La energía oscura reprime el crecimiento del universo

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Por primera vez, los astrónomos han visto claramente los efectos de la "energía oscura" en los cúmulos de galaxias, usando el observatorio Chandra.
Al rastrear cómo la energía oscura ha reprimido el crecimiento de los cúmulos y combinando con estudios previos, los científicos obtuvieron las mejores pistas hasta ahora sobre qué es la energía oscura y cuál podría ser el destino del universo.


El trabajo, que llevó años en completarse, es independiente a otros métodos de investigación de energía oscura, como las supernovas. Estos nuevos resultados proveen entonces una prueba crucial sobre esta misteriosa fuerza.

Los científicos piensan que la energía oscura es una forma de gravedad repulsiva que ahora domina el universo, aunque no saben realmente qué es. Se trata de uno de los mayores problemas actuales de la ciencia. Algunas posibilidades incluyen la constante cosmológica, que es equivalente a la energía del espacio vacío. Otras veces se sugiere una modificación a la relatividad general en grandes escalas.

Para decidir entre estas y otras opciones, es necesario contar con nuevas formas de buscar la energía oscura. Para eso observaron cómo la aceleración cósmica afecta el crecimiento de los cúmulos galácticos en el tiempo.

"Este resultado podría ser descrito como 'detenido el desarrollo del universo'", dice Alexey Vikhlinin del Observatorio Smithsonian, quien lideró la investigación. "Lo que sea que está forzando la aceleración del universo a ser más veloz, también está forzando la detención de su crecimiento".

Los resultados muestran que el incremento en masa de los cúmulos galácticos en el tiempo se alinea con un universo dominado por la energía oscura. Es más difícil para objetos como los cúmulos galácticos crecer cuando el espacio está estirado, como causa esta oscura energía. Vikhlinin y su equipo ven claramente este efecto en sus datos. Los resultados son consistentes con aquellos de mediciones de distancias, revelando que la relatividad general se aplica, como se esperaba, en grandes escalas.

"Por años, los científicos han querido empezar a testear cómo trabaja la gravedad en grandes escalas y ahora, hemos finalmente podido", indica William Forman, co-autor del estudio.

Una importante pregunta es: ¿podemos descartar la posibilidad de que el universo "observado" esté libre de energía oscura?
Para investigar esto, podríamos inventar un hipotético universo que tenga las mismas propiedades que el actual, pero sin energía oscura, y por lo tanto, sin aceleración de la expansión.
Sería un universo de baja densidad (sin energía oscura) representado por la línea azul del gráfico que se muestra a continuación.



Puede el comportamiento de este universo ser distinguible de el universo observado? En efecto, podríamos "mirar hacia atrás en el tiempo" a cúmulos distantes y detectar los efectos de la energía oscura?
La respuesta de Vikhlinin y otros en su estudio es un concluyente "sí". El actual observado universo acelerado se estaba expandiendo más lentamente en el pasado que un universo con la misma baja densidad actual pero sin energía oscura. Usando una analogía automovilística: si estás pasando a un auto que va lento y vos sabes que vas más rápido, significa que hace unos segundos, estabas detrás del auto lento. Una expansión más lenta significa mayor crecimiento en el pasado en un universo acelerado con energía oscura y eso es exactamente lo que surge de los datos.

Al combinar con otras pistas -supernovas, el estudio del fondo de radiación de microondas y la distribución de las galaxias, estos nuevos resultados dan a los científicos un mayor entendimiento de las propiedades de la energía oscura.

El estudio fortalece la evidencia de que esta clase de energía es la constante cosmológica. Aunque muchos piensan que es la explicación más probable, trabajos teóricos sugieren que debería ser 10 a la 120 veces mayor que lo observado. Es por eso que se están explorando alternativas a la relatividad general, como por ejemplo, hipótesis que involucran dimensiones escondidas.

Qué es la Constante cosmológica
Una constante es un valor que no varía y fue introducida por Albert Einstein en su teoría para lograr que el universo que las ecuaciones describían fuese estático. Ocurre que Einstein descubrió que su teoría predecía un universo en expansión. La idea era revolucionaria para la época, ya que se pensaba, todavía, que el universo debía ser estático. Por esta razón el físico alemán decidió agregar esta constante a su teoría para que coincidiese con el "zeitgeist" o visión de la época. Pero más tarde, finalmente se descubrió que el universo no era estático y que sí se expandía, con lo cual la constante fue descatada. Einstein llegó a declarar que la introducción de dicha constante fue el «peor error de su carrera».
A pesar de esto, recientemente se ha "resucitado" aquella constante ya que podría explicar las observaciones sobre que la expansión del universo se está acelerando, al contrario de lo que se pensaba: que el universo debía estar deteniendo lentamente su expansión y así, con el tiempo, dominara la gravedad.
El interés recobró interés ya que ciertas teorías (teorías cuánticas de campos) predicen una densidad de energía de vacío que se puede comportar, a todos los efectos, como una constante cosmológica.

"Poniendo todos estos datos juntos nos da la mayor evidencia a la fecha de que la energía oscura es la constante cosmológica, o, en otras palabras, que 'nada pesa algo'. Es necesario realizar más pruebas, pero hasta ahora, la teoría de Einstein se ve mejor que nunca", señala Vikhlinin.

Los resultados tienen consecuencias sobre cuál sería el destino del universo. Si la energía oscura es explicada por la constante cosmológica, la expansión del universo continuará acelerándose, y la Vía Láctea y su vecina galaxia Andrómeda, nunca se fusionarán con el cúmulo de Virgo. En ese caso, dentro de unos 100 mil millones de años, todas las galaxias desaparecerán de la vista de la Vía Láctea, y finalmente, se desintegraría el llamado Grupo Local.

El trabajo será publicado en dos documentos separados en la edición del 10 de febrero 2009 de The Astrophysical Journal.



La composición de imagen a la izquierda es del cúmulo de galaxias Abell 85, localizado a 740 millones de años luz de la Tierra. La emisión púrpura es gas muy caliente detectado por el Observatorio de rayos-X Chandra y los otros colores muestran galaxias en una imagen óptica del Sloan Digital Sky Survey. El cúmulo es uno de los 86 observados por Chandra para rastrear cómo la energía oscura ha ralentizado el crecimiento de estas masivas estructuras en los últimos 7 mil millones de años.
La ilustración a la derecha muestra imágenes de una simulación de Volker Springel, representando el crecimiento de la estructura cósmica cuando el Universo era todavía 0.9 mil millones, 3.2 mil millones y 13.7 mil millones de años de edad (ahora). Esto muestra cómo el universo ha evolucionado de un estado suave a uno conteniendo una vasta estructura.



Fuentes y links relacionados

• Dark Energy Found Stifling Growth in Universe


• Chandra: Dark Energy Found Stifling Growth in Universe


• Chandra Cluster Cosmology Project III: Cosmological Parameter Constraints
  A.Vikhlinin, A.V.Kravtsov, R.A.Burenin, H.Ebeling, W.R.Forman, A.Hornstrup, C.Jones, S.S.Murray, D.Nagai, H.Quintana, A.Voevodkin
  arXiv:0812.2720v1


• Chandra Cluster Cosmology Project II: Samples and X-Ray Data Reduction
  A. Vikhlinin, R. A. Burenin, H. Ebeling, W. R. Forman, A. Hornstrup, C. Jones, A. V. Kravtsov, S. S. Murray, D. Nagai, H. Quintana, A. Voevodkin
  arXiv:0805.2207v3

Sobre las imágenes
Crédito: X-ray (NASA/CXC/SAO/A.Vikhlinin et al.); Optical (SDSS); Illustration (MPE/V.Springel)


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