La expansión acelerada actual: sólo sé que no sé nada

Tenemos aún muchas incertezas acerca de cómo está compuesto el universo. Las observaciones precisas de las anisotropías de la radiación cósmica de fondo sugieren fuertemente que el cociente entre la densidad y la densidad crítica actual del universo es aproximadamente igual a 1. Se suele nombrar a este cociente con la letra Ω y considerar las contribuciones que provienen de la materia (Ω_m), la radiación (Ω_r) y eventualmente la energía de vacío (Ω_v), de manera que Ω=1= Ω_m + Ω_r + Ω_v. La energía de vacío es una forma de energía que satisface p = - p c², como la necesaria para una etapa inflacionaria.

Hasta el año 1998 se pensaba que la energía de vacío actual era despreciable.

¿Qué es lo que cambió desde entonces?
La expansión del universo se establece, desde la época de Hubble, determinando el corrimiento al rojo de galaxias lejanas (esto da una idea de la velocidad) y su luminosidad aparente (que da información sobre la distancia a la que se encuentra). La determinación de las distancias es un problema extremadamente difícil. A partir de 1998 comenzaron a utilizarse como patrones las explosiones de supernovas, ya que se supone que todas ellas alcanzan una intensidad máxima independiente de los detalles de la estrella que explota. Estas mediciones permitieron reexaminar el ritmo de expansión del universo. La sorprendente conclusión es que, como en la era inflacionaria del universo temprano, ¡en la actualidad la expansión también es acelerada!

Cuando se combinan las nuevas determinaciones de distancias y corrimientos al rojo con las observaciones de los satélites COBE y WMAP, se puede desarrollar lo que se ha denominado “cosmología de precisión”. A partir de los datos observacionales es posible establecer, en el marco de los distintos modelos teóricos, los parámetros que describen las propiedades del universo a gran escala: la constante de Hubble H₀=74±4 y las distintas fracciones de densidad Ω_m, Ω_r y Ω_v. Los valores actualmente aceptados son H0= Km/s/Mpc, Ω_m~0.27, Ω_r~0.00005 y Ω_v~0.73.

La densidad de la materia es de alrededor del 30% del total. Sin embargo, los cálculos de nucleosíntesis indican que no puede haber más del 5% de materia “ordinaria”, es decir de materia formada por protones, neutrones y electrones. Más aún, ¡sólo el 1% es materia que brilla! O sea que un 29% del contenido del universo es materia oscura, de la cual se sabe bastante poco, ya que la mayor parte no es materia ordinaria (podrían ser neutrinos o partículas más exóticas, como por ejemplo partículas supersimétricas).

Pero las desventuras no terminan allí. El 70% restante de la densidad de masa y energía del universo está en Ω_v, que se denomina actualmente “energía oscura” para enfatizar el origen desconocido de la misma. Esta energía podría corresponder a un término extra en las ecuaciones de Einstein, denominado “constante cosmológica”. También podría deberse a la existencia de otro(s) campo(s) escalares similares al inflatón, que se denomina “quinta-esencia”. Se especula también que la expansión acelerada podría explicarse a partir de modificaciones a la teoría de Einstein.

En resumen, basados en un cambio en el patrón de determinación de las distancias, se piensa que actualmente el universo se expande aceleradamente. Esta aceleración no ha sido aún confirmada de manera independiente. De ser confirmada, se abre un abanico de posibilidades. Podría ser que la teoría de Einstein siga siendo válida a escalas grandes, y que no conozcamos el 95% de la masa y energía que llena el universo. En el otro extremo, podría ocurrir que la expansión acelerada se deba a que la teoría de la relatividad general no se aplica a distancias cosmológicas. La cosmología está pasando entonces por una etapa de muchísimo interés. Cualquiera sea la solución a los problemas aquí planteados, nos hará cambiar nuestras ideas acerca del universo, ya sea acerca de su contenido o acerca de las leyes que lo rigen.