La energía oscura puede medirse a partir del estudio de nuestra vecina, la Galaxia Andrómeda

En el campo de la "Astrofísica", el término de la "energia oscura", es uno de los conceptos más recientes utilizados en la "Cosmología Física", que es la ciencia que estudia la estructura a gran escala y la dinámica del Universo, tratando de responder las preguntas acerca del origen, la evolución y de su destino. Fue el doctor Michael Turner (nacido el 29 de julio de 1949), en el año de 1998, quién introdujo esta denominación, ante las nuevas ideas vigentes, algunos cosmólogos dijeron que era posible que existiera un componente adicional en nuestro Universo, y él propuso este nombre.

Se teoriza que esta energia estaría presente en todo el espacio,  produciendo una presión que tiende a acelerar la, hasta hoy, observada "Expansión del Universo", resultando en una fuerza gravitacional repulsiva, la que implica la explicación más frecuentemente utilizada, para justificar las observaciones recientes, en las que el Universo parece estar en un proceso expansivo, que se calcula inicio hace unos  seis mil ciento cuarenta y cinco millones de años.

La causa de ello, sería que la densidad de la materia va disminuyendo conforme el Universo se expande, mientras que la densidad de energía oscura permanece constante, a pesar de la expansión. En el "modelo estándar de la cosmología", la "energía oscura" aporta prácticamente casi el setenta por ciento de la "masa-energía" total del Universo.

Lámina que muestra la evolución del espacio-temporal del Universo.

NASA, Ryan Kaldari, adaptation to Spanish: Luis Fernández García, wiping WMAP: Basquetteur - File:Evolución Universo WMAP.jpg, File:CMB Timeline300 no WMAP.jpg.

En 1998 las observaciones de "Supernovas del tipo 1 a" muy lejanas, realizadas por parte del "Supernova Cosmology Project" es decir el "Proyecto Cosmológico Supernova" en el "Laboratory Nacional Lawrence Berkeley" y el "High-z Supernova Search Team", sugirieron que la expansión del Universo se estaba acelerando, con posterioridad esta aceleración se ha confirmado por varias fuentes independientes: medidas de: la "Radiación de Fondo de Microondas" (RFM), las "Lentes Gravitacionales", la "Nucleosintesis primigenia" de elementos ligeros y la "Estructura a gran escala del Universo" (EGEU), así como una mejora en las medidas de las supernovas han sido consistentes con la propuesta teórica, el conocido como "Modelo Lambda CDM", que explica las observaciones cósmicas de la (RFM), así como la (EGEU) y las observaciones realizadas de las supernovas, arrojando luz sobre la explicación de la citada aceleración en la expansión del Universo, este es el modelo conocido más simple que está de acuerdo con todas las observaciones. La "Constante Cosmológica", en algunas ocaciones llamada Lambda, la letra griega, de ahí el nombre modelo lambda-CDM.

No debe confundirse la "energía oscura" con la "materia oscura", ya que, aunque ambas forman la mayor parte de la masa del Universo, la materia oscura es una forma de materia, mientras que, la energía oscura se asocia a un campo que ocupa todo el espacio.

Información divulgada recientemente basada en el trabajo realizado por el satélite artificial de la "Agencia Espacial Europea" (ESA), conocido como "Planck Surveyor", es decir la "Nave Espacial Plank", sobre la distribución del Universo, generó una estimación más precisa: el 68.3% de energía oscura; un 26.8% de materia oscura y, finalmente un 4.9 % de materia ordinaria, que es la que percibimos utilizando los sentidos humanos.

La reciente nota explica los planteamientos realizados por un equipo de investigadores de la Universidad de Cambridge (UC) quienes encontraron una nueva forma de medir la "energía oscura", esa fuerza misteriosa que constituye más de dos tercios de nuestro Universo, en nuestro patio trasero cósmico. Descubrieron que es factible detectarla y medirla mediante el estudio de la Galaxia de Andrómeda, nuestro vecino galáctico de al lado que está en curso de colisión en cámara lenta con la Vía Láctea. Los resultados se han informado en "The Astrophysical Journal Letters".

La Galaxia Andrómeda se observa al fondo.

Fotografía proporcionada por la  Universidad de Cambridge, vía diario La Jornada.

Desde que se identificó por primera vez a fines de los años noventas del siglo Veinte, los científicos han utilizado galaxias muy distantes para estudiar la energía oscura, pero no la han detectado de forma directa. Sin embargo, los investigadores de Cambridge descubrieron que al estudiar cómo interacciones las Galaxias Andrómeda y Vía Láctea, las que se mueven una hacia la otra dada su masa colectiva, podrían establecer un límite superior en el valor de la constante cosmológica, modelo más simple de ese tipo de fuerza.

El límite superior que encontraron es cinco veces mayor que el valor de la constante cosmológica que se puede detectar en el "Universo primitivo".

El equipo de investigadores afirmaron que: "Podrá ser detectada mediante el estudio de nuestro vecindario cósmico. Aunque la técnica aún se encuentra en una etapa temprana de su desarrollo. Todo lo que podemos ver en nuestro mundo y en los cielos, desde pequeños insectos hasta galaxias masivas, constituye sólo el cinco por ciento del universo observable. El resto es oscuro: se estima que alrededor de veintisiete por ciento del espacio está hecho de materia oscura, que mantiene unidos los objetos, mientras 68 por ciento es energía oscura, que separa los objetos".

Señaló el autor principal de la investigación, el doctor David Benisty, del Departamento de Matemáticas Aplicadas y Física Teórica (DAMPT) de (UC), en un comunicado: “La energía oscura es un nombre general para una familia de modelos que podría agregar a la teoría de la gravedad de Albert Einstein. La versión más simple de esto se conoce como la constante cosmológica: una densidad de energía que aleja a las galaxias unas de otras”.

La constante cosmológica fue añadida temporalmente por Albert Einstein (1879 - 1955), a su Teoría de la Relatividad General. Durante el siglo Veinte, y desde los años treinta  hasta los noventa, este elemento se fijó en cero, hasta que se descubrió que una fuerza desconocida, la "Energía Oscura", aceleraba la expansión del universo.

Sin embargo, hay al menos dos grandes problemas con ella: no sabemos exactamente qué es y no la hemos detectado de forma directa.

Desde que se identificó por primera vez, los astrónomos han desarrollado una variedad de métodos para detectar esa fuerza, la mayoría de los cuales involucran el estudio de objetos del "Universo Primitivo" y la medición de la rapidez con la que se alejan de nosotros. Desglosar los efectos de la energía oscura de hace miles de millones de años no es fácil: dado que es débil entre galaxias, es superada fácilmente por las fuerzas mucho más fuertes dentro de ese cúmulo de cuerpos celestes.

Sin embargo, hay una región del Universo que es sorprendentemente sensible a la energía oscura y está en nuestro patio trasero cósmico. La Galaxia Andrómeda es la más cercana a nuestra galaxia, a medida que se acerquen, las dos galaxias comenzarán a orbitar entre sí, muy lentamente. Una sola vuelta tardará veinte mil millones de años. Sin embargo, debido a las fuerzas gravitatorias masivas, mucho antes de que se complete, dentro de unos cinco mil millones de años, las dos galaxias comenzarán a fusionarse y precipitarse una sobre  la otra.

Afirmó el doctor Benisty, quien también es investigador asociado en el Colegio de Queens: “Andrómeda es la única galaxia que no se escapa de nosotros, por lo que al estudiar su masa y movimiento, podemos hacer algunas determinaciones sobre la constante cosmológica y la energía oscura. Esa fuerza afecta a cada par de galaxias: la gravedad quiere juntarlas, mientras la energía oscura las separa. En nuestro modelo, si cambiamos el valor de la constante cosmológica, podemos ver cómo cambia la órbita de los dos conjuntos de cuerpos. Basándonos en su masa, podemos colocar un límite superior en la constante cosmológica, unas cinco veces más alta de lo que podemos medir en el resto del universo.”

El doctor David Benisty y los coautores del trabajo, los doctores Anne Davis, de (DAMPT) y Neil Wyn Evans del Instituto de Astronomía, descubrieron que la energía oscura está afectando la manera en que Andrómeda y la Vía Láctea se orbitan entre sí. Mediante una serie de simulaciones basadas en las mejores estimaciones disponibles de la masa de ambas galaxias.

La existencia de la energía oscura fue inferida a partir de medidas muy precisas del ritmo de expansión del universo, con técnicas similares a las usadas para generar esta imagen de la sonda "Wilkinson Microwave Anisotropy Probe" (WMAP) para examinar la "anisotropía"

de la temperatura de "Cosmic Microwave Background" (CMB). 

Tomada de NASA/Goddard/WMAP Science Team.

Los datos proporcionados con el uso del "Telescopio Espacial James Webb" (JWST) otorgarán mediciones mucho más precisas de la masa y el movimiento de Andrómeda, lo que podría ayudar a reducir los límites superiores de la constante cosmológica. Los investigadores indicaron que, si bien la técnica puede resultar inmensamente valiosa, todavía no es una detección directa de energía oscura. Adicionalmente al estudiar otros pares de galaxias, se podría refinar aún más la técnica y determinar cómo afecta la energía oscura a nuestro universo.

Finalmente aseguró Benisty: “La energía oscura es uno de los mayores enigmas de la cosmología. Podría ser que sus efectos varíen con la distancia y el tiempo, pero esperamos que esta técnica pueda ayudar a desentrañar el misterio”.

La naturaleza exacta de la energía oscura es materia de debate. Se sabe que es muy homogénea, no muy densa, pero solamente, se conoce y muy parcialmente,  su interacción con con la gravedad, y no con las restantes fuerzas fundamentales. Como no es muy densa, unos 10−29 (gramos/centímetros cúbicos), es difícil realizar experimentos para detectarla.

Aún queda mucho por investigar y descubrir, la energía oscura, es teóricamente la explicación más sencilla, pero, aun no es definitiva, por ello se busca con ahínco su comprobación, lo que motiva el desarrollo de pruebas sobre su real existencia y sus características físicas. Lo que resulta muy complicado, solamente se conocen sus efectos, al existir esta energía y su compañera la materia oscura.

En las publicaciones anteriores de la Machincuepa Cuántica, se encuentra material relacionado con esta exposición, estas dos sirven de referencia, para aquellos que deseen profundizar los conceptos; del 16 de junio del 2022, "El científico que propuso la teoría que explica la composición de la Materia Oscura, su concepto de Dios y la crisis climática";  y del 22 de mayo de 2023, "Una supernova reaparecida permite medir la expansión del universo, con mayor exactitud, al mismo tiempo que se capta la mayor explosión cósmica jamás vista".