Esta llamada
"tensión" implica que podría haber una nueva física subyacente a los
fundamentos del universo. Las posibilidades incluyen la fuerza de
interacción de la materia oscura, la energía oscura siendo aún más exótica de
lo que se pensaba anteriormente, o una nueva partícula desconocida en el tapiz
del espacio.
Combinando
observaciones del Telescopio Espacial Hubble de la NASA y el observatorio
espacial Gaia de la Agencia Espacial Europea (ESA), los astrónomos refinaron el
valor anterior de la constante de Hubble, la velocidad a la que el universo se
expande desde el Big Bang hace 13.800 millones de años.
Pero a medida
que las mediciones se han vuelto más precisas, la determinación del equipo de
la constante de Hubble se ha vuelto cada vez más contraria a las mediciones de
otro observatorio espacial, la misión Planck de la ESA, que presenta un valor
predicho diferente para la constante de Hubble.
 |
Las estrellas variables de
la cefeida de la medida de Hubble y de Gaia
|
Las estrellas variables de
la cefeida de la medida de Hubble y de Gaia
Planck mapeó
el universo primigenio tal como apareció solo 360,000 años después del Big
Bang. Todo el cielo está impreso con la firma del big bang codificado en
microondas. Planck midió los tamaños de las ondas en este Fondo Cósmico de
Microondas (CMB) que fueron producidos por ligeras irregularidades en la bola
de fuego del Big Bang. Los detalles finos de estas ondas codifican la
cantidad de materia oscura y materia normal que existe, la trayectoria del
universo en ese momento y otros parámetros cosmológicos.
Estas mediciones, que aún se están evaluando, permiten a los científicos predecir cómo es probable que el universo primitivo se haya convertido en la tasa de expansión que podemos medir hoy en día. Sin embargo, esas predicciones no parecen coincidir con las nuevas mediciones de nuestro universo contemporáneo cercano.
Estas mediciones, que aún se están evaluando, permiten a los científicos predecir cómo es probable que el universo primitivo se haya convertido en la tasa de expansión que podemos medir hoy en día. Sin embargo, esas predicciones no parecen coincidir con las nuevas mediciones de nuestro universo contemporáneo cercano.
"Con la
adición de estos nuevos datos del Telescopio Espacial Hubble y Gaia, ahora
tenemos una seria tensión con los datos de Cosmic Microwave Background",
dijo el miembro del equipo de Planck y analista principal George Efstathiou del
Instituto Kavli de Cosmología en Cambridge, Inglaterra, quien no involucrado
con el nuevo trabajo.
"La
tensión parece haberse convertido en una total incompatibilidad entre nuestros
puntos de vista sobre el universo del tiempo temprano y tardío", dijo el
líder del equipo y Premio Nobel Adam Riess del Instituto de Ciencia del
Telescopio Espacial y la Universidad Johns Hopkins en Baltimore,
Maryland. "En este punto, claramente no se trata simplemente de un
gran error en una sola medición. Es como si hubieras predicho qué tan alto
se convertiría un niño en una tabla de crecimiento y luego descubrieras que el
adulto se excedió en gran medida la predicción. Estamos muy perplejos”.
En 2005, Riess
y miembros del equipo SHOES (Supernova H 0 for the
Equation of State) se propusieron medir la velocidad de expansión del universo
con una precisión sin precedentes. En los años siguientes, al refinar sus
técnicas, este equipo redujo la incertidumbre de la medición de la tasa a
niveles sin precedentes. Ahora, con el poder combinado de Hubble y Gaia,
han reducido esa incertidumbre a solo 2.2 por ciento.
Debido a que
la constante de Hubble es necesaria para estimar la edad del universo, la
respuesta largamente buscada es uno de los números más importantes en
cosmología. Lleva el nombre del astrónomo Edwin Hubble, quien descubrió
hace casi un siglo que el universo se estaba expandiendo uniformemente en todas
las direcciones, un descubrimiento que dio origen a la cosmología moderna.
Las galaxias
parecen alejarse de la Tierra proporcionalmente a sus distancias, lo que
significa que cuanto más lejos están, más rápido parecen alejarse. Esto es
una consecuencia de expandir el espacio, y no un valor de la verdadera
velocidad espacial. Al medir el valor de la constante de Hubble a lo largo
del tiempo, los astrónomos pueden construir una imagen de nuestra evolución
cósmica, inferir la composición del universo y descubrir pistas sobre su destino
final.
Los dos
métodos principales para medir este número dan resultados
incompatibles. Un método es directo, construyendo una "escalera de
distancia" cósmica a partir de mediciones de estrellas en nuestro universo
local. El otro método usa el CMB para medir la trayectoria del universo
poco después del Big Bang y luego usa la física para describir el universo y
extrapolar a la velocidad de expansión actual. Juntas, las mediciones
deberían proporcionar una prueba de extremo a extremo de nuestra comprensión
básica del llamado "Modelo Estándar" del universo. Sin embargo,
las piezas no encajan.
Utilizando el
Hubble y los datos recién publicados de Gaia, el equipo de Riess midió la tasa
actual de expansión en 73.5 kilómetros (45.6 millas) por segundo por
megaparsec. Esto significa que por cada 3,3 millones de años luz más
lejanos, una galaxia es de nosotros, parece moverse 73,5 kilómetros por segundo
más rápido. Sin embargo, los resultados de Planck predicen que el universo
debería expandirse hoy a solo 67.0 kilómetros (41.6 millas) por segundo por
megaparsec. A medida que las mediciones de los equipos se han vuelto cada
vez más precisas, el abismo entre ellas ha continuado ampliándose, y ahora es
aproximadamente 4 veces el tamaño de su incertidumbre combinada.
A lo largo de
los años, el equipo de Riess ha refinado el valor constante de Hubble mediante
la racionalización y el fortalecimiento de la "escalera de distancia
cósmica", que se utiliza para medir distancias precisas a galaxias
cercanas y lejanas. Compararon esas distancias con la expansión del
espacio, medida por el estiramiento de la luz de las galaxias
cercanas. Usando la velocidad aparente hacia afuera en cada distancia,
calcularon la constante de Hubble.
Para medir las
distancias entre las galaxias cercanas, su equipo usó un tipo especial de
estrella como marcadores cósmicos o marcadores de hito. Estas estrellas
pulsantes, llamadas variables Cefeidas, se iluminan y atenúan a velocidades que
corresponden a su brillo intrínseco. Al comparar su brillo intrínseco con
su brillo aparente visto desde la Tierra, los científicos pueden calcular sus
distancias.
Gaia refinó
aún más este patrón midiendo geométricamente la distancia a 50 variables
Cefeidas en la Vía Láctea. Estas medidas se combinaron con mediciones
precisas de sus brillos del Hubble. Esto permitió a los astrónomos
calibrar con mayor precisión las Cefeidas y luego usar aquellas que se ven
fuera de la Vía Láctea como marcadores de hitos.
"Cuando
usas cefeidas, necesitas distancia y brillo", explicó Riess. Hubble
proporcionó la información sobre el brillo, y Gaia proporcionó la información
de paralaje necesaria para determinar con precisión las
distancias. Parallax es el cambio aparente en la posición de un objeto
debido a un cambio en el punto de vista del observador. Los antiguos
griegos usaron por primera vez esta técnica para medir la distancia de la
Tierra a la Luna.
"Hubble
es realmente increíble como un observatorio de propósito general, pero Gaia es
el nuevo estándar de oro para calibrar la distancia. Está diseñado
especialmente para medir paralaje: para eso está diseñado ", agregó
Stefano Casertano del Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial y miembro
del Equipo SHOES. "Gaia ofrece una nueva capacidad para recalibrar
todas las medidas de distancia pasadas, y parece confirmar nuestro trabajo
anterior. Obtenemos la misma respuesta para la constante de Hubble si
reemplazamos todas las calibraciones previas de la escalera de distancia con
solo las paralaje de Gaia. Es una verificación cruzada entre dos observatorios
muy potentes y precisos ".
El objetivo
del equipo de Riess es trabajar con Gaia para cruzar el umbral de refinación de
la constante de Hubble a un valor de solo un uno por ciento a principios de la
década de 2020. Mientras tanto, los astrofísicos probablemente continuarán
lidiando con la revisión de sus ideas sobre la física del universo temprano.
Los últimos
resultados del equipo Riess se publican en la edición del 12 de julio de Astrophysical Journal .
El Telescopio
Espacial Hubble es un proyecto de cooperación internacional entre la NASA y la
ESA (Agencia Espacial Europea). El Goddard Space Flight Center de la NASA
en Greenbelt, Maryland, administra el telescopio. El Instituto de Ciencia
del Telescopio Espacial (STScI) en Baltimore, Maryland, lleva a cabo
operaciones científicas de Hubble. STScI es operado para la NASA por la
Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía, en Washington,
DC
Créditos
