Un nuevo análisis realizado por un astrónomo de la Universidad de Chicago encuentra concordancia con el Modelo Estándar en el actual «Voltaje Hubble».

Nuestro universo se está expandiendo, pero nuestras dos formas principales de medir la velocidad a la que ocurre esta expansión han dado lugar a diferentes respuestas. Durante los últimos diez años aproximadamente, los astrofísicos se han dividido gradualmente en dos campos: uno que piensa que la diferencia es significativa y el otro que piensa que podría deberse a errores de medición.

Si resulta que los errores son la causa principal del desajuste, eso confirmaría nuestro modelo básico de cómo funciona el universo. La otra posibilidad presenta un hilo que, cuando se tira, sugeriría que se necesita una nueva física fundamental faltante para coserlo. Durante varios años, cada nueva evidencia de telescopio dio la vuelta al argumento, dando lugar a lo que se ha llamado el «Voltaje Hubble».

Wendy Freedman, reconocida astrónoma y profesora de astronomía y astrofísica en la Universidad de Chicago John y Marion Sullivan, realizó algunas de las mediciones originales de la tasa de expansión del universo que dieron como resultado un valor más alto de la constante de Hubble. Pero en un nuevo artículo de revisión aceptado por el Diario de astrofísica, Freedman proporciona una descripción general de los avistamientos más recientes. Su conclusión: las últimas observaciones están comenzando a cerrar la brecha.

Es decir, puede que no haya un conflicto después de todo, y nuestro modelo estándar del universo no necesita ser alterado significativamente.

La velocidad a la que se expande el universo se llama constante de Hubble, que lleva el nombre del ex alumno de UCicago Edwin Hubble, SB 1910, PhD 1917, quien descubrió la expansión del universo en 1929. Los científicos quieren determinar esta velocidad con precisión, porque la constante de Hubble es vinculado a la edad del universo y su evolución en el tiempo.

Ha aparecido una arruga sustancial durante la última década cuando los resultados de los dos métodos de medición principales han comenzado a divergir. Pero los científicos todavía están debatiendo la importancia del desajuste.

Una forma de medir la constante de Hubble es observar la luz muy débil que dejó el Big Bang, llamada fondo cósmico difuso. Esto se ha hecho tanto en el espacio como en tierra con instalaciones como el South Pole Telescope liderado por UChicago. Los científicos pueden integrar estas observaciones en su «modelo estándar» del universo temprano y avanzar en el tiempo para predecir cuál debería ser la constante de Hubble hoy; obtienen una respuesta de 67,4 kilómetros por segundo por megaparsec.

El otro método consiste en observar las estrellas y galaxias del universo cercano y medir sus distancias y la rapidez con que se alejan de nosotros. Freedman ha sido un destacado experto en este método durante muchas décadas; en 2001, su equipo realizó una de las mediciones más importantes utilizando el Telescopio Espacial Hubble para obtener imágenes de estrellas llamadas Cefeidas. El valor que encontraron fue 72. Freedman continuó midiendo cefeidas durante los años siguientes, examinando más datos del telescopio cada vez; sin embargo, en 2019, ella y sus colegas publicaron una respuesta basada en un método completamente diferente usando estrellas llamadas gigantes rojas. La idea era hacer una referencia cruzada de las Cefeidas con un método independiente.

Las gigantes rojas son estrellas muy grandes y brillantes que siempre alcanzan el mismo pico de brillo antes de desaparecer rápidamente. Si los científicos pueden medir con precisión la luminosidad máxima real o intrínseca de las gigantes rojas, entonces pueden medir las distancias a sus galaxias anfitrionas, una parte esencial pero difícil de la ecuación. La pregunta clave es qué tan precisas son estas mediciones.

La primera versión de este cálculo en 2019 utilizó una sola galaxia muy cercana para calibrar la luminosidad de las estrellas gigantes rojas. Durante los últimos dos años, Freedman y sus colaboradores han calculado números para varias galaxias y poblaciones de estrellas diferentes. «Ahora hay cuatro formas independientes de calibrar la luminosidad del Gigante Rojo, y coinciden en un 1% entre sí», dijo Freedman. «Esto nos dice que es una muy buena forma de medir la distancia».

“Tenía muchas ganas de echar un vistazo de cerca tanto a las Cefeidas como a los Gigantes Rojos. Conozco bien sus fortalezas y debilidades ”, dijo Freedman. “Llegué a la conclusión de que no necesitamos una nueva física fundamental para explicar las diferencias entre las tasas de expansión local y remota. Los nuevos datos de la gigante roja muestran que son consistentes. «

Taylor Hoyt, un estudiante graduado de la Universidad de Chicago, que ha realizado mediciones de estrellas gigantes rojas en galaxias ancla, agregó: “Seguimos midiendo y probando estrellas en la rama gigante roja de diferentes maneras, y continúan superando nuestras expectativas. . «

El valor de la constante de Hubble que el equipo de Freedman obtiene de las gigantes rojas es 69,8 km / s / Mpc, prácticamente el mismo valor derivado del experimento de fondo cósmico difuso. «No se requieren nuevas físicas», dijo Freedman.

Los cálculos que utilizan estrellas Cefeidas siempre dan números más altos, pero según el análisis de Freedman, la diferencia puede no ser preocupante. “Las estrellas cefeidas siempre han sido un poco más ruidosas y un poco más complicadas de comprender por completo; estas son estrellas jóvenes en las regiones activas de formación de estrellas de las galaxias, y eso significa que es posible que cosas como el polvo o la contaminación de otras estrellas sesguen sus mediciones ”, explicó.

En su opinión, el conflicto se puede resolver con mejores datos.

El año que viene, cuando esté previsto el lanzamiento del telescopio espacial James Webb, los científicos comenzarán a recopilar estas nuevas observaciones. Freedman y sus colegas ya han asegurado tiempo en el telescopio para un programa importante para realizar más mediciones de cefeidas y estrellas gigantes rojas. “Webb nos dará mayor sensibilidad y resolución, y los datos mejorarán muy, muy pronto”, dijo.

Pero mientras tanto, quería echar un vistazo de cerca a los datos existentes, y lo que encontró fue que muchos de ellos realmente coinciden.

“Así es como funciona la ciencia”, dijo Freedman. “Patea los neumáticos para ver si algo se desinfla, y hasta ahora ningún pinchazo. «

Algunos científicos que buscan un desajuste fundamental podrían sentirse decepcionados. Pero para Freedman, cualquier respuesta es emocionante.

«Todavía hay espacio para la nueva física, pero incluso si no lo hubiera, mostraría que el modelo estándar que tenemos es básicamente correcto, lo que también es una conclusión profunda a la que llegar», declaró. “Esto es lo interesante de la ciencia: no conocemos las respuestas de antemano. Aprendemos sobre la marcha. Es un momento realmente emocionante para estar en el campo.

Referencia: «Medidas de la constante de Hubble: tensiones en perspectiva» por Wendy Freedman, 30 de junio de 2021, El diario de astrofísica.