Los astrónomos de todo el mundo están un poco mareados porque parece que no pueden estar de acuerdo sobre la velocidad con la que el universo se está expandiendo.
Desde que nuestro universo emergió de una explosión de una pequeña mota de densidad infinita y gravedad, se ha disparado, y no a un ritmo constante, la expansión del universo se hace cada vez más rápida.
Pero qué tan rápido se está expandiendo ha sido un debate vertiginoso. Las mediciones de esta tasa de expansión de fuentes cercanas parecen estar en conflicto con la misma medición tomada de fuentes distantes. Una posible explicación es que, básicamente, algo funky está sucediendo en el universo, cambiando la tasa de expansión.
Y un teórico ha propuesto que ha surgido una partícula completamente nueva y está alterando el destino futuro de todo nuestro cosmos.
Hubble, Hubble, trabajo duro y problemas
Los astrónomos han ideado múltiples formas inteligentes de medir lo que llaman el parámetro Hubble, o constante de Hubble (denotado para las personas con vidas ocupadas como H0). Este número representa la tasa de expansión del universo hoy.
Una forma de medir la tasa de expansión hoy es observar las supernovas cercanas, la explosión de gas y polvo lanzada desde las estrellas más grandes del universo tras su muerte. Hay un tipo particular de supernova que tiene un brillo muy específico, por lo que podemos comparar qué tan brillantes se ven con qué tan brillantes sabemos que se supone que son y calcular la distancia. Luego, al observar la luz de la galaxia anfitriona de la supernova, los astrofísicos también pueden calcular qué tan rápido se alejan de nosotros. Al juntar todas las piezas, podemos calcular la tasa de expansión del universo.
Pero hay más en el universo que las estrellas en explosión. También hay algo llamado el fondo cósmico de microondas, que es la luz sobrante de justo después del Big Bang, cuando nuestro universo era un simple bebé, solo 380,000 años. Con misiones como el satélite Planck encargado de mapear esta radiación remanente, los científicos tienen mapas increíblemente precisos de este fondo, que se pueden usar para obtener una imagen muy precisa de los contenidos del universo. Y a partir de ahí, podemos tomar esos ingredientes y adelantar el reloj con modelos de computadora y poder decir cuál debería ser la tasa de expansión hoy en día, suponiendo que los ingredientes fundamentales del universo no hayan cambiado desde entonces.
Estas dos estimaciones no concuerdan lo suficiente como para preocupar un poco a la gente de que nos falta algo.
Mira hacia el lado oscuro
Quizás, una o ambas medidas son incorrectas o incompletas; Muchos científicos a ambos lados del debate están arrojando la cantidad adecuada de lodo a sus oponentes. Pero si suponemos que ambas mediciones son precisas, entonces necesitamos algo más para explicar las diferentes mediciones. Dado que una medida proviene del universo muy temprano, y otra proviene de un tiempo relativamente reciente, el pensamiento es que tal vez algún ingrediente nuevo en el cosmos está alterando la tasa de expansión del universo de una manera que ya no capturamos en nuestro modelos.
Y lo que domina la expansión del universo hoy es un fenómeno misterioso que llamamos energía oscura. Es un nombre increíble para algo que básicamente no entendemos. Todo lo que sabemos es que la tasa de expansión del universo actual se está acelerando, y llamamos a la fuerza que impulsa esta aceleración "energía oscura".
En nuestras comparaciones entre el universo joven y el universo actual, los físicos suponen que la energía oscura (sea lo que sea) es constante. Pero con esta suposición, tenemos el desacuerdo actual, por lo que tal vez la energía oscura está cambiando.
Supongo que vale la pena intentarlo. Asumamos que la energía oscura está cambiando.
Los científicos sospechan a escondidas que la energía oscura tiene algo que ver con la energía que está encerrada en el vacío del espacio-tiempo. Esta energía proviene de todos los "campos cuánticos" que impregnan el universo.
En la física cuántica moderna, cada tipo de partícula está vinculada a su propio campo particular. Estos campos recorren todo el espacio-tiempo y, a veces, partes de los campos se excitan realmente en algunos lugares, convirtiéndose en las partículas que conocemos y amamos, como los electrones, los quarks y los neutrinos. Entonces todos los electrones pertenecen al campo de electrones, todos los neutrinos pertenecen al campo de neutrinos, y así sucesivamente. La interacción de estos campos forma la base fundamental para nuestra comprensión del mundo cuántico.
Y no importa a dónde vayas en el universo, no puedes escapar de los campos cuánticos. Incluso cuando no están vibrando lo suficiente en un lugar particular para hacer una partícula, todavía están allí, moviéndose y vibrando y haciendo su cosa cuántica normal. Entonces, estos campos cuánticos tienen una cantidad fundamental de energía asociada con ellos, incluso en el vacío vacío.
Si queremos usar la exótica energía cuántica del vacío del espacio-tiempo para explicar la energía oscura, inmediatamente nos encontramos con problemas. Cuando realizamos algunos cálculos muy simples e ingenuos de cuánta energía hay en el vacío debido a todos los campos cuánticos, terminamos con un número que es aproximadamente 120 órdenes de magnitud más fuerte de lo que observamos que es la energía oscura. Whoops
Por otro lado, cuando intentamos algunos cálculos más sofisticados, terminamos con un número que es cero. Lo que también no está de acuerdo con la cantidad medida de energía oscura. Vaya de nuevo.
Entonces, pase lo que pase, nos cuesta mucho tratar de comprender la energía oscura a través del lenguaje de la energía del vacío del espacio-tiempo (la energía creada por esos campos cuánticos). Pero si estas mediciones de la tasa de expansión son precisas y la energía oscura realmente está cambiando, entonces esto podría darnos una pista sobre la naturaleza de esos campos cuánticos. Específicamente, si la energía oscura está cambiando, eso significa que los campos cuánticos han cambiado.
Aparece un nuevo enemigo
En un artículo reciente publicado en línea en la revista de preimpresión arXiv, el físico teórico Massimo Cerdonio de la Universidad de Padua ha calculado la cantidad de cambio en los campos cuánticos necesarios para dar cuenta del cambio en la energía oscura.
Si hay un nuevo campo cuántico que es responsable del cambio en la energía oscura, eso significa que hay una nueva partícula en el universo.
Y la cantidad de cambio en la energía oscura que Cerdonio calculó requiere un cierto tipo de masa de partículas, que resulta ser aproximadamente la misma masa de un nuevo tipo de partícula que ya se ha predicho: el llamado axión. Los físicos inventaron esta partícula teórica para resolver algunos problemas con nuestra comprensión cuántica de la fuerza nuclear fuerte.
Esta partícula probablemente apareció en el universo primitivo, pero ha estado "al acecho" en el fondo mientras otras fuerzas y partículas controlaban la dirección del universo. Y ahora es el turno del axión ...
Aun así, nunca hemos detectado un axión, pero si estos cálculos son correctos, eso significa que el axión está ahí afuera, llenando el universo y su campo cuántico. Además, este axión hipotético ya se está haciendo notar al cambiar la cantidad de energía oscura en el cosmos. Entonces podría ser que, aunque nunca hemos visto esta partícula en el laboratorio, ya está alterando nuestro universo en la escala más grande.
