Energía oscura y dinámica en un universo acelerado

La cosmología atrajo a Irene Sendra desde Valencia al País Vasco, y también le ha dado la oportunidad de colaborar con uno de los premios Nobel de Física de 2011 en una de las áreas más oscuras del universo. Y es que el objeto de estudio de Sendra, investigadora en el Departamento Física Teórica e Historia de la Ciencia de la Facultad de Ciencia y Tecnología UPV/EHU, son la materia oscura y la energía oscura, conocidas, precisamente, por lo poco que se sabe de ellas.

"Las observaciones nos dicen que alrededor del 5% del universo está compuesto de materia ordinaria; un 22 % corresponde a la materia oscura, que sabemos que existe porque interacciona gravitacionalmente con la materia ordinaria; y otro 73% es energía oscura, que se sabe que está ahí porque de otra forma no se explicaría la expansión acelerada del universo", expone Irene Sendra; "nosotros intentamos conocer un poco mas qué es la energía oscura", añade.

Si la energía oscura no existiera, la atracción gravitatoria ejercida por la materia frenaría la expansión del universo, pero las observaciones concluyen lo contrario. La energía oscura es eso que hace que el universo se expanda aceleradamente, y contribuir a entender su naturaleza es la base de las investigaciones realizadas por Sendra en el marco de su tesis doctoral, titulada "Cosmology in an accelerated universe: observations and phenomenology" ("Cosmología en un universo acelerado: observaciones y fenomenología").

La investigación parte de la hipótesis de que la energía oscura podría ser dinámica. El modelo más aceptado, conocido como Lambda-CDM, explica la aceleración del universo por medio de la constante cosmológica, cuya ecuación de estado tendría un valor de -1, constante a lo largo de toda la evolución del universo. Sin embargo, existen observaciones no explicables por dicho modelo. "Buscamos una energía oscura dinámica que varía con el tiempo; aplicamos varios modelos a los datos observacionales, jugamos con pequeñas perturbaciones, y vemos si se ajustan mejor que una constante", explica Sendra.

Valiéndose de herramientas matemáticas y estadísticas, contrastan los valores que la observación propone para los parámetros estudiados, con las que propone el modelo. "Así, a través de muchas iteraciones, vemos qué valores tomarían las constantes de nuestro modelo. La ecuación de estado de la energía oscura vale prácticamente -1 ahora, pero parece haber evolucionado desde valores distintos en el pasado; sin embargo, persiste aún un porcentaje de error grande en la determinación de esos valores". Según los cálculos de Sendra, estos datos son consistentes con una energía oscura dinámica, que variaría con el desplazamiento al rojo observado en el universo. Resultados aún no publicados, obtenidos en colaboración con el Premio Nobel de Física de 2011 Adam Riess, ahondan en dicha dirección.

En esta tesis doctoral, además de estudiar la ecuación de estado de la energía oscura, se ha propuesto un nuevo modelo que unifica la energía oscura con la materia oscura. Tal y como explica Sendra, "podrían ser una misma cosa que se manifiesta de diferente manera según el contexto; nosotros hemos explicado mediante una única componente el efecto de las dos, y las observaciones dan mejores resultados en este modelo que en otros que intentan unificar materia y energía oscura".

Finalmente, Sendra se ha asomado al universo más antiguo mediante el estudio del fondo cósmico de microondas. "Es la prueba más lejana que tenemos del universo", comenta, "y su estudio nos dice que el número efectivo de neutrinos es superior a tres. Sin embargo, realmente sabemos, por el modelo estándar de partículas, que hay tres especies de neutrinos. Por lo tanto, tenemos un valor un tanto malsonante, y tratamos de explicar ese exceso en el número de neutrinos". La propuesta de Sendra va en la dirección de la teoría de cuerdas. Según sus resultados, ese exceso de neutrinos se puede interpretar como la contribución de ondas gravitacionales primordiales, producidas por la interacción de cuerdas cósmicas en la época en la que se produjo el fondo cósmico de microondas.

Sobre la autora

Irene Sendra Server (Pego, 1984). Licenciada en Física por la Universitat de València, ha realizado su tesis doctoral en el Departamento de Física Teórica e Historia de la Ciencia de la Facultad de Ciencia y Tecnología de la UPV/EHU, bajo la dirección de la profesora Ruth Lazkoz Sáez. Parte de la investigación fue realizada en el Departamento de Astrofísica de la Universidad de Oxford (Inglaterra), así como en colaboración con Tristan L. Smith del Berkeley Center for Cosmological Physics. Actualmente es investigadora contratada en el Departamento de Física Teórica e Historia de la Ciencia de la UPV/EHU.

Publicaciones:

DBI models for the unification of dark matter and dark energy. L. P. Chimento, R. Lazkoz, I. Sendra, Gen. Rel. Grav. 42 (2010) 1189-1209.
Oscillations in the dark energy EoS: new MCMC lessons. R. Lazkoz, V. Salzano, I. Sendra, Phys. Lett. B694 (2010) 198-208.

SN and BAO constraints on (new) polynomial dark energy parametrizations: current results and forecasts. Sendra and R. Lazkoz, Mont. Not. Roy. Astron. Soc. 422 (2012) 776-793.

Improved limits on short-wavelength gravitational waves from the cosmic microwave background. I. Sendra and T.Smith, Phys.Rev. D85 (2012) 123002.