El nombre "energía oscura" es solo un marcador de posición para la fuerza, sea lo que sea, que está causando que el Universo se expanda. Nuevas observaciones de varias estrellas variables Cefeidas realizadas por el Telescopio Espacial Hubble han refinado la medición de la tasa de expansión actual del Universo con una precisión en la que el error es menor al cinco por ciento. El nuevo valor para la tasa de expansión, conocida como la constante de Hubble, o H0 (después de que Edwin Hubble, quien midió por primera vez la expansión del universo hace casi un siglo), es 74.2 kilómetros por segundo por megaparsec (margen de error de ± 3.6). Los resultados coinciden estrechamente con una medición anterior obtenida del Hubble de 72 ± 8 km / seg / megaparsec, pero ahora son más del doble de precisos.
La medición de Hubble, realizada por el equipo SHOES (Supernova H0 para la ecuación de estado) y dirigida por Adam Riess, del Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial y la Universidad Johns Hopkins, utiliza una serie de refinamientos para racionalizar y fortalecer la construcción de un cósmico "Escala de distancia", un billón de años luz de longitud, que los astrónomos usan para determinar la tasa de expansión del universo.
Las observaciones del Hubble de las variables Cefeidas pulsantes en un marcador de milla cósmica cercano, la galaxia NGC 4258, y en las galaxias anfitrionas de supernovas recientes, vinculan directamente estos indicadores de distancia. El uso de Hubble para unir estos peldaños en la escalera eliminó los errores sistemáticos que se introducen casi inevitablemente al comparar mediciones de diferentes telescopios.
Riess explica la nueva técnica: "Es como medir un edificio con una cinta métrica larga en lugar de mover un palo de jardín de extremo a extremo. Evita agravar los pequeños errores que comete cada vez que mueve el criterio. Cuanto más alto sea el edificio, mayor será el error ".
Lucas Macri, profesor de física y astronomía en Texas A&M, y un contribuyente significativo a los resultados, dijo: “Las cefeidas son la columna vertebral de la escala de distancia porque sus períodos de pulsación, que se observan fácilmente, se correlacionan directamente con sus luminosidades. Otro refinamiento de nuestra escalera es el hecho de que hemos observado las Cefeidas en las partes del infrarrojo cercano del espectro electromagnético donde estas estrellas variables son mejores indicadores de distancia que en las longitudes de onda ópticas ".
Este nuevo valor más preciso de la constante de Hubble se usó para probar y restringir las propiedades de la energía oscura, la forma de energía que produce una fuerza repulsiva en el espacio, lo que hace que la velocidad de expansión del universo se acelere.
Al poner entre corchetes la historia de expansión del universo entre hoy y cuando el universo tenía solo aproximadamente 380,000 años, los astrónomos pudieron poner límites a la naturaleza de la energía oscura que está haciendo que la expansión se acelere. (La medición para el lejano universo temprano se deriva de las fluctuaciones en el fondo cósmico de microondas, según lo resuelto por la sonda de anisotropía de microondas Wilkinson de la NASA, WMAP, en 2003).
Su resultado es consistente con la interpretación más simple de la energía oscura: que es matemáticamente equivalente a la constante cosmológica hipotética de Albert Einstein, introducida hace un siglo para empujar el tejido del espacio y evitar que el universo se derrumbe bajo la fuerza de la gravedad. (Einstein, sin embargo, eliminó la constante una vez que Edwin Hubble descubrió la expansión del universo).
"Si coloca en una caja todas las formas en que la energía oscura podría diferir de la constante cosmológica, esa caja ahora sería tres veces más pequeña", dice Riess. "Ese es el progreso, pero todavía tenemos un largo camino por recorrer para precisar la naturaleza de la energía oscura".
Aunque la constante cosmológica fue concebida hace mucho tiempo, la evidencia observacional de la energía oscura no apareció hasta hace 11 años, cuando dos estudios, uno dirigido por Riess y Brian Schmidt del Observatorio Mount Stromlo, y el otro por Saul Perlmutter de Lawrence Berkeley Laboratorio Nacional, descubrió la energía oscura de forma independiente, en parte con observaciones de Hubble. Desde entonces, los astrónomos han estado realizando observaciones para caracterizar mejor la energía oscura.
El enfoque de Riess para reducir las explicaciones alternativas para la energía oscura, ya sea una constante cosmológica estática o un campo dinámico (como la fuerza repulsiva que impulsó la inflación después del Big Bang), es refinar aún más las mediciones de la historia de expansión del universo.
Antes del lanzamiento del Hubble en 1990, las estimaciones de la constante del Hubble variaban en un factor de dos. A fines de la década de 1990, el Proyecto Clave del Telescopio Espacial Hubble en la Escala de Distancia Extragaláctica refinó el valor de la constante de Hubble a un error de solo alrededor del diez por ciento. Esto se logró observando las variables Cefeidas a longitudes de onda ópticas a distancias mayores que las obtenidas previamente y comparándolas con mediciones similares de telescopios terrestres.
El equipo de SHOES utilizó la cámara infrarroja cercana y el espectrómetro de objetos múltiples (NICMOS) del Hubble y la cámara avanzada para encuestas (ACS) para observar 240 estrellas variables Cefeidas en siete galaxias. Una de estas galaxias fue NGC 4258, cuya distancia se determinó con mucha precisión a través de observaciones con radiotelescopios. Las otras seis galaxias recientemente albergaron supernovas de Tipo Ia que son indicadores de distancia confiables para mediciones aún más lejanas en el universo. Las supernovas de tipo Ia explotan con casi la misma cantidad de energía y, por lo tanto, tienen casi el mismo brillo intrínseco.
Al observar las cefeidas con propiedades muy similares a longitudes de onda del infrarrojo cercano en las siete galaxias, y al usar el mismo telescopio e instrumento, el equipo pudo calibrar con mayor precisión la luminosidad de las supernovas. Con las poderosas capacidades del Hubble, el equipo pudo esquivar algunos de los peldaños más temblorosos a lo largo de la escala de distancia anterior que involucraba incertidumbres en el comportamiento de las Cefeidas.
Riess eventualmente desearía ver la constante de Hubble refinada a un valor con un error de no más del uno por ciento, para poner restricciones aún más estrictas en las soluciones a la energía oscura.
Fuente: Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial
