¿Dejará alguna vez de expandirse el universo?

Desde la Tierra, el cielo nocturno parece bastante estático. Claro, las estrellas giran de tarde en tarde y los planetas se mueven entre ellas. Pero desde una perspectiva terrestre, la esfera celeste parece esencialmente inmutable.

La percepción, sin embargo, no es la realidad: nuestros globos oculares no insinúan que más allá de los planetas, estrellas y galaxias cercanas, todo se aleja de nosotros. El universo se expande constantemente, a un ritmo cada vez más rápido.

“Cuando decimos que el universo se está expandiendo, queremos decir algo bastante literal”, dice Dan Scolnic, profesor asociado de física en la Universidad de Duke, que estudia este crecimiento cósmico. “Creo que es un poco diferente de lo que la gente piensa. Pero lo que queremos decir es que la distancia a la que se encuentran los objetos de nosotros, en particular otras galaxias, está aumentando”.

Los científicos actualmente no saben si esa expansión continuará indefinidamente o, de ser así, si seguirá acelerándose hasta el infinito. El estado final del universo (si se expandirá tan rápidamente que se desgarrará, continuará ampliándose y enfriándose tranquilamente o eventualmente se revertirá y se contraerá sobre sí mismo) estará determinado por el equilibrio de la materia oscura, la energía oscura y el equilibrio regular. materia y energía en el espacio. Las dos partes desconocidas u oscuras de esa ecuación constituyen el 95 por ciento del universo, y su naturaleza sigue eludiendo a los científicos, que no saben cómo las contribuciones de esos componentes a la historia de la vida del universo podrían cambiar con el tiempo.

Durante unos 100 años, los científicos han sabido acerca de la expansión cósmica y que fue una consecuencia del big bang, cuando toda la materia y energía del cosmos explotó (aunque ésta es una metáfora imperfecta) desde un único punto denso y caliente y se extendió. hacia afuera, expandiendo el espacio mismo a medida que avanzaban. Los científicos esperaban que esta expansión se desacelerara a medida que el universo envejeciera; la atracción gravitacional entre trozos de materia actuaría como freno. Y eso fue cierto… por un tiempo. Pero ese no fue el final de la historia.

Los humanos, desde los albores de nuestra existencia hasta hoy, parecen vivir en la era cósmica en la que esta desaceleración de la expansión se convirtió en una aceleración. Los astrónomos han detectado este giro, aunque les llevó un tiempo. “A finales del siglo pasado [specifically, 1998], empezamos a darnos cuenta de que el universo no sólo se está expandiendo”, dice Scolnic. “Está acelerando su expansión”.

La explicación de esa presión sobre el pedal del acelerador es algo insatisfactoria. Es causada por la presencia de “energía oscura”, un término que describe lo que está sucediendo pero no por qué. “Es algo que todavía no entendemos a nivel de física fundamental”, dice Wendy Freedman, profesora de astronomía y astrofísica de la Universidad de Chicago. “¿Qué está causando esa aceleración?”

La energía oscura impregna la parte vacía del universo: el vacío. Sea lo que sea, ejerce una fuerza repulsiva que lo separa todo y tira contra la gravedad. “Cuanto más espacio hay, más cosas se alejan unas de otras”, dice Scolnic, “lo que significa que el universo se expandirá cada vez más rápido, y las cosas se alejarán unas de otras cada vez más rápido”.

Para comprender cómo se ve actualmente la expansión cósmica, los científicos pueden observar señales astronómicas para medir la llamada constante de Hubble. Este número representa la tasa actual de expansión del universo.

Los científicos tienen varios métodos para encontrar este número. Los enfoques incluyen observar supernovas y estrellas variables en galaxias distantes y medir qué tan rápido están retrocediendo, así como qué tan lejos están. Freedman dirigió una colaboración en la década de 1990 llamada Proyecto Clave del Telescopio Espacial Hubble, que calculó la constante de Hubble con mayor precisión que nadie antes.

Pero en los últimos años, los astrónomos han descubierto que ese cálculo (y los resultados de diferentes equipos), incluido el grupo Supernova H de Scolnic.₀ para la Ecuación de Estado (SH0ES), no coincide con la constante de Hubble que otros científicos han calculado basándose en datos de los primeros años del universo, mucho antes de que nacieran las supernovas y las estrellas variables.

Este desajuste se llama “tensión del Hubble”. Podría indicar un problema con la forma en que los investigadores han tomado o interpretado los datos, o podría ser el universo gritándoles a los científicos que no entienden su evolución, lo que significaría que tampoco pueden predecir su destino. “Si se trata de un verdadero desacuerdo, es realmente importante”, dice Freedman. “Porque sugiere que hay física que no conocemos”.

Durante mucho tiempo, dice Scolnic, los científicos tuvieron una historia de la expansión del universo (y su conjunto relacionado de materia oscura, energía oscura y materia y energía ligera) que tenía sentido. Pero ahora, dice, la narrativa no cuadra del todo. “Esa historia de lo que nos llevó a este lugar determinará nuestro destino final: cómo el universo sigue creciendo, sigue cambiando”, continúa. Para conocer el verdadero final de la historia, es posible que los científicos necesiten revisar los capítulos intermedios.

Si la imagen básica de los físicos sobre cómo funciona el universo es correcta, nos espera una gran congelación: el cosmos seguirá expandiéndose moderadamente más rápido, la materia se expandirá, las estrellas morirán, no podrán formarse nuevas estrellas y el espacio Se oscurecerá y se enfriará con un gemido.

Si, por otro lado, la energía oscura funciona de manera diferente a lo que suponemos, podríamos estar dirigiéndonos hacia otro final. Si, por ejemplo, su fuerza cambia con el tiempo y se vuelve más fuerte a medida que el universo progresa, nos espera un gran desgarro: el universo se expandirá lo suficientemente rápido como para desgarrarse. “De cualquier manera, la respuesta a la pregunta original es sí, te estás expandiendo para siempre”, dice Scolnic. “Es simplemente una cuestión de violencia”.

Pero no todos están de acuerdo. Paul Steinhardt, físico teórico de la Universidad de Princeton, dice que las formas teorizadas de energía oscura podrían depender del tiempo de una manera diferente. “Pasa de hacer que el universo acelere su expansión a, eventualmente, desacelerar su expansión, eventualmente desacelerarla hasta detenerla y luego comenzar a contraerse”, dice. Eso se llama una gran crisis. En algunos modelos cosmológicos que Steinhardt está investigando, la contracción podría volver a convertirse en expansión y producir una especie de universo cíclico.

Lo esencial, como sugieren todas estas posibilidades, es que nadie lo sabe con seguridad. “Hemos perdido esa previsibilidad”, dice Freedman.

Sin embargo, tiene la esperanza de que el nuevo telescopio espacial James Webb pueda proporcionar algunas respuestas con su capacidad de ver más lejos y mejor que los instrumentos anteriores. “Creo que la ciencia procede de esta manera”, dice Freedman. “Aún no entendemos lo que está pasando. Y a veces lleva mucho tiempo”.