Energía oscura: El misterio más profundo de toda la ciencia

A veces, un científico sólo se puede reír en la cara de un desafío aparentemente insuperable. Tal es el caso al tratar de descifrar el misterio de la energía oscura y la gravedad repulsiva - lo que está causando que la expansión del universo se acelere. "La gente ni siquiera entiende el término de 'gravedad repulsiva', porque el rasgo que define la gravedad es el de atracción", dice Michael Turner, director del Instituto Kavli de Física Cosmológica.

Turner se refiere a la energía oscura como "el misterio más profundo de toda la ciencia". Descifrar el problema requiere la colaboración de pensadores originales que puedan trabajar más allá de los límites de las teorías actuales. Es por eso que la energía oscura es uno de los tres enigmas cosmológicos que el Instituto Kavli abordará en los próximos cinco años con un presupuesto de $17 millones adicionales, gracias a la Fundación Nacional de Ciencia (NSF) y su Physics Frontier Center.

También, en la agenda de investigación del Instituto se encuentran los enigmas de la materia oscura y la inflación cósmica. Junto con la energía oscura, estos son los tres pilares de la teoría cosmológica moderna", y ninguno de ellos puede ser resuelto con las leyes y teorías físicas conocidas hasta ahora.

Durante su primera década como Physics Frontier Center (PFC), el Instituto Kavli ayudó a establecer el paradigma cosmológico actual. El Instituto, originalmente llamado Centro para Física Cosmológica, fue fundado en el 2001 con una donación de $15 millones por parte de la NSF. Ahora, el Instituto pone en marcha su segunda década con 21 colaboradores claves en todo el país (EEUU) y 15 socios institucionales, incluyendo el Laboratorio Nacional Argonne y el Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab). La NSF creó el programa de los centros PFC para hacer avances intelectuales significativos en algunas de las fronteras más importantes de diversos subcampos de la física, dice Joseph Dehmer, director de la división de la física del NSF.

La ilustración muestra la composición y distribución de la materia en el Universo: 75% es Energía Oscura, 21% es Materia Oscura, y sólo un 4% es Materia Normal."Los 10 centros PFC que operan actualmente reflejan los estándares extremadamente altos de la erudición y la sinergia esperados", dice Dehmer. "Un beneficio inesperado y bienvenido es que la mayoría de los centros PFC actúan como imanes de talentos, atrayendo altos niveles intelectuales en física. Otro de los beneficios es que la trienal de los centros PFC es una competencia que promueve una seria discusión del más alto nivel a través de los sub-campos de la física".

Argonne es un nuevo socio en el centro PFC de la Universidad de Chicago. Los científicos del Argonne y  del Instituto Kavli desarrollarán simulaciones cosmológicas a gran escala en las supercomputadoras del laboratorio, así como el desarrollo de nuevos detectores ultra sensibles para el Telescopio del Polo Sur, (SPT) que estudia la radiación de fondo de microondas - los restos de radiación cósmica desde el nacimiento del Universo. Los científicos del Instituto Kavli investigarán la cuestión de la energía oscura con el SPT y el Dark Energy Survey (DES). Este último proyecto, dirigido por el Fermilab, recogerá los datos de aproximadamente 300 millones de galaxias que abarcan dos tercios de la historia del Universo con el fin de medir la energía oscura con una nueva precisión.

Nueva forma de la materia?

El misterio de la materia oscura puede ser más fácil de resolver. Los científicos del Instituto Kavli tienen la esperanza de lograr esta hazaña en la próxima década. Ellos sospechan que la materia oscura está hecha de una nueva forma de materia, algo que no consiste ni en quarks, neutrones o protones.

La materia oscura puede revelarse a través de cualquiera de estos tres medios:

• La detección directa a través de detectores terrestres en el Observatorio de Chicago para Física de Partículas (COUPP Underground)
  
• La detección indirecta en el halo de galaxias a través de satélites, y
  
• La producción de las partículas en el Gran Colisionador de Hadrones del CERN, el laboratorio europeo de física.

"En este momento, hay confusión - reclamaciones de posibles detecciones, contra-demandas, y un animado debate -. Y es que ha llegado el momento de resolver el problema de la materia oscura. Nuestro PFC espera arrojar luz crítica sobre la materia oscura", dice Rocky Kolb, profesor emérito de Astronomía y Astrofísica de la Universidad de Chicago, quien lidera los esfuerzos de la materia oscura del PFC.

La inflación cósmica es un tipo diferente de problema. Se ha convertido en el concepto cosmológico más importante desde la teoría del Big Bang, pero muchos de sus criterios aún no han sido probados a fondo. La inflación propone que el universo se expandió muy rápidamente, en una pequeña fracción de segundo después del Big Bang. Esta rápida expansión podría explicar algunas de las preguntas importantes que la teoría del Big Bang ha sido incapaz de responder.

"Tenemos algunos indicios de que la inflación se llevó a cabo, pero nos gustaría hacer el caso con mucha fuerza", dice John Carlstrom, Profesor S. Chandrasekhar de Servicio Distinguido en Astronomía y Astrofísica. Una indicación más directa de la inflación sería la de buscar un signo de la polarización en el fondo de microondas cósmico, algo así como el resplandor del Big Bang.

Durante la última década, los científicos del centro, incluyendo al profesor Carlstrom y el fallecido Bruce Winstein han estado desarrollando una tecnología capaz de medir la polarización. Ahora necesitan implementar la tecnología para ver lo que pueden encontrar.

Fuente: University of Chicago