Materia oscura y energía oscura, ¿existen de verdad?

Por otra parte, también se ha postulado la existencia de algo aún más misterioso, una “energía oscura” más poderosa que la gravedad y que sería responsable de la expansión acelerada a la que se ve sometida el Universo en que vivimos.

Sin embargo, según un nuevo modelo recién propuesto por investigadores de la Universidad de Ginebra (UNIGE), ambas cosas, la materia y la energía oscuras, podrían dejar muy pronto de tener validez. De hecho, los fenómenos que aparentemente ambas describen podrían explicarse sin necesidad de recurrir a su existencia.

El trabajo, recién publicado en The Astrophysical Journal , explota un nuevo modelo teórico basado en la llamada "escala de invariancia del espacio vacío" (su capacidad de no cambiar incluso si varían la escala de longitud o la energía), y todo parece indicar que esa propiedad es perfectamente capaz de dar respuesta a los dos mayores misterios astronómicos de nuestro tiempo.

En 1933, el astrónomo suizo Fritz Zwicky hizo un descubrimiento que dejó al mundo entero sin habla: según él, en efecto, e l Universo contenía mucha más materia de la que podemos ver . Los astrónomos bautizaron a ese nuevo tipo de materia como “materia oscura” y el concepto empezó a cobrar importancia durante la pasada década de los 70, cuando el astrónomo norteamericano vera Rubin recurrió a esa enigmática forma de materia para explicar la velocidad y los movimientos aparentemente inexplicables de muchas estrellas.

Desde entonces, investigadores de todo el mundo han dedicado una enorme cantidad de esfuerzo y recursos para identificar esa materia oscura, tanto directamente en el espacio como en experimentos de física de partículas en los mayores aceleradores disponibles. Aunque siempre sin resultado alguno.

En 1998 estalló una segunda "bomba científica": un equipo de investigadores australianos y estadounidenses descubrió, en efecto, que la expansión del Universo, conocida desde los tiempos de de Edwin Hubble, no era uniforme, sino acelerada . Es decir que, de forma inexplicable, el Universo crecía cada vez más deprisa. Alguna clase de energía desconocida tenía que ser, por fuerza, la impulsora de esa aceleración sin freno. El hallazgo mereció un premio Nobel en 2011.

Sin embargo, y a pesar de los enormes recursos utilizados desde entonces, ninguna teoría o prueba observacional ha sido aún capaz de caracterizar esta "energía oscura ", a todas luces más poderosa que la energía gravitatoria de Newton. En resumen, tanto la materia oscura como la energía oscura son dos misterios que traen de cabeza a los investigadores desde hace décadas, 80 años y 20 años, respectivamente.

En la actualidad, existen tres formas de describir el Universo: la teoría de la relatividad general de Einstein, la ley de Gravitación Universal de Newton y la Mecánica Cuántica. Y el modelo de Universo que ha obtenido más consenso hasta ahora es que, al principio de los tiempos, hubo un Big Bang , seguido de un proceso de expansión que hoy en día, 13.700 millones de años después, se sigue produciendo.

Sin embargo, en palabras de André Maeder, del departamento de Astronomía de la Universidad de Ginebra y autor principal de la nueva investigación, "en ese modelo de Universo hay una hipótesis de partida que, en mi opinión, no se ha tenido en cuenta. Me estoy refiriendo a la invariancia de escala en el espacio vacío . En otras palabras, significa que tanto el espacio vacío como sus propiedades no cambian después de una dilatación o de una contracción".

El espacio vacío, de hecho, ocupa un lugar destacado en las ecuaciones de Einstein, en las que se representa como una cantidad determinada, la "constante cosmológica" de la que depende por completo el modelo de Universo que nos es más familiar. Basándose en su nueva hipótesis, Maeder ha reexaminado ahora ese modelo de Universo, pero añadiendo la invariancia de escala del espacio vacío, que también está presente en la teoría fundamental del electromagnetismo.

¿Significa eso que por fin tenemos una solución para describir la expansión del Universo y el movimiento aparentemente inexplicable de las estrellas y las galaxias? Puede que estemos más cerca de ella de lo que pensamos.

De hecho, cuando Maeder puso a prueba su modelo en una serie de test cosmológicos, halló que sus resultados coincidían con las observaciones. Y también determinó que su modelo era capaz de predecir la expansión acelerada del Universo sin tener que recurrir en modo alguno a la energía oscura. En resumen, llegó a la conclusión de que es muy posible que, después de todo, la energía oscura no existe, ya que la expansión acelerada está contenida en las ecuaciones de la física.

En un segundo momento, Maeder se centró en las leyes de Newton, un caso específico de las ecuaciones de la relatividad general. Y resultó que esas leyes también sufrían sutiles modificaciones cuando se les aplicaban las hipótesis de Maeder. En concreto, mostraban una pequeña aceleración "hacia fuera", que se volvía particularmente significativa en densidades bajas.

En otras palabras, al aplicar esa ley modificada de Newton a los movimientos de cúmulos de galaxias, resultó que esos movimientos, (al contrario de lo que propuso Zwicky en 1933), podían explicarse a la perfección teniendo en cuenta solo la materia visible . Lo cual implica que no se necesita una "materia oscura" para explicar las altas velocidades que alcanzan algunas estrellas en las zonas externas de sus galaxias.

Por último, en una tercera prueba, Maeder se centró en la dispersión de las velocidades de estrellas que oscilan alrededor del plano de nuestra propia galaxia, la Vía Láctea. Y el resultado fue que dicha dispersión, que parece incrementarse con la edad de esas estrellas y para cuyo origen no existe hoy un consenso, también se explicaba a la perfección utilizando la hipótesis de la invariancia del espacio vacío.

El trabajo de Maeder, pues, abre el camino hacia una concepción totalmente nueva de la astronomía y que parece, además, ser capaz de resolver las principales controversias científicas de la actualidad. "El anuncio de este modelo -explica el propio Maeder- que por lo menos resuelve dos de los mayores misterios de la astronomía, es fiel al espíritu de la ciencia: nada puede darse por sentado, ni en términos de experiencia, ni de observación, ni del simple razonamiento de los seres humanos".