Alberto Casas - El lado oscuro del universo

Casi todo lo que hay en el universo es invisible. No sólo invisible para nuestros ojos, sino también para los más sofisticados telescopios y otros instrumentos de observación. La materia ordinaria, que forma los planetas, las estrellas y el gas y el polvo cósmicos, sólo representa el 4% del contenido del uni­verso. El resto lo constituyen las llamadas materia oscura y energía oscura , dos de los descubrimientos más espectaculares e inesperados de los últimos tiempos.

Hasta el momento, estas extrañas sustancias han revelado su existencia de forma indirecta, a través de sus efectos gravitatorios sobre la materia ordinaria y la luz, y por las huellas que han dejado en la evolución del universo. En realidad, sabemos muy poco acerca de su naturaleza. La materia oscura supone el 23% del contenido del universo y se encuentra dentro y alrededor de las galaxias, envolviéndolas como un halo difuso. Prácticamente, lo único que conocemos de ella es que ha de ser distinta de la materia ordinaria. Esto significa que para entenderla hay que ir más allá de las teorías actuales para describir la materia. Por ello, su comprensión supone un reto fascinante para la física de partículas. Muy posiblemente, la materia oscura esté constituida por algún tipo de partículas desconocidas, que viajan por el universo y atraviesan la materia ordinaria sin interaccionar apenas con ella. Esto implica, por ejemplo, que usted estaría siendo atravesado/a a cada segundo por miles de esas misteriosas partículas. La energía oscura es aún más rara, aunque las pruebas de su existencia son menos contundentes. Se trata de una especie de “energía del vacío”, como si el propio espacio vacío poseyera masa. La energía oscura representa un 73% del total de la materia y energía del universo. La razón de su existencia es un gran misterio y plantea un reto aún más formidable para la física actual.

En vista de lo anterior podemos representar los ingredientes del universo en el siguiente gráfico:

Estos hallazgos representan, en cierto sentido, una nueva revolución copernicana, que está teniendo lugar ahora mismo. Una vez más descubrimos que nuestra posición en el universo no es única ni privilegiada. En el siglo XVI, Copérnico dio un gran salto conceptual al mostrar que la Tierra era un planeta más, no el centro del universo. En contraposición al antiguo universo geocéntrico , en el nuevo universo heliocéntrico el lugar central pasó de la Tierra al Sol. La historia de la ciencia ha proporcionado varias revoluciones copernicanas en ámbitos diversos. Por ejemplo, la teoría de Darwin permitió entender que el ser humano es un producto de la evolución, no una especie esencialmente distinta al resto de seres vivos. En cuanto a nuestro lugar en el universo, la revolución de Copérnico tampoco ha sido la única. Posteriormente a ella, se fue haciendo evidente que el Sol era una estrella más entre millones , diluyendo la importancia de nuestro sistema solar. A comienzos del siglo XX la creencia general era que todas las estrellas pertenecían a una única galaxia (nuestra Vía Láctea), ocupando el Sol y sus planetas un lugar céntrico en la misma. Sin embargo, hacia 1920 Shapley probó que nos encontramos más bien en la periferia de la Vía Láctea, en uno de sus brazos espirales más externos. Al poco tiempo, Hubble demostró que nuestra galaxia no es única, sino que había otras muchas (actualmente se conoce la existencia de miles de millones). En cada uno de estos saltos conceptuales, nuestra posición se ha ido haciendo más y más insignificante. Ahora nos toca descubrir que la materia de la que está hecho todo lo que somos capaces de percibir, incluidos nosotros mismos, no es el único ni el más importante ingrediente del universo.

Fundamentalmente, la materia y la energía oscuras son un misterio por resolver. Sin duda, para entenderlas será necesario que nuestra noción actual del mundo se abra a nuevos hechos e ideas, posiblemente revisando concepciones que ahora parecen firmemente establecidas. Por todo ello, este lado oscuro del universo recién atisbado es un área de investigación excitante de la física actual, que puede abrirnos ventanas a nuevas leyes y hechos básicos de la naturaleza.

A lo largo de este libro, analizaremos las evidencias de la existencia de la materia y la energía oscuras, discutiendo por qué creemos que han de tener una naturaleza distinta de la materia y energía ordinarias. Asimismo, explicaremos los experimentos presentes y futuros para tratar de detectarlas de forma más directa. Y nos adentraremos en las fascinantes especulaciones actuales para intentar entender el porqué de su existencia. Todo esto nos llevará a repasar nuestra comprensión actual del origen y evolución del universo, y a exponer modelos de nueva física que podrían ayudar a contestar estas —y otras— cuestiones esenciales aún sin respuesta. Como veremos, algunas de esas especulaciones podrían significar otra nueva revolución copernicana, aún más extrema que las que hemos mencionado.