La evolución de la energía oscura

Me ha gustado esta figura que ilustra muy bien que la energía oscura es un fenómeno “reciente” en la historia del universo. La energía oscura, la causa “desconocida” de la reciente expansión acelerada del universo, fue descubierta gracias a las supernovas de tipo Ia, pero hoy en día ha sido observada (confirmada) por muchos otros medios. Se trata de un fenómeno “reciente” ya que no se observa para corrimientos al rojo z>2. En la época de la recombinación, cuando el universo tenía unos 375.000 años y “cristalizó” el fondo cósmico de microondas, no había energía oscura en el universo. ¿Qué puede ser la energía oscura? La hipótesis más socorrida es que está asociada al vacío, a una especie de “antigravedad” asociada al vacío que se modela mediante una constante cosmológica como fuente, es decir, colocada en el miembro derecho de la ecuación de Einstein, en lugar de en el izquierdo, donde la colocó Einstein para lograr un universo estático. La NASA tiene un programa bastante completo para el estudio de la materia oscura y de la energía oscura, como nos cuenta Neil Gehrels, “NASA’s Dark Matter & Dark Energy Program,” NASA/GSFC, SpacePart12, Nov. 5, 2012 [slides, vídeo CDS]. Por cierto, el vídeo de la charla (media hora) está bastante bien y se centra en el futuro, tanto JWST como WFIRST.

14 pensamientos en “La evolución de la energía oscura

  1. Francis, dices “En la época de la recombinación, cuando el universo tenía unos 375.000 años y “cristalizó” el fondo cósmico de microondas, no había energía oscura en el universo.” No es exacto. De hecho si la energía oscura es una constante cosmológica, la densidad de energía de vacío es exactamente constante. El asunto es que en la época de la recombinación la contribución de la materia y la radiación dominaba sobre la energía oscura. Groso modo, las contribuciones de la materia+radiación evoluciona con el tiempo de expansión como t^n con n<1 mientras que la energía oscura lo hace como exp(t). Por supuesto, el valor de la constante cosmológica podría haber sido mucho mayor y empezar a dominar la dinámica de la expansión mucho antes. Ese es precisamente el famosos segundo problema de la constante cosmológica, es decir, ¿por qué las contribución de la energía oscura sólo empieza a ser comparable a la de la materia justo ahora?. Y ya sabes cuál es la única respuesta (insatisfactoria para muchos) con la que contamos para esa pregunta ;)

    • El principio antrópico NO es Ciencia. Es sólo una versión light y soft de la hipótesis divina sin mencionar explícitamente el creacionismo o la Naturaleza de Primer Motor. De todas formas, la MetaCiencia debe mantenerse alejada de los blogs que discuten Ciencia. ;)

    • Acepto la colleja, ecosdelfuturo, hay una gran diferencia entre “no había” y “había una cantidad despreciable si la teoría es correcta, pero no es medible con los experimentos; además, como no sabemos si la teoría es correcta, tampoco podemos asegurar que hubiera.” Ningún experimento aporta ninguna prueba o indicio de que hubiera energía oscura en la época de la recombinación; obviamente, si la energía oscura es el vacío, había vacío en dicha época.

      • Dame una colleja a mi también de camino ;). Aunque mi razonamiento es correcto, olvida lo de las dependencias con el tiempo. Estaba mezclando parámetro de expansión (el radio de una región del universo, para el que le suene extraño), densidad de energía y energía total. Bien explicado seria así: si la energía oscura es una constante cosmológica, la densidad de energía es exactamente constante con el tiempo como decía. Sin embargo materia y radiación se diluyen con la expansión, la primera en proporción inversa al cubo del parámetro de expansión y la segunda a la cuarta potencia (debido a que la radiación sufre desplazamiento al rojo si quieres), de tal manera que la evolución con el parámetro de expansión de la densidad de energía sería algo así

        rho ~ rho(lambda) + rho(materia)/a³ + rho(radiación)/a⁴

        rho densidad y a parámetro de expansión

        Las evidencias vienen precisamente del hecho de que todos los datos observacionales son compatibles con el modelo LCDM.

    • “En la época de la recombinación, cuando el universo tenía unos 375.000 años y “cristalizó” el fondo cósmico de microondas, no había energía oscura en el universo”…

      375.000 años es una nimiedad en el tiempo cosmológico. ¿Es cierta esta cifra?

      • El dato de la exactitud procede de dos hechos. El primero es que puedes determinar el desplazamiento al rojo aprox. de la recombinación gracias a la frecuencia de los fotones del fondo cósmico de microondas y obtienes z ~ 1100. Luego puedes obtener la edad del universo en ese momento utilizando la estimación de los parámetros cosmológicos y tu modelo dinámico. Los parámetros cosmológicos son básicamente la densidad de materia, la densidad debida a la constante cosmológica y la constante de Hubble. Esos parámetros se conocen hoy en día con una precisión en torno al 1%. No es en realidad mucho más difícil que determinar el tiempo que toma una piedra es ascender hasta una determinada altitud. Los puedes calcular tu mismo en este javascript http://www.astro.ucla.edu/~wright/CosmoCalc.html sustituyendo en z el valor 1100.

  2. El PA, tal y como lo usó Weinberg por ejempo en ese caso no tiene nada que ver con lo que mencionas. El PA es un principio de selección observacional que puede ser útil o no y a Weinberg ni siquiera le parece útil como explicación [http://prl.aps.org/abstract/PRL/v59/i22/p2607_1] a pesar de que hiciese una predicción dentro de un intervalo 120 órdenes de valores posibles… y acertase :)

  3. Hola Francis. A pesar de que la figura es bonita, es sin embargo engañosa. Sugiere, como dices, que el dominio de la energía oscura es relativamente “reciente”, pero eso es así porque está dibujada con el eje X en escala logarítmica: es decir, en esa figura, el espacio que ocupan en el eje X 9.000 años (entre las etiquetas ‘3’ y ‘4’ del eje X) es el mismo que ocupan 9 mil millones de años (entre las etiquetas ‘9’ y ’10’). Dibújala en escala lineal, y verás que la densidad de energía oscura y la de materia han sido comparables durante la mayor parte de la vida del universo, desde nuestra escala de tiempos. Más información al respecto en http://es.arxiv.org/abs/1002.3966.
    Enhorabuena por el fantástico blog.

    • Obviamente, JackB, z=2 significa hace unos 10.200 millones de años, o cuando el universo tenía unos 3.300 millones de años. Una escala lineal no es adecuada para describir la gran explosión por una sencilla razón, casi todo lo relevante en cosmología ocurrió en los primeros instantes.

      • OK, no había reparado en que llamabas “reciente” a hace 10.200 millones de años. Es un poco confuso utilizar este tipo de términos porque da pie a aparentes paradojas, como la que menciona ecosdelfuturo: “¿por qué la contribución de la energía oscura sólo empieza a ser comparable a la de la materia justo ahora?” Ese “justo ahora” serían esos 10.000 millones de años; formulado así, en escala de tiempos “humana”, no parece haber un problema de “coincidencia”. Pero, como dices, probablemente medir el tiempo en años (escala humana) no sea lo más apropiado para el universo.

  4. ¿Porqué la energía oscura no puede ser el flujo magnético? si en cualquir punto del Universo hay campo magnético.

    • Claudio, muy fácil, porque la ecuación de estado de la energía oscura se puede determinar de forma experimental y no coincide con la de un campo magnético distribuido por todo el universo. Además, un campo magnético con energía suficiente para forzar la expansión acelerada del universo se habría visto en el fondo cósmico de microondas hace muchas décadas.

  5. Francis, dices: “…..asociada al vacío que se modela mediante una constante cosmológica como fuente, es decir, colocada en el miembro derecho de la ecuación de Einstein, en lugar de en el izquierdo, donde la colocó Einstein para lograr un universo estático.” Creo que si colocas la constante cosmológica en el miembro izquierdo lo que tienes es más atraccion (pull) además de la gravitatoria normal, con lo que no puedes lograr un universo estático, sino todo lo contrario, lo colapsas más aprisa. En cambio si la mantienes en el miembro derecho, pero más pequeña, entonces su presión expansiva (push) puede llegar a ser la justa para equilibrar la atractiva gravitatoria. Esto sí que es pedir una gran coincidencia………Las observaciones recientes demuestran que la constante gravitatoria es suficientemente alta como para neutralizar la atracción gravitatoria y además acelerar la expansión. Ha sido una cuestón del valor alto de la lambda, la constante cosmológica.

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