La física, y en particular la cosmología, se encarga de afrontar estas preguntas desde un punto de vista científico y de encontrar las respuestas a las mismas dando explicaciones coherentes y fundamentadas, usando una base matemática para expresarlas. Y eso es lo que voy a intentar hacer.
En esta entrada os voy a hacer una breve aproximación a dos aspectos de la cosmología actual que llaman más la atención, como son la materia oscura y la energía oscura.
Antes de nada es importante saber por qué necesitamos incluir estas dos hipótesis en nuestra descripción del universo.
La materia oscura se incluyó para explicar matería que no se observaba pero que producía efectos gravitatorios, en particular, en las curvas de rotación galácticas.
De acuerdo con las ecuaciones de rotación, dado que la dinámica que rige los cuerpos a escala galáctica es la ley de Newton, la velocidad con la que giran los cuerpos depende de la masa que hay dentro de su trayectoria y de la distancia al centro:
A partir de eso podemos calcular la materia que hay dentro midiendo la velocidad con la que giran los cuerpos.
Bueno, pues las velocidades que medían a medida que nos alejábamos del centro era mayores que las predichas por la materia observada. Por tanto, había una materia que producía efectos gravitacionales y que no se observaba. A esto se le llamó materia oscura.
De momento hay muchos candidatos a materia oscura pero ningún resultado ha sido satisfactorio. La detección experimental de la materia oscura esclarecería una de las mayores incógnitas del siglo XX.
Por otro lado, tenemos el segundo tema, la energía oscura. Este es un poco más complicado a nivel matemático pero intentaré sintetizarlo.
Dos cantidades que podemos medir de forma independiente en las galaxias que observamos son la distancia y el redshift (corrimiento al rojo). Este último depende de la velocidad con que estas galaxias se alejan de nosotros. Representando una frente a otra podemos calcular esa velocidad. Como sabéis, el universo está en expansión y las galaxias se alejan unas de otras. Esto no significan que unas se alejan de otras por la velocidad que llevan, sino porque el espacio entre ellas se está expandiendo (de la misma forma que si pintamos puntos en un globo y luego lo inflamos).
Este hecho fue propuesto por los modelos de Lemaitre y posteriormente comprobado experimentalmente por Hubble a principios del siglo pasado. Entre otras cosas esto acabó desembocando en la teoría del Big Bang y abriendo una nueva rama en la cosmología.
Bueno, pues no solo se ha encontrado que las galaxias se alejan de nosotros, sino que lo hacen de forma acelerada (por este descubrimiento Perlmutter, Schmidt y Riess ganaron el Nobel de física en 2011). Esto se puede ver en la gráfica de Hamuy et al. como a medida que aumenta el redshift, los puntos tienden a subir por encima de la recta (en negro). Hoy en día se han llegado a redshifts más elevados y continúa esa tendencia a acelerarse.
Esta aceleración se interpreta como una gravedad repulsiva, o más bien, como una presión negativa que hace que el espacio se expanda aceleradamente. Esto, en las ecuaciones, viene incluido como una constante cosmológica (sí, la de Einstein) que produce este efecto.
Presentados ahora nuestros dos participantes, vamos explicar esta representación del universo.
¿De dónde sale esta representación? ¿Estos números? Vamos a verlo.
Dentro de la omega de materia se englobarían tanto la visible como la oscura.
Siento no haber sido muy detallado en los cálculos, pues solamente he querido mostrar una idea sencilla de donde se obtenían las proporciones de cada componente.
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Esta entrada participa en la edición LXV ded Carnaval de la Física/Antroido da Física. Blog anfitrión: Física e Química en Ribadeo.
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