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Materia y energía oscuras

Materia y energía oscuras

LA MATERIA OSCURA

El descubrimiento de la materia y la energía oscuras supone uno de los acontecimientos astronómicos más importantes de los últimos tiempos. Para hacernos una idea hay que tener en cuenta que estas dos misteriosas substancias constituyen el 95% del contenido del universo. El 5% restante es la materia ordinaria.

Sabemos que la materia y la energía oscuras están ahí, que comparten algunas características: son invisibles, muy abundantes y están por todas partes; pero en realidad son radicalmente diferentes entre sí. La materia oscura está distribuida de manera desigual formando nubes gigantescas dentro y alrededor de las galaxias. Se calcula que representa un 27% del contenido total del universo y posiblemente esté constituida por algún tipo de partícula elemental aún desconocida, descartándose que sea materia ordinaria difícil de detectar, como planetas o asteroides errantes o polvo intergaláctico.

La energía oscura es aún más extraña. Consiste en una especie de energía asociada al propio espacio, que llena de manera uniforme todo el universo, incluso los espacios aparentemente vacíos. Aunque su densidad es minúscula (en el volumen de la Tierra sólo hay unos 7 mg. de energía oscura), el hecho de que se extienda por el universo todo hace que signifique el 68% de su contenido. La energía oscura es el ingrediente más abundante del universo, y el que marcará su destino.

 

EL DESCUBRIMIENTO DE MATERIA OSCURA

Podemos determinar la masa de los objetos celestes simplemente midiendo la velocidad de los cuerpos que orbitan en torno a ellos. Así ¿es posible determinar la masa de la Vía Láctea o cualquier otra galaxia? Sí, usando el método descrito anteriormente: estudiando las velocidades de objetos (típicamente estrellas) que orbitan alrededor de la galaxia en cuestión. Pero es más complicado medir el movimiento de estrellas en galaxias lejanas que el de la Luna o los planetas. En primer lugar es difícil seguir estrellas individuales en galaxias distantes, aunque se mueven a gran velocidad, la dimensión de sus órbitas es tan gigantesca que aparentan estar inmóviles. Para superar estas dificultades se usa una técnica basada en el efecto Doppler comparando el desplazamiento al azul o al rojo de la luz de las estrellas a estudiar con las líneas de emisión y absorción establecidas en laboratorio, básicamente del hidrógeno.

Al estudiar las estrellas de otras galaxias, se esperaba comprobar que cuanto más lejanas estuviesen del centro de su galaxia, más despacio deberían orbitar. Lo que se encontró fue que la velocidad de las estrellas parecía ser aproximadamente siempre la misma, aunque la distancia al centro fuera muy grande. La explicación más sencilla, aunque revolucionaria, es que además de la materia visible, existe otra invisible que se extiende mucho más allá de los límites visibles de la galaxia, de manera que la velocidad de la estrella no disminuye con la distancia.

Estas observaciones están confirmadas en múltiples galaxias estudiadas, incluida la nuestra, la Vía Láctea. En general se puede afirmar que la masa visible de una galaxia constituye el 10% de la misma, siendo el 90% restante materia oscura. Una posible explicación, que no implicaría la existencia de ninguna materia invisible, sería que la ley de gravitación universal de Newton, que funciona estupendamente en el Sistema Solar, quizá dejase de ser válida cuando están implicadas masas y distancias mucho más mayores, como es el caso de las galaxias. ¿Podría ser que la constante de gravitación universal G, después de todo no fuese tan “universal”? Se ha comprobado que esto no es así, pero para entenderlo primero hay que explicar el fenómeno astronómico de las “Lentes Gravitacionales”. Esta predicción extraordinaria de la relatividad general de Einstein pudo ser confirmada experimentalmente durante un eclipse total de Sol en 1919, lo que supuso un respaldo decisivo para la teoría y que Einstein se convirtiera en una celebridad mundial.

Esto puede usarse como procedimiento alternativo para determinar la masa de un objeto celeste al ya explicado de medir velocidades y distancias de cuerpos orbitantes. Midiendo cuanto curva los rayos de luz dicho objeto, se puede calcular cuál es su masa total. Comparando este total con la cantidad de materia ordinaria visible presente, podemos deducir la materia “que falta” para completar el total que será por tanto materia oscura, invisible. Hay que resaltar que las galaxias de los cúmulos, solo constituyen una pequeña parte de la materia ordinaria. La mayor parte –como 15 veces más que las galaxias en sí- se encuentra en forma de gas (principalmente hidrógeno y helio) que se extiende por los espacios intergalácticos. Este gas está muy caliente, con temperaturas del orden de 100 millones de grados, y puede ser observado gracias a la emisión de rayos X que produce. Esta emisión permite determinar tanto su temperatura como su masa. De todo esto se dedujo que para justificar la intensidad del efecto “lente gravitacional” de los cúmulos de galaxias, faltaba una cantidad de materia oscura cinco o seis veces superior a la ordinaria.

Pero como podemos estar seguros de que la ley de la gravitación de Newton es realmente UNIVERSAL y que todo esto no se debe a un efecto óptico debido a que la fuerza de la gravedad se comporta en forma extraña a grandes distancias. Si fuera así, entonces no existiría ninguna materia oscura, y la mayor parte de la masa de un cúmulo correspondería al gas intergaláctico quien sería el máximo responsable del efecto de lente gravitacional.

Veamos la siguiente foto

-Cúmulo Bala-


El cúmulo Bala es llamado así por el aspecto que adopta una de las dos nubes de gas, pertenecientes en realidad a ambos cúmulos en colisión. Como se aprecia en la imagen, las nubes de gas (manchas centrales) se han separado de las galaxias individuales y la materia oscura (manchas laterales rodeadas con óvalos blancos). Pensemos que estos cúmulos llevan cientos de millones de años chocando, y sus centros ya se atravesaron hace unos 150 millones de años. Al entrecruzarse, los dos enjambres galácticos se atraviesan casi sin tocarse debido a las enormes distancias que separan sus estrellas individuales. Pero las nubes de gas intergaláctico si que friccionan entre sí, quedando rezagadas y calentándose en el proceso, como se puede comprobar midiendo las emisiones de rayos X, alcanzando temperaturas mucho mayores a las acostumbradas, ya de por sí altísimas.

Pudo comprobarse que las zonas donde el efecto gravitacional es mayor corresponden a las rodeadas por óvalos, y por tanto es donde debe encontrarse la mayor parte de la materia, pese a tratarse las galaxias despojadas de sus nubes de gas. Por tanto, la mayor parte de la materia de los cúmulos no está en las nubes de gas, por lo que la ley de Newton sigue operando a esas enormes distancias y debe existir alguna materia que no vemos. Se han analizado varios choques de cúmulos y todos exhiben una separación entre las nubes de gas y la materia oscura. Lo que nos da pistas adicionales sobre su naturaleza, concretamente que la materia oscura no solo interacciona muy poco con la materia ordinaria, sino muy poco con ella misma. De lo contrario, las nubes de materia oscura también habrían friccionado entre sí y quedado rezagadas.

Una evidencia de que la materia oscura no puede ser materia ordinaria que no podamos detectar como, por ejemplo, planetas o asteroides vagando por el espacio, la tenemos en lo siguiente:

Utilizando las ecuaciones de la relatividad y todo lo que se sabe acerca de los procesos nucleares, es posible calcular que porcentaje de hidrógeno, helio y otros elementos se formaron en los primeros minutos después del Big Bang. Pues bien, midiendo la abundancia en el universo de estos elementos, se encuentra que los porcentajes reales concuerdan con los predichos teóricamente. En estos cálculos interviene una magnitud importante, la densidad de materia ordinaria en el universo. Esto quiere decir que la materia oscura (seis veces más abundante que la ordinaria, recordémoslo) no puede ser materia ordinaria, ya que si lo fuese la densidad de materia del universo sería siete veces mayor, y en ese caso las predicciones de la abundancia de los diversos elementos no concordaría con las observaciones. Por tanto la materia oscura ha de ser “otra cosa”.


RETRATO ROBOT DE LA MATERIA OSCURA

Resumamos los que sabemos de momento y formémonos un “retrato robot” sobre la materia oscura:

• No puede estar hecha de materia ordinaria como protones, electrones, etc. De lo contrario los cálculos de la nucleosíntesis primitiva arrojaría datos contradictorios con los observados.
• Reacciona muy débilmente con la materia ordinaria, hasta ahora sólo se han constatado efectos gravitatorios.
• La materia oscura ha de ser muy estable, si se desintegra lo hace a un ritmo muy lento, pues en el universo primitivo el porcentaje de materia oscura era aproximadamente el mismo que ahora.
• La materia oscura tampoco parece interaccionar mucho consigo misma, como vimos en choque y entrecruzamiento de los cúmulos de galaxias.
• Su abundancia equivale al 27% del contenido total del universo.

También sabemos que ha de ser fría, entendiendo por esto que la velocidad de sus componentes no podía ser demasiado próxima a la velocidad de la luz en el momento del agrupamiento de la materia para formar las galaxias, ya que en caso contrario las partículas de materia oscura se hubiesen escapado con facilidad a los efectos gravitatorios y dicho agrupamiento no se hubiera producido en la forma observada.


CANDIDATOS A MATERIA OSCURA

¿Podrían ser los neutrinos? De las diversas partículas que componen la materia ordinaria, el único candidato a ser constituyente de la materia oscura es el neutrino. Efectivamente, el neutrino tiene una serie de características que encajan en el retrato robot de la materia oscura: son las partículas de materia más ligeras que se conocen (de hecho, no se sabe su masa, solo ciertos límites entre los que tiene que encontrarse), son también las partículas más difíciles de detectar ya que interaccionan muy poco con la materia. Los neutrinos son también las partículas de materia más abundantes del universo, solo superadas en número por los fotones y en su mayor parte provienen de los primeros instantes del Big Bang (otros se están formando continuamente en las estrellas), constituyendo un “fondo de neutrinos” semejante a la radiación de fondo.

Sin embargo los neutrinos no pueden ser la materia oscura por dos razones. La primera es, que pese a su abundancia, no son suficientes para constituir el 27% de materia oscura que se ha calculado existe en el universo. La segunda es que los neutrinos supondrían un tipo de materia oscura “caliente” puesto que se mueven a la velocidad de la luz. Así que, desgraciadamente, los neutrinos quedan descartados como materia oscura.

Postulemos la existencia de una hipotética partícula, a la que llamaremos X, que cumpla todos los requisitos de nuestro retrato robot. Aunque no sabemos la masa de X ni la intensidad ni el tipo de sus interacciones con la materia ordinaria, estas no pueden ser cualesquiera, sino que han de estar en un delicado equilibrio. En concreto, en el universo primitivo, las partículas X debieron aniquilarse con sus antipartículas en una proporción adecuada para que la cantidad de materia oscura coincida con la abundancia del 27% observado. Lamentablemente a pesar de los delicados equilibrios que se necesitan entre la masa de X y sus interacciones, los rangos para estas son inmensos, por lo que seguimos sin tener muchas pistas sobre qué tipo de partícula sea X.

Unos candidatos sugeridos son los denominados WIMPs, (acrónimo inglés de Weakly Interacting Massive Particle, o sea “partícula masiva con interacción débil”). Son hipotéticas partículas con una masa de entre 10 y 1.000 veces la de un protón y que presenta solo interacciones débiles (una de las cuatro interacciones fundamentales). No entraremos en detalles, pero los WIMPs surgen en estudios teóricos para resolver ciertos problemas del modelo estándar, como el de la supersimetría. Para que el modelo estándar sea supersimétrico hace falta modificarlo, incluyendo nuevas partículas. Concretamente, cada partícula de las ya conocidas debe tener asociada una compañera supersimétrica. Una de estas partículas supersimétricas es el llamado neutralino, el cual, sin buscarlo, cumple las características perfectas de un WIMP: es estable, no tiene carga eléctrica, sus interacciones son solo de tipo débil y su masa está en el rango adecuado para producir la abundancia necesaria de materia oscura fría.

Otra propuesta son los modelos con dimensiones espaciales extras. Una partícula moviéndose en ellas (y no en las tres dimensiones convencionales) nos parecería que está en reposo, pero con mucha energía, es decir con masa. Precisamente una de esas partículas podría tener características de un WIMP.

 

LA MATERIA OSCURA ENTORNO NUESTRO

La materia oscura impregna la totalidad de las galaxias, también la Vía Láctea, por lo que está en todo momento con nosotros, atravesando nuestros cuerpos.
Actualmente se tiene una idea bastante precisa de la densidad de materia oscura en nuestra región de la Vía Láctea: aproximadamente media milmillonésima de gramo por km3. Esto se calcula a partir del movimiento de las estrellas alrededor del centro galáctico. Usando ese valor de la densidad y suponiendo que la partícula X fuera, por ejemplo, 100 veces más pesada que un protón, tendríamos 3 partículas de materia oscura por litro. Pero esas partículas se mueven a gran velocidad, y teniendo en cuenta que la materia oscura de la galaxia se encuentra en equilibrio gravitatorio, deducimos que su velocidad promedio es de 300 km/s. Como resultado cada centímetro cuadrado de nuestra piel está siendo atravesado por 100.000 partículas de materia oscura por segundo.

Así, pese a la muy escasa interacción de las partículas X con la materia ordinaria, su extraordinaria abundancia en nuestro entorno inmediato hace concebible pensar que, de tanto en tanto, alguna de ellas pudiera interaccionar con una partícula ordinaria, por lo que es posible diseñar algún sistema de detectar esta interacción ocasional.

Ya se están realizando experiencias encaminadas a ello, que consisten en observar si algún núcleo atómico de una muestra de materia ordinaria “siente” el impacto de una partícula de materia oscura. Cómo hay muchas otras clases de partículas que nos impactan continuamente, desde los rayos solares, ondas de radio, rayos cósmicos, radiactividad ambiental, etc. que hay que eliminar, estos experimentos se realizan habitualmente en minas o cuevas en el interior de montañas, mejor cuanto más profundas, para evitar los rayos cósmicos. También es preciso blindar la muestra dentro de plomo inerte para resguardarse de la radioactividad natural. Y pese a todas las precauciones no se puede evitar que algunas partículas ordinarias, como los neutrinos, alcancen la muestra, lo que exige un control muy preciso de este “ruido de fondo” para poder descontarlo de los resultados.

En cuanto a que tipo de interacción se espera detectar, hay dos técnicas básicas. La primera (habitual cuando la muestra de substancia es algún tipo de cristal, como germanio) es medir el pequeñísimo incremento de temperatura del material, el cual debe mantenerse a temperaturas muy bajas, próximas al cero absoluto. La segunda técnica (utilizada cuando la substancia es un gas noble, como el xenón) consiste en detectar el ligerísimo centelleo que se produce. En cualquier caso, son técnicas de una precisión extraordinaria y que requieren una tecnología punta.

También se hacen experimentos en el LHC (gran colisionador de hadrones) del CERN, tendentes a producir artificialmente partículas de materia oscura. Para ello se hacen chocar protones a altísimas velocidades, confiando que se produzca una partícula X y su antipartícula. De momento no se ha detectado ninguna, pero los experimentos ya realizados han permitido restringir el rango posible para la masa y las interacciones de la partícula X lo que ayuda enormemente a conocer la naturaleza de esa misteriosa Materia Oscura.

 

LA ENERGÍA OSCURA

La energía oscura es una extraña forma de energía que llena de manera uniforme todo el universo y de la que ignoramos su origen y su magnitud.

La teoría de la gravedad predice que el universo ha de pasar por una fase de expansión, como efectivamente se observa en la realidad. Hay que tener claro que no se trata que las galaxias vayan distanciándose cada vez más dentro de un vacío preexistente, si no que es la propia trama del espacio la que se expande, arrastrando consigo las galaxias. Si nos situamos mentalmente en cualquier punto veremos que todos los demás se alejan de nosotros, y que cuanto más distantes están su velocidad de alejamiento se incrementa proporcionalmente a la distancia que los separa. Esta es la llamada Ley de Hubble.

Ahora podríamos preguntarnos ¿en el futuro, el universo continuará expandiéndose al mismo ritmo? Pues bien, la teoría predice que para un universo lleno de radiación y materia (lo misma da que sea ordinaria que oscura), el ritmo de expansión debe ralentizarse. De hecho, si la cantidad de materia fuera suficiente, la atracción gravitatoria sería tan grande que llegaría un momento en que el proceso se invertiría, y las galaxias retrocederían sobre sí mismas. Es lo que se conoce como “Big Crunch”, o Gran Implosión. Todo depende de que la densidad del universo sea menor o mayor a una densidad crítica ρc.

Notemos que si la densidad del universo es la mayor que la densidad crítica ρ>ρc, el ritmo de expansión en el pasado tuvo que ser mayor que en caso contrario. En otras palabras, el Big Bang tuvo que ocurrir hace menos tiempo que cuando la densidad del universo es menor que la crítica. En este análisis teórico suponemos que el universo contiene solo materia (incluida la oscura) y radiación, pero la presencia de la energía oscura lo cambia todo.

Cuando miramos un objeto lejano no lo vemos como es ahora, si no como era cuando emitió la luz hace miles o millones de años. Por consiguiente, midiendo las velocidades de alejamiento de objetos situados a diferentes distancias, es posible deducir como era el ritmo de expansión del universo en distintas épocas. Para ello es necesario determinar la distancia a la que está el objeto y su velocidad de alejamiento. Una forma de calcular la distancia a un objeto sería midiendo su brillo aparente, cuanto más lejano menos brillará. Pero el brillo aparente por sí mismo no nos dice a qué distancia se encuentra, ya que un objeto lejano pero muy brillante nos puede parecer que tiene el mismo brillo aparente que otro más apagado pero también más cercano.

Necesitaríamos algo en el universo, una especie de faro cuyo brillo real conozcamos. En este sentido hay un tipo especial de supernovas denominadas del tipo Ia que son unos faros excelentes, porque producen siempre, con gran regularidad, el mismo brillo real. Y la velocidad de alejamiento se puede calcular por el desplazamiento al rojo de la luz que emiten.

En los años 90, dos equipos independientes de investigadores estudiaron numerosas supernovas Ia a fin de calcular como había variado el ritmo de expansión del universo desde épocas remotas hasta hoy. Ambos equipos esperaban encontrar una ralentización de la expansión, pero lo que encontraron fue que ¡la expansión del universo estaba acelerándose! Posteriormente estos resultados fueron confirmados por otros equipos. Si el universo está acelerando su expansión, es que algo falla en los razonamientos teóricos iniciales que predecían una ralentización.

La Teoría de la Relatividad predecía una expansión del universo, sin embargo cuando fue formulada se pensaba que el universo era estático ya que hasta los años 20 del siglo XX no se descubrió que las galaxias se alejan unas de otras. Para acomodar la teoría con las observaciones que mostraban un universo estático, Einstein introdujo en sus fórmulas un término de corrección al que denominó constante cosmológica. Cuando, posteriormente, pudo constatarse que en realidad el universo se estaba expandiendo, Einstein dijo que aquello había sido el mayor error de su vida.

Lo asombroso es que, a la luz de los últimos descubrimientos, aquella constante es capaz de explicar por qué el universo se expande aceleradamente. Ahora la constante cosmológica puede interpretarse como una contribución constante a la densidad de energía del universo. Su significado físico es el de una energía que produce una repulsión gravitatoria y que se extiende de manera uniforme por todo el universo, incluso por los espacios aparentemente vacíos y que supone sobre el 68% de la densidad total del universo (el otro 32% corresponde a la materia ordinaria y la materia oscura). Dado que no conocemos su origen, ni si es exactamente constante, se la denomina energía oscura.


EL DESTINO DEL UNIVERSO

El descubrimiento de la energía oscura obliga a reconsiderar la cuestión de cómo será el ritmo de expansión del universo en el futuro. La energía domina el contenido del universo y marca su ritmo de expansión y lo hará cada vez más en el futuro, ya que su densidad permanece constante, mientras que la densidad de materia y radiación se va diluyendo a medida que el universo se expande.

Así las galaxias continuarán alejándose una de otras a una velocidad cada vez mayor, hasta que superen la de la luz (esto puede parecer contradictorio con la teoría de la relatividad, pero lo que en rigor está pasando no es que las galaxias se alejen unas de otras cada vez más rápido, si no que se está creando espacio entre ellas a un ritmo creciente).

Llegados a este punto las galaxias, salvo las de nuestro grupo local que permanecerán unidas gravitatoriamente, se nos harán invisibles ya que la luz que emitan nunca nos alcanzará. Dentro de 100.000 millones de años, el Sol se habrá extinguido igual que muchas de las estrellas actuales, y otras nuevas habrán nacido. Pero, salvo por las estrellas de la vecindad inmediata, el universo será un oscuro vacío absoluto. Nada llegará de las profundidades del espacio, ni luz, ni radiación, nada. Si entonces hay habitantes inteligentes en la Vía Láctea, no verán nada, ni podrán deducir que una vez hubo un universo poblado por otros miles de millones de galaxias.

En épocas aún más futuras, todas las estrellas se apagarán, toda vida se extinguirá y el universo continuará expandiéndose y diluyéndose eternamente haciéndose cada vez más frío y más vacío.


EL PRINCIPIO ANTRÓPICO

Es una verdad autoevidente que “los seres vivos sólo pueden habitar en entornos físicos aptos para la vida”. Esto que parece una obviedad sin embargo adquiere una gran fuerza para explicar muchos de las intrigantes casualidades que nos permiten estar vivos.

Cuando estudiamos la Tierra observamos que muchas de sus condiciones físicas parecen expresamente diseñadas para permitirnos vivir en ella. Así pasa con la gravedad, distancia al Sol, temperatura, composición atmosférica, campo magnético, contenido de agua, etc. Pero no hay ningún diseño, simplemente existen miles de millones de planetas, la mayoría de los cuales tienen unas condiciones inapropiadas para permitir la existencia de una vida como la de la Tierra, e incluso de cualquier clase de vida concebible. Necesariamente nosotros, por el mero hecho de estar vivos, tenemos que habitar en uno de los raros planetas con condiciones privilegiadas.

Si desconociéramos la existencia de esa multitud de otros planetas, entonces las exquisitamente afinadas condiciones físicas de la Tierra para poder albergar vida, sí parecerían algo sorprendente e incluso inexplicable. Si no supiéramos de la existencia de otros planetas podríamos pensar, por ejemplo, que “alguien” había situado la Tierra a la distancia precisa del Sol para permitirle contener agua líquida. Pero sabiendo que hay miles de millones de planetas, entonces no hay nada de extraordinario en que esto pase en una fracción de ellos. Y el nuestro ha sido uno de los afortunados, porque en caso contrario no estaríamos aquí haciéndonos estas preguntas. Esto se conoce como principio antrópico.

¿Y qué tiene que ver todo esto con la energía oscura? Pues que sólo si la energía oscura está en un rango reducido de valores es posible el surgimiento de la vida en el universo. Si, por ejemplo, la densidad de energía oscura fuese mucho más grande, entonces el proceso de expansión acelerada habría comenzado demasiado pronto, forzando la dispersión de las partículas de materia que nunca hubiesen podido juntarse para formar estrellas y planetas. Por otro lado la energía oscura podría haber tenido un valor negativo cuyo efecto es que el universo colapse. Si la magnitud negativa fuera demasiado grande, el proceso de colapso se produciría antes de la formación de estrellas. Así nuestro universo está dentro del rango adecuado de densidad de energía oscura.

Ahora bien, si nuestro universo fuera el único existente, el principio antrópico no explicaría este adecuado valor (igual que si la Tierra fuera el único planeta, el principio antrópico no explicaría por qué su distancia al Sol es la conveniente). Sin embargo, si nuestro universo no es único, sino un elemento de un gran conjunto de universos, entonces el principio antrópico sí podría explicar el valor de la energía oscura que observamos. Según prevé la teoría, en la gran mayoría de estos hipotéticos universos la densidad de materia oscura tendrían un valor demasiado grande –positivo o negativo- para permitir el surgimiento de la vida. Pero en una pequeña fracción de ellos se producirá una cancelación casi perfecta de las diversas contribuciones a la energía oscura, de forma que esta será pequeña y dentro del rango apropiado. Sólo en estos raros universos podrá surgir vida y, con ella, observadores que contemplen su propio universo. Este hipotético conjunto de universos es lo que se conoce como multiverso.

-Multiverso-


EL MUTIVERSO

¿Cómo puede llegarse a una situación de multiverso? Anteriormente vimos que, en un futuro lejano, nuestro grupo de galaxias quedará totalmente desconectado del resto de galaxias, que serán totalmente invisibles a cualquier efecto. El universo se desgajará en regiones desconectadas unas de otras en una infinidad de universos-islas, de forma que lo que antes era un único universo se habrá transformado en un multiverso.

Existe la posibilidad de que un proceso semejante tuviera lugar al comienzo de nuestro universo. En ese caso, el universo se habría expandido inicialmente de forma vertiginosa, multiplicando su tamaño cuatrillones de cuatrillones de veces en una fracción de segundo. Este escenario se denomina universo inflacionario, y es una de las hipótesis más serias en la actual cosmología.

La energía capaz de producir el proceso de inflación del universo, pudo provenir del valor inicial de un campo, semejante al campo de Higgs, llamado inflatón. La idea es que el inflatón tendría inicialmente un valor que no era el que minimizaba su energía asociada. Una situación así de denomina “falso vacío”, ya que el campo puede durar un cierto tiempo en ese estado, pero finalmente terminará por caer a su valor natural que es el que minimiza su energía.

Podemos imaginarlo como se tuviéramos un lápiz pegado verticalmente en una mesa, y en lo alto del lápiz colocamos una pelota. Durante unos instantes la pelota puede mantenerse en la punta del lápiz, pero después caerá hacia la mesa, donde su energía potencial es mínima. En el caso del inflatón, esos breves instantes en lo “alto del lápiz” tuvieron consecuencias trascendentales, fue cuando se produjo una vertiginosa inflación que ocasionó que muchas regiones del espacio quedaran desconectadas unas de otras. Después el campo cayó a su valor natural (en nuestra analogía: la mesa). La pelota caerá aleatoriamente en una dirección cualquiera hasta detenerse en un algún lugar de la mesa. Pero la mesa no tiene porqué ser lisa y plana, puede tener irregularidades y abultamientos y la pelota no quedará a la misma altura si cae en una dirección o en otra. Habrá pequeñas diferencias relacionadas con las desigualdades de la superficie de la mesa. Análogamente, en el universo inflacionario, el inflatón caería en una dirección aleatoria, que podría ser distinta en cada región desconectada de las demás. Como consecuencia, en cada región el valor final de la energía del vacío, o sea la energía oscura, sería diferente.

El proceso inflacionario no tiene por qué haber sucedido una sola vez, puede estar ocurriendo continuamente. El universo puede encontrarse en una situación de falso vacío, en un proceso de inflación eterna. En algunos puntos, de forma aleatoria, se forman burbujas de vacío verdadero, en las que el inflatón adquiere un valor que minimiza su energía. Cada burbuja corresponde a un universo convencional. Estas burbujas se expanden a la velocidad de la luz, pero el espacio entre ellas crece aún más rápido y en el espacio intermedio se siguen generando nuevas burbujas, una de las cuales sería nuestro Universo.

En cualquier caso, actualmente, la explicación de la energía oscura basada en la noción de multiverso es solo una interesante y prometedora especulación.