En cosmología
física, la energía oscura es una forma de materia oscura o energía que estaría
presente en todo el espacio, produciendo una presión que tiende a acelerar la
expansión del Universo, resultando en una fuerza gravitacional repulsiva. En el
modelo estándar de la cosmología, la energía oscura aporta casi tres cuartas
partes de la masa-energía total del Universo. Temas relacionados con la energía
oscura son la constante cosmológica, una energía de densidad constante que
llena el espacio en forma homogénea, la Teoría cuántica de campos y la
quintaesencia, como campos dinámicos cuya densidad de energía puede variar en
el tiempo y el espacio.
De hecho, las
contribuciones de los campos escalares que son constantes en el espacio
normalmente también se incluyen en la constante cosmológica. Se piensa que la
constante cosmológica se origina en la energía del vacío. Los campos escalares
que cambian con el espacio son difíciles de distinguir de una constante
cosmológica porque los cambios pueden ser extremadamente lentos.
Para distinguir
entre ambas se necesitan mediciones muy precisas de la expansión del Universo,
para ver si la velocidad de expansión cambia con el tiempo. La tasa de
expansión está parametrizada por la ecuación de estado. La medición de la
ecuación estado de la energía oscura es uno de los mayores retos de
investigación actual de la cosmología física.
Añadir la
constante cosmológica a la Métrica de Friedman-Lemaître-Robertson-Walker (FLRW)
conduce al modelo Lambda-CDM, que se conoce como "modelo estándar" de
cosmología debido a su coincidencia precisa con las observaciones. No se debe
confundir la energía oscura con la materia oscura, ya que, aunque ambas forman
la mayor parte de la masa del Universo, la materia oscura es una forma de materia,
mientras que la energía oscura se asocia a un campo que ocupa todo el espacio.
Información
divulgada recientemente basada en el trabajo realizado por la nave espacial
Planck sobre la distribución del universo, obtuvo una estimación más precisa de
esta en 68,3% de energía oscura, un 26,8% de materia oscura y un 4,9% de
materia ordinaria.
DESCUBRIMIENTO DE LA ENERGÍA OSCURA
En 1998 las
observaciones de supernovas de tipo 1a muy lejanas, realizadas por parte del
Supernova Cosmology Project en el
Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley y el High-z Supernova Search Team,
sugirieron que la expansión del Universo se estaba acelerando. Desde entonces,
esta aceleración se ha confirmado por varias fuentes independientes: medidas de
la radiación de fondo de microondas, las lentes gravitacionales, nucleosíntesis
primigenia de elementos ligeros y la estructura a gran escala del Universo, así
como una mejora en las medidas de las supernovas han sido consistentes con el
modelo Lambda-CDM.
Las supernovas
de tipo 1a proporcionan la principal prueba directa de la existencia de la
energía oscura. Según a la Ley de Hubble, todas las galaxias lejanas se alejan
aparentemente de la Vía Láctea, mostrando un desplazamiento al rojo en el
espectro luminoso debido al efecto Doppler. La medición del factor de escala en
el momento que la luz fue emitida desde un objeto es obtenida fácilmente
midiendo el corrimiento al rojo del objeto en recesión. Este desplazamiento
indica la edad de un objeto lejano de forma proporcional, pero no absoluta. Por
ejemplo, estudiando el espectro de un quasar se puede saber si se formó cuando
el Universo tenía un 20% o un 30% de la edad actual, pero no se puede saber la
edad absoluta del Universo.
Para ello es
necesario medir con precisión la expansión cosmológica. El valor que representa
esta expansión en la actualidad se denomina Constante de Hubble. Para calcular
esta constante se utilizan en cosmología las candelas estándar, que son
determinados objetos astronómicos con la misma magnitud absoluta, que es
conocida, de tal manera que es posible relacionar el brillo observado, o
magnitud aparente, con la distancia. Sin las candelas estándar, es imposible
medir la relación corrimiento al rojo-distancia de la ley de Hubble. Las
supernovas tipo 1a son una de esas candelas estándar, debido a su gran magnitud
absoluta, lo que posibilita que se puedan observar incluso en las galaxias más
lejanas. En 1998 varias observaciones de estas supernovas en galaxias muy
lejanas (y, por lo tanto, jóvenes) demostraron que la constante de Hubble no es
tal, sino que su valor varía con el tiempo. Hasta ese momento se pensaba que la
expansión del Universo se estaba frenando debido a la fuerza gravitatoria; sin
embargo, se descubrió que se estaba acelerando, por lo que debía existir algún
tipo de fuerza que acelerase el Universo.
La consistencia
en magnitud absoluta para supernovas tipo 1a se ve favorecida por el modelo de
una estrella enana blanca vieja que gana masa de una estrella compañera y crece
hasta alcanzar el límite de Chandrasekhar definido de manera precisa. Con esta
masa, la enana blanca es inestable ante fugas termonucleares y explota como una
supernova tipo 1a con un brillo característico. El brillo observado de la
supernova se pinta frente a su corrimiento al rojo y esto se utiliza para medir
la historia de la expansión del Universo. Estas observaciones indican que la
expansión del Universo no se está desacelerando, como sería de esperar para un
Universo dominado por materia, sino más bien acelerándose. Estas observaciones
se explican suponiendo que existe un nuevo tipo de energía con presión
negativa.
La existencia de
la energía oscura, de cualquier forma, es necesaria para reconciliar la
geometría medida del espacio con la suma total de materia en el Universo. Las
medidas de la radiación de fondo de microondas más recientes, realizadas por el
satélite WMAP, indican que el Universo está muy cerca de ser plano. Para que la
forma del Universo sea plana, la densidad de masa/energía del Universo tiene
que ser igual a una cierta densidad crítica. Posteriores observaciones de la
radiación de fondo de microondas y de la proporción de elementos formados en el
Big Bang (Gran explosión) han puesto un límite a la cantidad de materia
bariónica y materia oscura que puede existir en el Universo, que cuenta sólo el
30% de la densidad crítica.
Esto implica la
existencia de una forma de energía adicional que cuenta el 70% de la masa
energía restante. Estos estudios indican que el 73% de la masa del Universo
está formado por la energía oscura, un 23% es materia oscura (materia oscura
fría y materia oscura caliente) y un 4% materia bariónica. La teoría de la
estructura a gran escala del Universo, que determina la formación de
estructuras en el Universo (estrellas, quasars, galaxias y agrupaciones
galácticas), también sugiere que la densidad de materia en el Universo es sólo
el 30% de la densidad crítica.
