universo

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•
del universo
La energía oscura
no se limita a acelerar
la expansión del universo.
Influye en el distanciamiento
entre las galaxias
y en su conformación
CHRISTOPHER J. CONSElICE
INVESTI GACi ÓN y CIENCIA, abril, 2007
•QU
é
¿
nos ha llevado tan to
tiempo? Hasta 1998 no se
de scubrió que nos hab íamos estado pe rdiendo tres cu artas
partes del contenido del universo,
la energía obscura . Una forma des conocida de energí a que nos rodea
y nos arrastra con suavidad. De la
energía obscura depend e el destino
de l cosmos . Y ni lo sabíamos.
En hon or a la verdad, algunos sí
habían anticipado su existenc ia. Pero
inclu so ellos nos dirían que su detecci ón se encuentra entre los des cubrimientos más revolucionarios de
la cosmología del siglo xx. No sólo
parece que la energía oscur a constituye la mayor par te del universo, sino
que, además, su presenc ia, de resistir
la prueba del tie mpo , exigirá el de sarroll o de nuevas teorías físic as.
Apenas se ha iniciado el largo camino que cond uce al conoc imien to
de la natura leza de la energía oscura
y de sus consecuencias . Nos hemos
percatado de que la energía osc ura
- descubierta por el efecto que ejerce so bre el universo en su globa lidad- podría mo ldear la evolució n
de estre llas , galaxias y cúm ulos de
galaxi as. Los astrónomos han estado
observando su ob ra duran te docenas
de año s sin caer en la cuenta.
Curiosa mente, la pr opia om niprese ncia de la energía oscura nos
la tuvo oculta. A diferencia de la
materia, esa energía no se acu mula
en unos lugares más que en otros.
Dada su naturaleza, se extiende por
doquier. En cua lquie r luga r - sea
la cocina o el espacio intergaláctic o- presenta siempre la misma
densid ad, unos 10- 26 kilogramos por
metro cúbico , equ ivalen te a un puñado de átomos de hidrógeno por metro
cúbico . Toda la energía oscura del
sistema solar apenas suma la masa
de un peq ueño asteroide ; por eso ,
no condiciona el movimien to de los
planetas . Sus efectos se perc iben en
las dista ncias e inte rvalos temporales
más vastos.
Desde los días de Edwi n Hubble,
se sabe que todas las galaxias, excepto las más cercanas, se alejan de
nosotr os a un ritmo veloz, proporcional a la distancia : cuanto más lejana
se halle la galax ia, co n mayor celeridad se alej ará. Las galaxias no se
mueven por el espacio en el se ntido
corriente de la palabra; las arrastra el
espacio en su expans ión [véase "Las
paradojas de la gran exp losión", por
Charles H. Lineweaver y Tamar a M.
Davi s; I NVESTI GACIÓN y CIENCIA,
mayo 2005]. Du rant e dece nios, se
ha intentad o responder a la pregunta
obvia que se desprend e de esta idea:
¿cómo cambia el ritmo de expansión
con el tiempo? Se creía que la expansión de bería frena rse, puesto que la
atracció n gravitatori a ejercida entre
sí por las galaxias co ntrarres taría la
expans ión.
El prim er dato observacio nal inequí voco de los cam bios en el ritmo
de expansión lo proporcionaron las
supernovas remotas , exp losiones de
grandes estrellas que sirven de hitos
de la expansión cósmica , a la ma-
7
nera en que un tro nco a la der iva nos permite med ir la
veloc idad de la co rr iente del río . Estas obse rvaciones
revel aron que la expansión era más lenta en el pasado
qu e hoy; por tan to, se está acelerando. Mej or dicho: se
hab ía es tado fren and o, pero a partir de cie rto momento se
ace leró [véase "Exploración del espa cio- tiem po medi ante
sup ern ovas", por Craig J. Hogan , Rob ert P. Kirshner y
Nich ol as B. Suntzeff; INVESTIGACIÓN y CIENCIA, mar zo
1999, y "Cuando la aceleració n ca mbió de sig no", por
Ada m G. Riess y Mi cha el S . Turner; INVESTIGACIÓN
y CIENCIA, abril 2004]. Difere ntes estud ios del fond o
cósmi co de microond as han co nfirmado de sde entonces
est e sorprendente resultado, entre ellos el efectuado por
la so nda Wilkinson de las Ani sotr opías en Microondas
(W MAP).
Una posibl e exp licación sería que las leyes gravi tatorias
en las escalas supergalácticas difieran de las que rig en
en escalas inferiores, de modo que la graved ad de las
galaxias no op on ga resistenci a a la expansión. Pero la
hipótesis genera l más aceptada manti en e la un iversal idad
de las leyes gravitatorias , por lo que se pres upone la
exi stencia de algun a forma de energía, totalmente de sconocid a, que se opo ne a la atracción mutua entre las
galaxias y la vence; ello conlleva la separació n ace lerada
entre ga lax ias . Au nq ue la e nergía osc ura no presenta
co nsecuenc ias dent ro de nu estra galaxia (y menos en
nuestra cocina), en total constitu ye la fuerz a más poder osa del cosmos .
Escultora cósmica
A med ida qu e se explora es te nue vo fenóm eno, se va
des cubriendo qu e la energía osc ura , además de fijar el
ritmo de expansión glo bal del uni verso, tiene co nsecuencias a largo plazo en las esc alas pequeñas. En una v ista
ge neral de l un iver so ob ser vabl e, vemo s en primer lugar
qu e la materia se dis tri buye a escala có smi ca a lo lar go
• Se conoce a la energ ía oscura por acelerar la
expansión cósmica. Esta "sustancia" sin identificar
ejerce una fuerza antigravitatoria sobre el universo
cons ide rado en su conjunto.
• Es menos sabido que ejerce efectos secundarios
sob re la materia del universo. Intervino en la creación de la estructura filamentosa característica de
la materia a gran escala. A menor escala, parece
haber frenado el crec imiento de los cúmulos de
gala xias, hace unos seis mil millones de años.
• A escalas aún menores, ha reducido el ritmo con
el que las gala xias se aproximan entre sí , colisionan y se fusionan . Estas interacciones dan su forma a las galaxias. De haber sido más débil o más
intensa, la Vía Láctea quizás habría experimentado
un menor ritmo de formación estelar. Los elementos pesados de que está hecho nuestro planeta
podrían no haberse sintetizado nunca.
B
de una estructura de tel araña , una filigrana de filamentos de decenas de millo ne s de añ os-luz de largo separados po r vacíos de tamaño similar. Las simulaciones
demuestran que par a exp licar dicha co nfig uració n se
requi eren tant o la mater ia co mo la energía oscura.
El hall azgo no res ulta sorprendente , a la postre. Los
filamentos y los vacíos no son cuerpos con sistentes,
como los planetas. No se han apartado de la ex pa nsió n
cós mica globa l; no han establec ido su equilibrio interno
de fuerzas. Co nstituye n el res ultado de la com pe tenc ia
entre la ex pa nsión cósmica (y cua lquier otr o fenó meno con el mismo efecto) y su prop ia gravedad. En el
universo act ua l, en la puj a de ambas fuerzas ninguna
se impo ne ab ruma dora me nte a la otra. Si la e nergía
osc ura hu biese sido más poderosa, la expa nsión ha bría
vencido; la materia se habr ía esp arcido antes de qu e se
concentrara en filamentos. Si hubi ese sido má s débil, la
materia es taría má s co ncentrada qu e aho ra .
La situación se co mplica si red ucim os la escala de la
vista hasta la co rres po ndien te a las galaxias y cúm ulos
de galaxias . Las gala xias, entre ell as la Vía Láctea, no se
expanden. Su tamaño viene fijado por e l equilibrio entre
la gravedad y el momento angular de las es tre llas, e l gas
y e l resto del mater ial de que se co mpo nen; crecen só lo
medi ant e la agregació n de mat eri a del espac io interga lác tico o po r la fus ión con otras ga laxias. La expansió n
cósmica tie ne un efe ct o insignificante sobre ellas. Por
tan to, no res ulta evid en te que la energía oscura pued a
haber int erven ido en la formació n de las ga laxias. Lo
mism o vale para los cúmulos de galaxias, los cuerpos
cohesionados de mayor tamaño del universo, que en samblan miles de gal axias, sumergidas en una inmensa
nube de gas ca liente y ligada s por la graveda d.
Empieza a intuirse , sin embargo, que la ene rgía os cura represen ta el nexo clave entre varios aspectos de
la form ación de las ga laxias y de los cúmulos de galaxias qu e hasta hace poco parecían desvinculado s. La
for mació n y la evolución de estos sis tem as se hall an
parcialme nte supedi tadas a las interacciones y fusiones
entre ga laxias, que a su vez podr ían ha ber es tado bajo
el contro l estricto de la energía oscur a .
Para establ ecer la int ervención de la energía osc ura
e n la for mación de ga laxias, empecem os por abordar el
es tado ac tua l de la cuestión so bre génesis ga lác tica . Las
teorías e n boga se basan en la exis tenci a de dos for mas
básicas de ma teria: mate ria barión ica y materia osc ur a.
La barióni ca es la mat eri a común, cuyas partículas inte raccionan fácilmente unas co n otr as, y, si es tán cargadas
eléc tricame nte, co n la radiac ión e lec tro mag nética . De be
el apel ativo de " bari ónica" a su co nstituy ente pri nci pal,
los bari one s (protón y neutrón).
La materia oscura, disti nta de la energía oscura, rep re senta hast a el 85 por cien to de tod a mate ria. Su propiedad
más dest acable es que las partícul as qu e la co mpo nen
no interactúan con la ra diación. Desde el punto de vis ta
gra vitatorio, la materia osc ura se comporta igu al que la
materia co mún .
INVESTIGACiÓ N y CIENCIA,
abril.
2007
De ac uerdo co n los mode los , la mat eri a oscura empezó a agru pa rse inmed ia tame nte des pués de la g ran
explosión. Se crearon así bur buja s esféricas , o " halos" .
Los barion es, por el contr ari o, no se aglomeraron en un
inicio; lo im pedían sus interac cio nes co n la radiació n.
Perm anecieron en una fase caliente y ga se osa. A medida
q ue e l universo se expa ndía, e l gas fue enfrián dose . Los
bariones pu dieron agruparse. La s primer as es trellas y
galaxias surgieron de ese gas enfriado un os cie ntos de
millones de años tras la gran explosión. No se mate rializa ron en c ualquier lugar, s ino en los centros de los halos
de materia oscura que ya hab ían adquiri do forma .
Desde los años oche nta de l pasado siglo, un número de teóricos ha realizado sim ulaci one s det all ada s por
orde nado r de este pro ceso ; entre ellos se cu entan los
grupo s diri gidos por Simon D. M . White, del Inst ituto
Max Pl anc k de Astrofísica en Garching , y por Carlos S.
Frenk , de la Un iversidad de Durham . Seg ún sus cálc ulos,
la mayoría de las primeras estructur as fueron halo s de
materia oscura pequeñ os y co n poca masa. Co nside rada
la alt a densidad del univ ers o pri mitivo, los halos (y las
ga laxias qu e co ntenía n) se fusion aron par a crear sistemas
de mayor masa. La con stru cción de una gal axia, pues,
procederí a de abajo arri ba , co mo en las construcc iones
po r piezas Lego. (En un proce so de arr iba abajo se
edificaría la casa y se la destruiría para hacer ladrill os.)
Mi s colega s y yo hemos co ntrasta do es tos res ultados
con nue stras observacio ne s de gal axias lejanas y de sus
fusiones a lo largo del tiem po cós mico.
PRUEBAS DE LA EXISTENCIA
DE LA ENERGIA OSCURA
EXPLOSION ES DE SUPERNOVA
En un universo en expansión, las galaxias se alejan unas
de otras a una velocidad que depende de la distancia
mutua. Las supernovas ofrecen otro parámetro para medir
el mismo efecto: su corrimiento espectroscópico al rojo
revela la velocidad de las galaxias a las que pertenecen;
su brillo, la distancia. Resulta que las galaxias de hace
miles de millones de años se movían más despacio de
lo que predice una simple extrapolación lineal del ritmo
actual de expansión. El ritmo de expansión ha tenido que
aumentar desde entonces. Esa es la señal distintiva de la
energía oscura.
RADIACION DEL FONDO COSMICO DE MICROONDAS
La formación de galaxias se debilita
De acuerdo con el de sarrollo de la investigación astro nómi ca, un a ga laxia pierde su form a cua ndo se fusiona
co n otra . Las gal axias más pri mitivas qu e alcanzam os a
ver exis tían cuando el uni verso ten ía un os mil mill on es
de años. Mu cha s de ell as, sin dud a, par ecen estar en un
pr oceso de fusión. Con el paso del tiempo , la fusión
de galaxia s de masa importante parec e men os frecuente. Ent re los do s mil y los seis mil millones de años
despu és de la gran explosión - esto es , a lo largo de
la primera mit ad de la historia cós mic a- , la fra cción
de galax ias gra nde s en proceso de fusió n cayó desde la
mitad a ca si cero. Desd e entonces , la distribu ción de las
siluetas ga lác ticas se ha conge lado ; choq ues y fusiones
son poco frec uentes .
El 98 por ciento de las ac tuales galax ias dotadas de
masa notable son elíp ticas o espirale s, con es truc turas
que habrían de saparecido en un a coli sión . Est as galax ias,
q ue pres e ntan una alta es tabilidad, se co mponen, sobre
todo, de estrella s viej as , pru eb a de que se generar on muy
pron to y han man ten ido una morfología reg ular durante
largo tiempo . En el presente, sól o una s poc as gal axias
están en co lis ión, aunque de mas a irrel evan te.
El ces e virt ual de las fusione s galácti cas no es la única
manifestación del descens o de activ ida d del uni verso
de sde que tenía la mitad de la ed ad actual. Ha mer mado
la fo rm aci ón estel ar. La mayoría de las estrella s que
hoy ve mos nacieron en la primer a mit ad de la hi stori a
cós mica, segú n demo straron varios equ ipos en los años
noventa; en tre ellos , los di rigid os por Si mo n J. Lill y,
entonces en la Un iver sidad de Tar anta, Piero Mad au , a
la sazó n en el In stituto de Ciencias del Tel escopi o Es -
INVESTIGACiÓN y CIENCI A, abril, 2007
Las imágenes de la radiación de fondo presentan
irregularidades cuyos tamaños reflejan la geometría global
del espacio y, por tanto, la densidad del universo, que
excede del monto de materia (tanto de la común como
de la exótica): una componente desconocida -la energía
oscura- debe poner la diferencia. Es más, la radiación de
fondo ha sido modificada por los campos gravitatorios de
las estructuras cósmicas. La magnitud de la modificación
depende de cómo haya cambiado el ritmo de expansión
con el tiempo. Concuerda con el efecto de la energía
oscura.
CONFIGURACION GALACTICA
Las galaxias no se distribuyen aleatoriamente por los
cielos. Se disponen según ciertos patrones, y uno de
ellos se parece a las manchas del fondo de microondas.
Sirve para medir la masa total del universo y confirma la
necesidad de la energía oscura.
LENTES GRAVITATORIAS
Un objeto de mucha masa puede actuar como una
lente porque su gravedad dobla la luz. La lente produce
imágenes múltiples, como en una casa de espejos, si
la fuente de luz se encuentra directamente detrás; un
alineamiento tal es más probable cuanto mayor sea el
universo, lo que a su vez depende de la cantidad de
energía oscura. Una lente débil doblará la luz con un
ángulo pequeño, que dependerá de la masa de la lente.
El estudio de este proceso ha determinado la manera en
que las aglomeraciones de materia han crecido con el
tiempo. En el resultado se percibe la huella de la energía
oscura.
CUMULOS DE GALAXIAS
Las observaciones en rayos X trazan la evolución de la
masa de los cúmulos galácticos. Se necesita a la energía
oscura para explicar cuándo y cómo se formaron.
Laenergía oscura toma las riendas
A pesar de su rápido comienzo tras la gran explosión , la
construcción del universo se frenó pronto. Al principio, las galaxias
se fusionaban unas con otras, cambiaban de forma y creaban
estrellas a un ritmo vivaz, pero esta actividad ha declinado desde
que la fuerza de la energía oscura vino a ser equipa rable a la
fuerza de la materia (área marrón en las gráficas). ¿Coincidencia?
Tiempo desde la gran explosión
(miles de millones de años)
LAS GALAXIAS DEJARON
DE FUSIONARSE
Las galaxias más brillantes dejaron
de colisionar y fusionarse a la edad
cósmica de seis mil millones de años.
Las galaxias menos luminosas pueden
todavía converger, pero ahora es
mucho menos probable que lo hagan.
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Galaxias NGC 4676, que se están
fusionando
LAS GALAXIAS ADOPTARON
FORMAS REGULARES
En un principio, la mayoría de las
galaxias tenían conformaciones
peculiares, signo de que estaban
colisionando entre ellas. Cuando
las fusiones se hicieron menos
frecuentes, pasaron a prevalecer las
configuraciones espirales y elípticas.
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Grupo compacto de galaxias Hickson87
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DISMINUYO LA FORMACION
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El universo primitivo era una caldera de
formación de estrellas, pero el ritmo de
formación estelar tuvo su máximo muy
pronto y comenzó a decaer. Nunca ha
sido menor que hoy.
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LA ENERGIA OSCURA
ADQUIRIO PREEMINENCIA
Todas estas tendencias observadas
pueden guardar relación con un mismo
hecho: la expansión del universo
enrarece la materia; a medida que
su densidad se aproxima a la de la
energía oscura (que se presupone
constante en los modelos más
sencillos), el ritmo de expansión
pasa de decelerado a acelerado. Las
galaxias se separaron desde entonces
cada vez más deprisa, por lo que es
menos probable que choquen unas con
otras o barran gas con el que puedan
iniciar la formación estelar.
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Nuevas estrellas en el cúmulo delTrapecio
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Energía oscura
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Simulación de la distribución de materia
pacial , y Charles C. Ste idel , del Instituto Tecnol ógico
de Ca lifo rnia.
En fecha más reci ente se ha dad o co n la razón de
dicha tend encia. La form ación de estrell as acab ó muy
pronto en las galaxias gra ndes. Desde que el universo
tenía la mitad de la edad ac tual, sólo los sis temas ligeros
han continuado creando es trellas a un ritm o apre ciable.
A semejante despl azam ient o en la locali zación de la
produc ción de estrellas se le den omina "reducció n galáctica" [véase "El universo maduro" , por A my J. Barger;
INVESTIGACI ÓN y CIENCIA, marzo 2005]. Co n ella nos
enfrentamos a una paradoja. La teoría de la formación
de galaxias predi ce que las más pequeñas se con forman
antes y que, a medid a que se fusion an, surgen las galaxias
grandes. La historia de la for mació n estela r muestra lo
con trario: en un comienzo , los principale s viveros de
estrellas so n las galaxias mayores; las pequeñas toman
más tarde el relevo.
Llama asimismo la aten ción que el crecimiento de los
agujeros negros supermasivos, situ ados en los centros de
las galaxias, se haya fren ado de manera notable. Estos
agujeros abastece n a los cuásares y demás tipo s de galaxias activ as, ba stante rar as en el universo moderno; los
aguj eros negro s de nue stra galaxia y de otras galax ias
se hallan quiesce ntes. ¿Gu ardan relación entre sí esta s
tendencias de la evolución galáctica ? ¿No será la energía
osc ura la razón de fondo de ambas ?
El constante influjo de la energía oscura
Algunos astrónomos han propues to que los procesos
interno s de las galaxias, co mo la liber ación de energía
por los agujeros negros y las supernovas, acabaro n con
la actividad galác tica y la formación estel ar. Pero ahora
parece que la energía osc ura podrí a ser una causa más
profunda, la que lo lig aría tod o. La pru eba principal
estriba en la coin cidenci a aproxima da en el tiemp o entre el final de la formac ión de galaxias y cúmulos de
gala xias y el prin cipio del domino de la energía osc ura.
Final y co mienzo que oc urriero n cuando el uni verso
apenas co ntaba co n la mitad más o menos de su edad
presente.
Hasta ese mom ento de la historia cósmica, la densidad
de materia era tan alta, qu e las fuerz as gravitatorias entre las galaxias se imponían a los efectos de la energía
oscura. Las gala xias se roz aban, interaccionab an unas
co n otras y, a menud o, se fusio naban. Las co lisiones de
nubes de gas galácticas que así se producían engendraban
estrellas y los agujeros negros cre cían a medida que se
conducía gas hacia el ce ntro de los sistemas.
Con el transcu rso del tiempo y la exp ansión del espacio, la materia se enrareció, lo que debilitó su gravedad;
en cambio , la fuerza de la energía oscura perm aneció
co nstante (o casi co nstan te) . El consigu iente desplaza miento del punto de equ ilibrio entre esas dos fuerzas
prov ocó qu e el ritmo de la expa nsión pasara de una
dece leración a una aceleración. Las ga laxias se separa ron; disminuy ó el rit mo de las fusi ones gal ácticas.
INVESTIGACiÓN y CIENCIA, abril, 2007
Desprovi stos de combustible, los ag ujeros negros se
torna ron quiescentes .
Esta secuencia expli caría tambi én la "reducción galáctica". Las agrupacion es más intensas corr esponden a los
halos de materia oscura de masa mayor y a las galaxias
que co ntienen. Halos que residen en estrec ha veci ndad
de otros halo s masivo s. Los primero s tropezarán, pues,
con los vecinos antes que con sistema s de menor ma sa.
Cuando sufren una de esas colisi ones, expe rimentan un
brote de formación estelar. Las estrellas recién for madas
brillan intensa mente y estallan; calientan entonces el gas
e impiden su colapso gravitatorio, que engendraría nuevas
estrellas . De esta man era, la for mación estelar se ahoga
a sí misma: cuando las estrellas calientan el gas del que
emergen evitan el nacimiento de más estrell as.
El ag ujero negro del centro de tal galax ia actúa com o
otro inhibidor de la for mación estel ar. Una fusión de
galax ias proporciona gas al agujero negr o, que expulsa
enton ces uno s chorros que cali ent an el gas del sistema y
no deja n que se enfríe para constituir nueva s estrellas.
A tenor de los ind icios, una vez que la formación
estelar ha cesado no vuelve a comenzar ; es probable que
el gas de esto s sistemas se haya agot ado o que se hay a
calentado dem asiad o y no pueda enfri arse rápid amente.
Aun así , esta s galaxias gra ndes re tienen la capaci dad de
fusionarse con otras, pero surgi rán poc as estrellas nuevas,
un proceso que nece sita gas frío . Mientras las galaxias
masivas se estancan, las pequeñas siguen int eractuando
y creando estrellas. El resultado final es que las galaxias
mayores adoptan su conform ación antes que las galaxias
men ores, tal y como se observa. Entra dent ro de lo
veros ímil que la ener gía oscura modul ara el proceso al
determinar el grado de rea grupamiento galáctico y la
cadencia de las fusiones ga lác ticas.
La energía oscura pod ría explicar la evolu ción de los
cúmulos de galax ias. Los cúmulos antiguos, establecidos cuando el universo tenía menos de la mitad de su
edad actual, comprendían tant a masa como los actuales.
Es decir, los cúmulos de galaxias apenas han crecid o
durant e los últ imo s seis mil u ocho mil millone s de
años. Estan camiento en su tamaño que refleja que la
entrada de gal axias en los cúm ulos se reduj o desde que
el un iverso alcanzó la mitad de su edad presente, pru eba
dire cta de qu e la energía oscur a afect a a la intera cció n
de las galaxias a grand es escalas. Desde mediados de
los años noventa se sabía que los cúmulos de galaxias
apenas habían aumentado durante los últimos ocho mil
millones de años . Se atribuyó a den sidades de mat eria
mucho menores de lo que predicen los argumentos teóricos. El descub rimi ent o de la energía oscura po ne fin a
esta tensión entre las observacio nes y la teoría.
Una muestra de que la energía oscura cambia la histori a
de los cúmulos galác ticos la enco ntramos en el destin o
del Grupo Local, las galaxias de nuestro entorno más
inmed iato. Hasta hac e unos pocos años, se admitía que
la Vía Láctea y And rómed a, su veci na más próxima,
así como sus séquitos de galaxias satélites , caerían en
11
Situaciones hipotéticas
Si el
universo dispusiera de más energía oscura ofrecería otro
aspecto radicalmente diferente. La aceleración cósmica habría
empezado antes, habría separado la materia más deprisa y
habría abortado la generación de macroestructuras. Ocurriría
justo lo contrario si el universo tuviera menos energía oscura.
Cada recuadro inferior muestra una región con un diámetro
MAS ENERGIA OSCURA
ºA= 0,99
CANTIDAD OBSERVADA DE ENERGIA OSCURA
MAS ENERGIA OSCURA
ºA= 0,75
ºA=°
EL UNIVERSO PRIMITIVO: Cuando el
tamaño del universo era un sexto del actual,
la materia se distribuía por igual en las
tres hipótesis. La energía oscura no había
ejercido aún su influencia.
12
actual de mil millones de años-luz y 27 millones de partículas,
cada una de ellas correspond iente a una galaxia. Estas
simulaciones presuponen que la densidad de energía oscura es
constante en el espacio y en el tiempo. La cantidad nA es el
parámetro cosmológico dominante; representa la densidad de
energía oscura hoy día.
PERIODO DE TRANSICION: cuando el
universo alcanzó el 75 por ciento de su
tamaño actual, los efectos de la energía
oscura eran ya patentes. En la hipótesis de
una de mayor cantidad de energía oscura
(arriba), el universo se presenta amorfo. En
las otras dos, la formación de estructuras
continúa y genera una telaraña cósmica.
HOY: en un universo con la densidad
observada de energía oscura (centro), la
formación de estructuras de gran escala ha
terminado; la telaraña se ha congelado. Sin
energía oscura (abajo), la telaraña sigue
evolucionando.
INVESTIGACiÓN y CIENCIA, abril, 2007
el cercan o cúmulo de Virgo . Ahor a todo indica que escaparemos a ese sino y nunca formaremos parte de un
cúmulo ma yor de gal axias. La energía oscura hará que
la distancia entre Virgo y nosotros aumente más deprisa
de lo que el Grupo Loc al puede avanzar.
Al controlar el desarrollo de los cúmulos, la energía
oscura regul a la construcción de galaxias de su interior,
El entorno del cúmulo faci lita la formación de una ampli a
diversidad de galaxias: lenticulares, gigantes elípticas,
enanas elípticas. Pue sto que la energía oscura regul a la
incorporación de galaxias a los cúmulos, dicta de paso
la abundancia relativa de esos tipos galácticos.
Parece ver osímil , pero ¿es cierto? La fusión de galaxias, la act ividad de los agujeros negros y la form ación
estelar han decaíd o co n el tiempo; es muy probabl e
que los tre s hech os gua rden relaci ón . No se conoce
toda vía la sec ue ncia co rrec ta de los aconteci mientos.
Gra cia s a los rastreos en marcha del Tele scopi o Espacial Hubble y del Observatorio Chandra de rayos X, y
los efe ctu ados con técnica s de imagen y espectroscopía
terrestres muy sensibles , se profundizará en la posibl e
conexión dur ant e los próximos años. Una man era de
realizar este estud io co nsiste en obtener un buen ce nso
de galaxi as activas lejanas y determinar el momento en
que experimentaron la última fusión. Para el análisis
habrá que desarroll ar herramientas teóricas noved osas
en los próximos años .
Un nuevo equilibrio
Un universo en acelerac ión dominado por la energía
oscura expli ca de un mod o coherente los cambi os observados en la pobl ación de galaxias; es decir, el cese
de las fusion es y sus muchos corolarios, como la pérdida de una formación estela r vigo rosa y el final de las
metamorfosis galácticas . Si la energía oscura no hubiera
existido , las colisiones de gala xias habr ían co ntinuado
durante más tiemp o y el univer so contendría hoy día
muchas más ga lax ias de gran masa con poblaci ones
estelares viej as. Contend ría, por ello mismo, menos sistemas de masa irrelevante; las galaxias espirales como
la Vía Láctea sería n escasas (ya que las espirales no
pueden sobrevivir a las fusiones). Las macroestructuras
galácticas manten drían una cohesión más firme. Cabría,
pues, esperar un núme ro mayor de fusiones y crecimiento
de estructuras.
Por el contrari o, si la energía oscura hubiera sido
más intensa de lo que es, el universo habría experim entado menos fusiones ; habr ía meno s galaxias grandes y
cúmulos ga lácticos . Las galaxias espirales y las enanas
de masa esca sa menud ear ían, porque no habr ía habido
en el tiemp o tant as co lisio nes entre galaxias, al encerrar
los cúmul os galácticos mucha meno s masa . Hast a podría
no haber cúmulos . También habría sido posibl e que se
formaran menos estrellas y que una fracción mayor de
la materia bariónica del universo permaneciera en estado
gaseoso.
INVESTIGACiÓN y CIENC IA, abril, 2007
Aunqu e dé la impresión de que estos proces os nos
caen muy lejos, la manera en que se form an las gala xias
influye en nue stra existencia. Se necesitan estrellas donde
se generen elementos más pesados que el litio , de los
que están hechos los planetas terre stres y la vida. Con
ritm os de formación estelar menores, el universo contendría menos planetas; la vida quizá no hub iese aparecido
nunca . La energía oscura pudo haber ejerc ido un efecto
determinante en numerosos aspectos del universo, en la
epidermis sin relación entre sí; pud o incluso haber dejado
su sello en la historia de nuestro planet a.
La energía oscura no ha concluido su trabajo. Quizá
beneficie a la vida: la aceleración imp ide el colapso tan
temid o hasta ayer por los astrónom os. Pero la energía
osc ura comporta otros riesgos. Hace que las galaxias más
distante s retrocedan tan deprisa, que las perdemos de
vista para siempre. El espacio se está vaciando. Nuestra
galaxia y sus vecinas más cercanas serán una isla cada
vez más solitaria. Los cúmulos galácticos, las galaxias
e inclu so las estrellas que vagan por el es pac io intergaláctico contarán con esferas de influencia gravitatoria
no mucho mayore s que sus propios tamaños.
Aún peor, la energía oscur a podría estar evolucionando.
Algunos modelos predicen que, si la ener gía oscura se
vuelve predominante con el tiemp o, romp erá los objetos
ligados por gravedad. Disgregará cúmulos galácticos y
galaxias. Más tarde, la Tierra será arrancada del Sol
y se disgregará también, al igu al que los demás planetas. Incluso los átomos serán dest ruidos. La energía
osc ura, una vez ensombrecida por la materia, tendrá su
venganza final.
El autor
Christopher J. Conselice enseña en la Un iversidad de
Nottingham, adonde se ha trasladado rec ientemente desde
el Instituto de Tecnologia de California. Se ha especializado
en la formación de galaxias y dirige varios programas de
observación en luz infrarroja y visible con telescopios tanto
de superficie como espaciales.
Bibliografía complementaria
A OIRECT MEASUREMENT OF MAJOR GALA XY MERGERS AT z:::; 3.
Christopher J. Conselice, Matthew A. Bershady, Mark Oickinson
y Casey Papovich en Astronomical Joumsl, vol. 126, n." 3,
págs. 1183-1207; septiembre 2003.
DARK ENERGY. Robert R. Caldwell en Physics Wor/d, vol. 17,
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THE EXTRAVAGANT UNIVERSE: EXPlOOlNG STARS, DARK ENERGY,
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University Press, 2004.
THE INFINITE COSMOS: QUESTIONS FROM THE fRO NTIERS OF COSMOlOGY.
Joseph Silk. Oxford University Press, 2006.
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