por la constante cosmológica, w es constante e igual a –1. Zhao y sus colaboradores han abandonado ese supuesto: han considerado qué sucedería si w pudiese cambiar con el tiempo y, a partir de una serie de consideraciones estadísticas, han reconstruido la posible evolución de w a lo largo de la historia cósmica.

Aunque dicho modelo de energía oscura dinámica parece explicar las discrepancias existentes entre los distintos conjuntos de datos experimentales, los autores señalan que, por ahora, los indicios estadísticos no bastan para preferirlo sobre el modelo estándar con constante cosmológica. Con todo, aseguran que, si su reconstrucción de la ecuación de estado de la energía oscura resultase ser correcta, el fenómeno debería verse confirmado de manera inequívoca por el futuro Instrumento Espectroscópico para la Energía Oscura (DESI), en Arizona, que comenzará a tomar datos el año que viene.

Ernesto Lozano Tellechea

Más información en Nature Astronomy – News and Views

Referencia: «Dynamical dark energy in light of the latest observations». Gong-Bo Zhao et al. en Nature Astronomy 1, págs. 627–632, 28 de agosto de 2017.

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