Expansión acelerada del Universo. Créditos: Diseño Alex Mittelmann, Coldcreation. Licencia: CC BY-SA 3.0

Los astrónomos han realizado una nueva medición de la rapidez con la que se expande el universo, utilizando un tipo de estrella completamente diferente a los anteriores. La medida revisada, que proviene del Telescopio Espacial Hubble de la NASA, cae en el centro de una cuestión muy debatida en astrofísica que puede conducir a una nueva interpretación de las propiedades fundamentales del universo.

Los científicos han sabido durante casi un siglo que el universo se está expandiendo, lo que significa que la distancia entre las galaxias en todo el universo es cada vez más amplia cada segundo. Pero exactamente cuan rápido se extiende el espacio, un valor conocido como la constante de Hubble, ha permanecido obstinadamente esquivo.

Ahora, la profesora de la Universidad de Chicago, Wendy Freedman, y sus colegas tienen una nueva medida de la tasa de expansión en el universo moderno, lo que sugiere que el espacio entre las galaxias se está extendiendo más rápido de lo que los científicos esperarían. Freedman es uno de varios estudios recientes que apuntan a una molesta discrepancia entre las mediciones de expansión modernas y las predicciones basadas en el universo como era hace más de 13 mil millones de años, según lo medido por el satélite Planck de la Agencia Espacial Europea.

A medida que más investigaciones apuntan a una discrepancia entre las predicciones y las observaciones, los científicos están considerando si es posible que necesiten idear un nuevo modelo para la física subyacente del universo para poder explicarlo.

diagram depicting means of measuring Hubble constant
Estas galaxias se seleccionan de un programa del telescopio espacial Hubble para medir la tasa de expansión del universo, llamada constante de Hubble. El valor se calcula comparando las distancias de las galaxias con la tasa aparente de recesión lejos de la Tierra (debido a los efectos relativistas de la expansión del espacio). Al comparar el brillo aparente de las estrellas gigantes rojas de las galaxias con las gigantes rojas cercanas, cuyas distancias se midieron con otros métodos, los astrónomos pueden determinar qué tan lejos está cada una de las galaxias anfitrionas. Esto es posible porque las gigantes rojas son marcadores de hitos confiables porque todos alcanzan el mismo brillo máximo en su evolución tardía. Y esto se puede utilizar como una «vela estándar» para calcular la distancia. La exquisita nitidez y sensibilidad del Hubble permitió encontrar gigantes rojas en los halos estelares de las galaxias anfitrionas. Las gigantes rojas fueron buscadas en los halos de las galaxias. La fila central muestra el campo de visión completo del Hubble. La fila inferior se acerca aún más a los campos del Hubble. Las gigantes rojas se identifican con círculos amarillos. Créditos: NASA, ESA, W. Freedman (Universidad de Chicago), ESO y Digital Sky Survey

«La constante de Hubble es el parámetro cosmológico que establece la escala absoluta, el tamaño y la edad del universo; es una de las formas más directas que tenemos de cuantificar cómo evoluciona el universo», dijo Freedman. «La discrepancia que vimos antes no ha desaparecido, pero esta nueva evidencia sugiere que el jurado aún está deliberando sobre si existe una razón inmediata y convincente para creer que hay algo fundamentalmente defectuoso en nuestro modelo actual del universo».

En un nuevo artículo aceptado para su publicación en The Astrophysical Journal, Freedman y su equipo anunciaron una nueva medición de la constante de Hubble utilizando una especie de estrella conocida como gigante roja. Sus nuevas observaciones, realizadas con Hubble, indican que la tasa de expansión para el universo cercano es poco menos de 70 kilómetros por segundo por megaparsec (km / seg / Mpc). Un parsec equivale a 3,26 años luz de distancia.

Esta medida es ligeramente menor que el valor de 74 km / seg / Mpc informado recientemente por el equipo SH0ES (Supernovas H0 para la ecuación de estado) del Hubble utilizando variables Cefeidas, que son estrellas que pulsan a intervalos regulares que corresponden a su brillo máximo. Este equipo, dirigido por Adam Riess de la Universidad Johns Hopkins y el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial, Baltimore, Maryland, informó recientemente que refinó sus observaciones con la mayor precisión hasta la fecha para su técnica de medición de distancia cefeida.

Cómo medir la expansión

Un desafío central en la medición de la tasa de expansión del universo es que es muy difícil calcular con precisión las distancias a los objetos distantes.

En 2001, Freedman dirigió un equipo que utilizó estrellas distantes para realizar una medición histórica de la constante de Hubble. El equipo del Proyecto Clave del Telescopio Espacial Hubble midió el valor utilizando variables Cefeidas como marcadores de distancia. Su programa concluyó que el valor de la constante de Hubble para nuestro universo era 72 km / seg / Mpc.

Pero más recientemente, los científicos adoptaron un enfoque muy diferente: construir un modelo basado en la estructura ondulante de la luz que quedó del Big Bang, que se llama Fondo Cósmico de Microondas. Las mediciones de Planck permiten a los científicos predecir cómo el universo primitivo probablemente habría evolucionado hasta alcanzar la tasa de expansión que los astrónomos pueden medir hoy. Los científicos calcularon un valor de 67,4 km / seg / Mpc, en desacuerdo significativo con la velocidad de 74,0 km / seg / Mpc medida con estrellas cefeidas.

Los astrónomos han buscado cualquier cosa que pudiera estar causando el desajuste. «Naturalmente, surgen preguntas sobre si la discrepancia proviene de algún aspecto que los astrónomos aún no comprenden acerca de las estrellas que estamos midiendo, o si nuestro modelo cosmológico del universo aún está incompleto», dijo Freedman. «O tal vez sea necesario mejorar ambos».

El equipo de Freedman buscó verificar sus resultados estableciendo un camino nuevo y completamente independiente hacia la constante de Hubble utilizando un tipo de estrella completamente diferente.

Ciertas estrellas terminan su vida como un tipo de estrella muy luminosa llamada gigante roja, una etapa de evolución que nuestro propio Sol experimentará dentro de miles de millones de años. En cierto punto, la estrella sufre un evento catastrófico llamado destello de helio, en el que la temperatura se eleva a unos 100 millones de grados y la estructura de la estrella se reordena, lo que finalmente disminuye drásticamente su luminosidad. Los astrónomos pueden medir el brillo aparente de las estrellas gigantes rojas en esta etapa en diferentes galaxias, y pueden usar esto como una forma de saber su distancia.

La constante de Hubble se calcula comparando los valores de distancia con la velocidad de recesión aparente de las galaxias objetivo, es decir, qué tan rápido parecen alejarse las galaxias. Los cálculos del equipo dan una constante de Hubble de 69,8 km / seg / Mpc, a caballo entre los valores derivados por los equipos de Planck y Riess.

«Nuestro pensamiento inicial fue que si hay un problema que resolver entre las Cefeidas y el Fondo Cósmico de Microondas, entonces el método de la gigante roja puede ser el desempate», dijo Freedman.

Pero los resultados no parecen favorecer fuertemente una respuesta sobre la otra, dicen los investigadores, aunque se alinean más estrechamente con los resultados de Planck.

La próxima misión de la NASA, el Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST), cuyo lanzamiento está programado para mediados de la década de 2020, permitirá a los astrónomos explorar mejor el valor de la constante de Hubble a lo largo del tiempo cósmico. WFIRST, con su resolución similar al Hubble y una vista 100 veces mayor del cielo, proporcionará una gran cantidad de nuevas supernovas de Tipo Ia, variables cefeidas y estrellas gigantes rojas para mejorar fundamentalmente las mediciones de distancia a las galaxias cercanas y lejanas.

El telescopio espacial Hubble es un proyecto de cooperación internacional entre la NASA y la ESA (Agencia Espacial Europea). El Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, administra el telescopio. El Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial (STScI) en Baltimore, Maryland, lleva a cabo las operaciones científicas del Hubble. STScI es operado para la NASA por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía en Washington, D.C.

Traducción no oficial con fines divulgativos del artículo original en Inglés.
Créditos: NASA / Claire Andreoli, Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA, Greenbelt, Maryland. / Ray Villard, Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial, Baltimore, Maryland. / Louise Lerner, Universidad de Chicago, Chicago, Ill.
Redactor versión original inglesa: Rob Garner

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