NASA, ESA, A. Riess (STScI / JHU) y Palomar Digitized Sky Survey
El universo actualmente se está expandiendo un 9% más rápido que el universo primitivo, lo que obliga a los astrónomos a reconsiderar algunos aspectos fundamentales del cosmos.
Desde hace un tiempo, los astrónomos han estado enfrentando un dilema. Los estudios del universo temprano, observando la era justo después del Big Bang, nos dicen que el cosmos debería expandirse a una velocidad. Pero cuando los astrónomos realmente miden el universo de hoy, encuentran una velocidad de expansión más rápida .
Los científicos han sabido que el universo se está expandiendo por alrededor de un siglo. Astrónomos como Edwin Hubble notaron por primera vez que cada galaxia distante que podían medir parecía alejarse de la Tierra, y cuanto más lejos estaban, más rápido retrocedían.
En años más recientes, los astrónomos han medido la tasa de expansión del universo actual con el Telescopio Espacial Hubble. Y misteriosamente, el número que encontró para nuestra expansión actual fue de alrededor del 9 por ciento de la tasa de expansión del universo temprano, según lo medido por la nave espacial Planck de la Agencia Espacial Europea. En ese momento, los astrónomos dijeron que las probabilidades eran algo así como 1 en 3,000 de que los desacuerdos eran una casualidad. Pero en un estudio publicado el miércoles, los científicos dicen que han refinado las mediciones del Hubble, duplicando la idea de que el universo de hoy se está expandiendo más rápido de lo que era en el pasado y reduciendo las probabilidades de un error a 1 en 100,000. En este punto, algo es definitivamente sospechoso, y los astrónomos deben entender por qué.
Construyendo la escalera de la distancia cósmica.
La Constante de Hubble es una medida de qué tan rápido se está moviendo una galaxia en comparación con lo lejos que está. Y medir la velocidad de una estrella o galaxia es sorprendentemente sencillo. La luz de cualquier objeto cósmico que se aleja de la Tierra se desplaza hacia una frecuencia más baja, colores más rojos, como la forma en que una sirena de ambulancia emite un tono más bajo a medida que se aleja de usted. Cuanto más grande es el cambio, más rápido se mueve el objeto. Pero en realidad medir la distancia a una estrella o galaxia puede ser bastante complicado.
Los científicos que utilizan el Hubble para medir la expansión cósmica están siguiendo una tradición establecida por los pioneros de este campo. Los astrónomos observan las variables Cefeidas, las estrellas que cambian su brillo en escalas de tiempo rítmicas y predecibles, para medir distancias. Es un descubrimiento que podemos agradecer a la astrónoma de Harvard Henrietta Swan Leavitt por; ella descubrió por primera vez que el brillo intrínseco de una de estas estrellas está directamente relacionado con el tiempo que tarda en pasar de oscuro a brillante.
Dado que las estrellas más distantes parecen más tenues, eso significa que los astrónomos pueden usar el tiempo del ciclo de la estrella y su brillo para medir la distancia de la estrella. El propio Edwin Hubble utilizó esta información para realizar una de las primeras mediciones de su constante. Y hoy, astrónomos como el premio Nobel Adam Riess están utilizando el telescopio Hubble para hacer lo mismo, pero con una precisión mucho mayor. Riess es el investigador principal del artículo recientemente publicado , que ha sido aceptado para su publicación en Astrophysical Journal . Dirigió un equipo llamado SH0ES (Supernovas H0 para la ecuación de estado), para determinar la constante de Hubble con una precisión sin precedentes.
Las cefeidas son solo el primer peldaño en la llamada escalera de distancia cósmica. La medición de distancias precisas a las Cefeidas produce distancias a las galaxias más cercanas donde residen. La medición del brillo de las supernovas especiales de Tipo Ia en esas galaxias revela las distancias a galaxias más lejanas donde el mismo tipo de supernova brilla. Y así sucesivamente, construyendo la escalera en una regla para medir el cosmos. Pero cualquier incertidumbre en el primer peldaño de esa escalera se propaga en cada otro paso.
La escala de distancias cósmicas combina estrellas variables y supernovas para medir distancias precisas en el universo.
NASA, ESA y A. Feild (STScI)
Volviendo a medir
Así que Riess y su equipo SH0ES utilizaron las observaciones del Telescopio Espacial Hubble, combinadas con observaciones en tierra, para reducir la incertidumbre en la distancia a las variables Cefeidas en la cercana Gran Nube de Magallanes del 2.5 por ciento al 1.3 por ciento.
Encontraron que las mediciones anteriores de la Constante de Hubble en el universo cercano fueron acertadas. Esto sorprendió a Riess y su equipo porque confirmó desacuerdos anteriores con el telescopio Planck. Que las medidas de la nave espacial fundamentos sobre los inicios del universo, la cartografía de la radiación cósmica de fondo y el cálculo de la proporción de la energía oscura , materia oscura y la materia normal.
Y las mediciones de Riess no están solas, sino en línea con una serie de otras mediciones del universo de hoy. De manera similar, los números de Planck están respaldados por otras mediciones del universo primitivo en los primeros cientos de miles de años después del Big Bang. Ninguno parece probable que cambie en este punto.
"Esto no es solo dos experimentos en desacuerdo", explicó Riess en un comunicado de prensa . “Estamos midiendo algo fundamentalmente diferente. Una es una medida de qué tan rápido se está expandiendo el universo hoy, tal como lo vemos. La otra es una predicción basada en la física del universo primitivo y en las mediciones de qué tan rápido debería expandirse. "Si estos valores no concuerdan, existe una gran probabilidad de que nos falte algo en el modelo cosmológico que conecta las dos eras".
Reconciliar diferencias
No está claro cuál es la solución para que los dos números estén de acuerdo. Y de hecho, en este punto, no está claro si alguna vez estarán de acuerdo. En cambio, se parece más a un verdadero signo de que nuestro universo primitivo se comportó de manera diferente a la actual. Entonces, ¿qué podría causar estos cambios?Si bien la energía oscura, aunque todavía no se comprende bien, se describe mejor como la energía que causa la expansión, desde la primera carrera hacia afuera del Big Bang hasta el movimiento que todavía vemos hoy. Si bien la energía oscura es parte del modelo cosmológico estándar, podría ser que funcionó de manera sorprendente, aumentando la expansión del universo en algún momento después del Big Bang. O Riess sugiere que la clave podría estar en la "radiación oscura" como los neutrinos, partículas que viajan a casi la velocidad de la luz pero que apenas interactúan con la materia normal.Cualquiera que sea la resolución, Riess dice que es probable que tengamos que aceptar que estos dos números son realmente diferentes. Ahora, los astrónomos deben enfocarse en buscar una resolución al encontrar mejores modelos de nuestro universo.
