¿Qué causa la energía oscura?

La humanidad ha conseguido descubrir muchas cosas del universo. Sabemos que hay más materia que antimateria en el Universo, pero no sabemos cómo surgió esta asimetría cósmica. Sabemos que por cada gramo de materia en el Universo hay unos 5 gramos de materia oscura, pero no sabemos qué es la materia oscura ni cuáles son sus propiedades. Y sabemos que la expansión del Universo se está acelerando, pero no entendemos qué está causando ese fenómeno.

Gracias a las precisas mediciones realizadas se ha podido reconstruir la composición del universo:

• 70.0% de energía oscura
• 27.0% de materia oscura
• 4.99% de materia conocida
• 0.01% radiación

Esto es lo que lleva de cabeza a los investigadores porque eso quiere decir que esta energía oscura debe ir creándose para mentener la densidad. Y no sabemos cómo se crea.

Una de las propuestas más recientes, publicada en este artículo científico y basada en observaciones, es que el origen de la energía oscura puede estar en el acoplamiento cosmológico del los agujeros negros.

El acoplamiento cosmológico es un fenómeno por el cual los agujeros negros aumentan su masa a medida que el universo se expande, debido a que estos tienen energía de vacío, que se mantienen constante a medida que el universo se expande, y esta energía da lugar a lo que consideramos energía oscura.

Este dato sobre la ganancia de masa de los agujeros negros se refleja en las observaciones de los observatorios de ondas gravitacionales LOGI y Virgo, que han encontrado gujeros negros de masas superiores a 50 soles, cuando se creía que no deberían llegar a 40 masas solares según los cálculos. Los observatorios detectan fusiones de agujeros negros, y las masas derivadas son muy grandes. No tenemos una teoría que explique estas fusiones.

Un ejemplo de acoplamiento cosmológico es la energía que va perdiendo la luz a medida que viaja por un universo en expansión, donde va dilantando su frecuencia debido al estirameinto del espacio. El acoplamiento es la pérdida o ganancia de energía por la expansión.

El acoplamiento cosmológico podría ser una respuesta y la energía de vacío de los agujeros negros crearía la energía oscura. Según explica Ethan Siegel en un artículo publicado en Big Think sobre la publicación del estudio, se busca una manera de relacionar las teorías actuales en busca de una explicación convincente.

Si todo lo que tienes es un espacio vacío e inmutable sin materia ni energía, el espacio-tiempo es totalmente plano, sin efectos gravitatorios. Si colocas una masa puntual que no gire sobre sí misma, obtienes el espacio-tiempo para un agujero negro con un horizonte de eventos esférico o un agujero negro de Schwarzschild.

Si pones una masa puntual que gire sobre sí misma, tienes el agujero negro de Kerr. Y si colocas una segunda masa puntual en el caso giratorio o no giratorio, las ecuaciones se vuelven irresolubles; solo se pueden resolver por aproximación usando técnicas numéricas.

Se han encontrado pocas soluciones exactas en la teoría de la relatividad, tal es su complejidad.

Una de las soluciones exactas que se ha descubierto es la de un universo con una constante cosmológica: el equivalente a la energía oscura. Se conoce como la solución de De Sitter. Otra es para un Universo que está uniformemente lleno de materia, radiación y cualquier otra forma de energía: la solución genérica para un Universo en expansión o en contracción. Se conoce como la solución de Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker.

Se pueden combinar las soluciones de "masa puntual" y "constante cosmológica" y obtener un espacio-tiempo conocido como Schwarzschild-de Sitter. También se pueden juntar las soluciones de la "masa del punto giratorio" y la "constante cosmológica" para obtener una solución de Kerr-de Sitter.

Pero vivimos en un universo en expansión con una constante cosmológica, materia y radiación, y necesitamos la solución completa de Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker y nos gustaría combinarla con la solución de Kerr incrustando una masa puntual giratoria dentro de ella. Eso es algo que realmente no sabemos cómo hacer. No tenemos una solución exacta para eso en absoluto.

Y esto es justamente de lo que trata el artículo publicado, de intentar hacer esta conexión de una manera consistente y vincular el crecimiento de agujeros negros realistas con la expansión general del Universo. Aunque el estudio está basado en observaciones harán falta verificaciones, pero, de momento, tenenmos una línea de investigación para saber de dónde viene la energía oscura.