En la década de 1920, Edwin Hubble hizo la revelación innovadora de que el Universo estaba en un estado de expansión. Originalmente predicho como consecuencia de la Teoría de la Relatividad General de Einstein, esta confirmación condujo a lo que se conoció como la Constante de Hubble. En las décadas de garantía, y gracias al despliegue de telescopios de próxima generación, como el telescopio espacial Hubble (HST), los científicos se han visto obligados a revisar esta ley.
En resumen, en las últimas décadas, la capacidad de ver más lejos en el espacio (y más profundo en el tiempo) ha permitido a los astrónomos realizar mediciones más precisas sobre la rapidez con que se expandió el Universo temprano. Y gracias a una nueva encuesta realizada con Hubble, un equipo internacional de astrónomos ha podido realizar las mediciones más precisas de la tasa de expansión del Universo hasta la fecha.
Esta encuesta fue realizada por el equipo Supernova H0 para la Ecuación de Estado (SH0ES), un grupo internacional de astrónomos que ha estado en una búsqueda para refinar la precisión de la Constante Hubble desde 2005. El grupo está dirigido por Adam Reiss del Espacio Telescope Science Institute (STScI) y Johns Hopkins University, e incluye miembros del Museo Americano de Historia Natural, el Instituto Neils Bohr, el Observatorio Nacional de Astronomía Óptica y muchas universidades e instituciones de investigación prestigiosas.
El estudio que describe sus hallazgos apareció recientemente en El diario astrofísico bajo el título "Distancias de supernovas Tipo Ia en Redshift> 1.5 del telescopio espacial Hubble Programas de tesorería de varios ciclos: la tasa de expansión temprana ". Por el bien de su estudio, y en consonancia con sus objetivos a largo plazo, el equipo buscó construir una nueva "escala de distancia" más precisa.
Esta herramienta es cómo los astrónomos han medido tradicionalmente las distancias en el Universo, que consiste en confiar en marcadores de distancia como las variables Cefeidas, estrellas pulsantes cuyas distancias se pueden inferir comparando su brillo intrínseco con su brillo aparente. Estas medidas se comparan con la forma en que la luz de las galaxias de distancia se desplaza hacia el rojo para determinar qué tan rápido se expande el espacio entre las galaxias.
De esto, se deriva la constante de Hubble. Para construir su escalera distante, Riess y su equipo realizaron mediciones de paralaje utilizando la cámara de campo amplio Hubble 3 (WFC3) de ocho estrellas variables Cefeidas recientemente analizadas en la Vía Láctea. Estas estrellas están aproximadamente 10 veces más lejos que cualquiera de las estudiadas anteriormente, entre 6,000 y 12,000 años luz de la Tierra, y pulsan a intervalos más largos.
Para garantizar la precisión que explicaría las oscilaciones de estas estrellas, el equipo también desarrolló un nuevo método en el que Hubble mediría la posición de una estrella mil veces por minuto cada seis meses durante cuatro años. Luego, el equipo comparó el brillo de estas ocho estrellas con cefeidas más distantes para asegurarse de que pudieran calcular las distancias a otras galaxias con más precisión.
Utilizando la nueva técnica, Hubble pudo capturar el cambio de posición de estas estrellas en relación con otras, lo que simplificó enormemente las cosas. Como explica Riess en un comunicado de prensa de la NASA:
“Este método permite oportunidades repetidas para medir los desplazamientos extremadamente pequeños debido al paralaje. Estás midiendo la separación entre dos estrellas, no solo en un lugar de la cámara, sino una y otra vez miles de veces, lo que reduce los errores en la medición ".
En comparación con encuestas anteriores, el equipo pudo extender el número de estrellas analizadas a distancias hasta 10 veces más. Sin embargo, sus resultados también contradecían los obtenidos por el satélite Planck de la Agencia Espacial Europea (ESA), que ha estado midiendo el Fondo Cósmico de Microondas (CMB), la radiación sobrante creada por el Big Bang, desde que se desplegó en 2009.
Al mapear el CMB, Planck ha podido rastrear la expansión del cosmos durante el Universo temprano, circa. 378,000 años después del Big Bang. El resultado de Planck predijo que el valor constante del Hubble ahora debería ser de 67 kilómetros por segundo por megaparsec (3,3 millones de años luz), y no podría ser superior a 69 kilómetros por segundo por megaparsec.
Según su encuesta, el equipo de Riess obtuvo un valor de 73 kilómetros por segundo por megaparsec, una discrepancia del 9%. Esencialmente, sus resultados indican que las galaxias se mueven a un ritmo más rápido que el que implican las observaciones del Universo temprano. Debido a que los datos del Hubble eran tan precisos, los astrónomos no pueden descartar la brecha entre los dos resultados como errores en una sola medición o método. Como Reiss explicó:
“La comunidad realmente está tratando de comprender el significado de esta discrepancia ... Ambos resultados se han probado de varias maneras, por lo que se excluyen una serie de errores no relacionados. cada vez es más probable que esto no sea un error, sino una característica del universo ".
Por lo tanto, estos últimos resultados sugieren que alguna fuerza previamente desconocida o alguna física nueva podría estar funcionando en el Universo. En términos de explicaciones, Reiss y su equipo han ofrecido tres posibilidades, todas las cuales tienen que ver con el 95% del Universo que no podemos ver (es decir, materia oscura y energía oscura). En 2011, Reiss y otros dos científicos recibieron el Premio Nobel de Física por su descubrimiento en 1998 de que el Universo estaba en una tasa de expansión acelerada.
De acuerdo con eso, sugieren que Dark Energy podría estar separando las galaxias con una fuerza creciente. Otra posibilidad es que exista una partícula subatómica no descubierta que sea similar a un neutrino, pero que interactúe con la materia normal por gravedad en lugar de fuerzas subatómicas. Estos "neutrinos estériles" viajarían a una velocidad cercana a la de la luz y podrían conocerse colectivamente como "radiación oscura".
Cualquiera de estas posibilidades significaría que los contenidos del Universo temprano fueron diferentes, lo que obligó a repensar nuestros modelos cosmológicos. Actualmente, Riess y sus colegas no tienen ninguna respuesta, pero planean continuar ajustando sus mediciones. Hasta ahora, el equipo de SHoES ha reducido la incertidumbre de la Constante Hubble a 2.3%.
Esto está en consonancia con uno de los objetivos centrales del telescopio espacial Hubble, que era ayudar a reducir el valor de incertidumbre en la constante de Hubble, para el cual las estimaciones alguna vez variaron en un factor de 2.
Entonces, si bien esta discrepancia abre la puerta a preguntas nuevas y desafiantes, también reduce nuestra incertidumbre sustancialmente a la hora de medir el Universo. En última instancia, esto mejorará nuestra comprensión de cómo evolucionó el Universo después de su creación en un cataclismo ardiente hace 13.800 millones de años.
