«Puede que no haya un conflicto después de todo» en el debate del universo en expansión

Nuestro universo se está expandiendo, pero nuestras dos formas principales de medir qué tan rápido se está produciendo esta expansión han dado lugar a diferentes respuestas. Durante la última década, los astrofísicos se han dividido gradualmente en dos campos: uno que cree que la diferencia es significativa y otro que piensa que puede deberse a errores de medición.

Si resulta que los errores están causando el desajuste, eso confirmaría nuestro modelo básico de cómo el universo obras. La otra posibilidad presenta un hilo que, cuando se tira, sugeriría que se necesita una nueva física fundamental que falta para volver a unirlo. Durante varios años, cada nueva prueba de los telescopios ha sacudido el argumento de un lado a otro, dando lugar a lo que se ha llamado el «voltaje de Hubble».

Wendy Freedman, una reconocida astrónoma y profesora de astronomía y astrofísica en la Universidad John y Marion Sullivan de la Universidad de Chicago, 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 en Periódico astrofísico, Freedman ofrece una descripción general de las observaciones más recientes. Su conclusión: las últimas observaciones comienzan a cerrar la brecha.

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

La velocidad a la que se expande el universo se llama constante de Hubble, que lleva el nombre del alumno de Chicago Edwin Hubble, SB 1910, Ph.D. 1917, a quien se le atribuye el descubrimiento de la expansión del universo en 1929. Los científicos quieren definir esto con precisión tasa, porque la constante de Hubble está relacionada con la edad del universo y cómo ha evolucionado con el tiempo.

Durante la última década, a medida que los resultados de los dos métodos de medición principales han comenzado a diferir, ha surgido un pliegue sustancial. Pero los científicos todavía están debatiendo el significado del desajuste.

Una forma de medir la constante de Hubble es observar la luz muy tenue que quedó del Big Bang, llamada fondo cósmico de microondas. Esto se ha hecho tanto en el espacio como en tierra con instalaciones como el Telescopio del Polo Sur dirigido por UChicago. Los científicos pueden insertar 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 es mirar estrellas y galaxias del universo cercano y medir sus distancias y la velocidad a la que se alejan de nosotros. Freedman ha sido uno de los principales expertos en este método durante muchas décadas; en 2001, su equipo realizó una de las mediciones fundamentales utilizando el Telescopio Espacial Hubble para fotografiar estrellas llamadas Cefeidas. El valor que encontraron fue 72. Freedman continuó midiendo las cefeidas durante los siguientes años, revisando 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 controlar las cefeidas mediante 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 el brillo máximo real o inherente 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 el brillo de las estrellas gigantes rojas. Durante los últimos dos años, Freedman y sus colaboradores han estado analizando el número de diferentes galaxias y poblaciones estelares. «Ahora hay cuatro formas independientes de calibrar la luminosidad de la gigante roja y coinciden en un 1% entre sí», dijo Freedman. «Esto nos dice que es una excelente manera de medir la distancia».

«Tenía muchas ganas de mirar de cerca tanto a las Cefeidas como a las gigantes rojas. Conozco bien sus fortalezas y debilidades», dijo Freedman. «He llegado a la conclusión de que no necesitamos una nueva física fundamental para explicar las diferencias en las tasas de expansión local y distante. Los nuevos datos de la gigante roja muestran que son consistentes».

Taylor Hoyt, estudiante graduado de la Universidad de Chicago, quien tomó medidas de estrellas gigantes rojas en galaxias ancla, agregó: «Seguimos midiendo y probando las estrellas ramificadas de la 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 de microondas cósmico. «No se necesita nueva física», dijo Freedman.

Los cálculos que utilizan estrellas Cefeidas todavía 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; son estrellas jóvenes en las regiones activas de formación de estrellas de las galaxias, y eso significa que existe la posibilidad de que cosas como el polvo o la contaminación de otras estrellas expulsen su medidas «, explicó.

Según ella, el conflicto se puede resolver con mejores datos.

El próximo año, cuando esté programado el lanzamiento del telescopio espacial James Webb, los científicos comenzarán a recopilar estas nuevas observaciones. Freedman y sus colaboradores ya han asegurado tiempo en el telescopio para un programa importante para realizar múltiples mediciones tanto de cefeidas como de gigantes rojas. «Webb nos dará más sensibilidad y resolución y los datos mejorarán muy, muy pronto», dijo.

Pero mientras tanto, quería echar un vistazo más de cerca a los datos existentes, y lo que descubrió es que la mayoría realmente concuerda.

«Así es como funciona la ciencia», dijo Freedman. «Patea las llantas para ver si algo se desinfla, y hasta ahora no hay llantas desinfladas».

Algunos científicos que han aplaudido una discrepancia fundamental pueden sentirse decepcionados. Pero para Freedman, ambas respuestas son emocionantes.

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