El universo se está expandiendo más rápido de lo esperado, sugieren las nuevas mediciones del Hubble

Simulación del Universo del proyecto eAGLE

Un grupo de cosmólogos, dentro de los que se encuentra un premio Nobel, estudió la mayor muestra de supernovas Ia en un intento por detectar irregularidades a gran escala en la distribución de galaxias en un universo local. Sin embargo, para su sorpresa no pudieron encontrar el efecto deseado, lo que refuta la posible influencia de tales características en la determinación de la velocidad de expansión del Universo. Este descubrimiento agrava aún más la discrepancia entre dos métodos fundamentalmente diferentes para determinar el parámetro que caracteriza la velocidad de expansión: la constante de Hubble.

Los autores llegan a la conclusión de que no hay restricciones fundamentales en la determinación de esta cantidad a partir de datos locales con una precisión de aproximadamente el 1%, y esto contradice las estimaciones cosmológicas. Los resultados fueron publicados en The Astrophysical Journal.

La expansión del universo

La expansión cosmológica del universo se puede describir a través de la constante de Hubble. Este valor, medido en kilómetros por segundo por megaparsec, relaciona la tasa de remoción aparente de las galaxias con la distancia a ellas. Este valor se usa generalmente como una de las principales características del universo en su conjunto, junto con la densidad de la materia oscura y la energía oscura, así como varias otras. En particular, la inversa del valor constante de Hubble está estrechamente relacionada con la edad del Universo.

Vale la pena señalar que, como muchos otros términos en astronomía, incluso el nombre en sí puede ser engañoso. En particular, este valor no es constante y cambia con el tiempo. En el Universo temprano, cuando la densidad de energía en masa era mucho mayor, la expansión también ocurrió mucho más rápido. Con el tiempo, la tasa de expansión se desaceleró y la constante de Hubble, respectivamente, disminuyó a los valores observados en la era moderna.

Existen varios métodos fundamentalmente diferentes para determinar este valor, entre los cuales hay dos principales. Una de ellas se basa en el análisis de la radiación de fondo de microondas, es decir, falta de homogeneidad en el plasma primario que existió 380 mil años después del Big Bang. La determinación exacta de los parámetros para el Universo temprano nos permite calcular el valor actual de la constante de Hubble.

El segundo método está relacionado con la construcción directa de la dependencia de la tasa de escape de las galaxias en la distancia a ellas. Esto es posible solo en el Universo local y está plagado de dificultades considerables, ya que en astronomía es imposible llegar a una única medida de distancia adecuada para cualquier situación. A este respecto, es necesario usar varias escalas de distancia diferentes que conforman una única escalera: utilizando métodos que son válidos para distancias cortas, verifican y calibran de manera adecuada para objetos más distantes y luego se repiten en varias iteraciones.


Inconsistencias en la definición de la constante de Hubble por varios métodos. El área azul corresponde a la construcción de la dependencia de la velocidad en la distancia con el uso de una escala de distancia, y el área roja corresponde a las mediciones basadas en la radiación de fondo de microondas. Los primeros datos del satélite Planck (P13) indicaron una contradicción significativa. En el futuro, las observaciones de las ondas gravitacionales deberían ayudar a resolver el problema, pero en este momento los errores de este método son demasiado grandes (marcados en verde).
Ezquiaga JM y Zumalacárregui M / Front. Astron. Space Sci., 2018

Los valores de la constante de Hubble moderna obtenidos por diferentes métodos siempre han sido algo diferentes. Sin embargo, debido a la existencia de inexactitudes significativas, se superponen dentro de los límites de los errores. La situación ha cambiado significativamente con la recepción de los resultados del satélite europeo "Plank": este dispositivo, que investigó el fondo de fondo de microondas, pudo obtener estimaciones significativamente más precisas que ya no corresponden a otros métodos.

Los resultados del observatorio espacial hablan a favor de H0 = 67.4 ± 0.5 km/s/Mpc, mientras que las mediciones en el Universo local - 74.03 ± 1.42 km/s/Mpc. Esta situación se denomina "tensión del Hubble" y muchos científicos la consideran uno de los mayores problemas de la cosmología moderna.

El nuevo trabajo

Los científicos han presentado muchas explicaciones posibles para la contradicción observada, a partir de los errores de uno o ambos métodos. Ahora, en el trabajo bajo el liderazgo de uno de los principales partidarios del mayor valor de la constante del Hubble, el ganador del Premio Nobel Adam Riess de la Universidad Johns Hopkins, se prueba una de las hipótesis propuestas, según la cual el Universo local se caracteriza por una significativa falta de materia en comparación con otras áreas.

Para aclarar este problema, los científicos compilaron la muestra más grande en el momento de supernovas Ia con un cambio al rojo de 0.01 a 2.26, un total de 1,295 eventos. Estos brillantes destellos de estrellas se utilizan como velas estándar, porque su luminosidad máxima absoluta es la misma, lo que hace posible estimar la distancia en función del brillo observado.

Como resultado, los autores pudieron refutar con gran precisión la idea de una falta significativa (20% o más) de materia en el Universo local. Además, no fue posible encontrar indicios de la existencia de un salto en la constante de Hubble, lo que podría deberse a la presencia de un borde vacío nítido, un área enorme del espacio con un pequeño número de galaxias, una "burbuja" en la espumosa estructura a gran escala del Universo.

La contradicción en las estimaciones de la tasa de expansión del universo ha aumentado en los últimos años. En particular, la confusión se vio reforzada por las dimensiones finitas de las galaxias y los recientes refinamientos de la escala de distancia de acuerdo con los telescopios espaciales Hubble y Gaia. Existe la esperanza de que la situación se resuelva con el descubrimiento de un gran número de ondas gravitacionales, pero la acumulación de las estadísticas necesarias tendrá que esperar al menos varios años.
 

Victor Román
Esta noticia ha sido publicada originalmente en N+1, ciencia que suma.

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