Estudio: Los valores contradictorios de la constante de Hubble no se deben a un error de medición

Los astrónomos han realizado nuevas mediciones de la constante de Hubble, una medida de la rapidez con la que se expande el Universo, combinando datos del Telescopio Espacial Hubble y el Telescopio Espacial James Webb. Sus resultados confirmaron la precisión de la medición anterior del Hubble del valor de la Constante, según su reciente artículo publicado en The Astrophysical Journal Letters, con implicaciones para una discrepancia de larga data en los valores obtenidos por diferentes métodos de observación conocidos como la «tensión de Hubble».

Hubo un tiempo en el que los científicos creían que el Universo era estático, pero eso cambió con la teoría general de la relatividad de Albert Einstein. Alexander Friedmann publicó un conjunto de ecuaciones en 1922 que mostraban que el Universo podría en realidad estar expandiéndose, y Georges Lemaitre más tarde hizo una derivación independiente para llegar a la misma conclusión. Edwin Hubble confirmó esta expansión con datos de observación en 1929. Antes de esto, Einstein había estado intentando modificar la relatividad general añadiendo una constante cosmológica para obtener un universo estático a partir de su teoría; Según la leyenda, después del descubrimiento de Hubble, se refirió a ese esfuerzo como su mayor error.

Como se informó anteriormente, la Constante de Hubble es una medida de la expansión del Universo expresada en unidades de kilómetros por segundo por megaparsec. Así, cada segundo, cada megapársec del Universo se expande una determinada cantidad de kilómetros. Otra forma de pensar en esto es en términos de un objeto relativamente estacionario a un megaparsec de distancia: cada segundo, se aleja una cantidad de kilómetros más.

¿Cuantos kilometros? Ese es el problema aquí. Básicamente, existen tres métodos que los científicos utilizan para medir la constante de Hubble: observar objetos cercanos para ver qué tan rápido se mueven, ondas gravitacionales producidas por la colisión de agujeros negros o estrellas de neutrones, y medir pequeñas desviaciones en el resplandor del Big Bang conocido como Fondo Cósmico de Microondas (CMB). Sin embargo, los distintos métodos han arrojado valores diferentes. Por ejemplo, el seguimiento de supernovas distantes produjo un valor de 73 km/s Mpc, mientras que las mediciones del CMB utilizando el satélite Planck produjeron un valor de 67 km/s Mpc.

El año pasado, los investigadores hicieron una tercera medida independiente de la expansión del Universo rastreando el comportamiento de una supernova con lente gravitacional, donde la distorsión en el espacio-tiempo causada por un objeto masivo actúa como una lente para magnificar un objeto en el fondo. Todos los mejores ajustes de esos modelos terminaron ligeramente por debajo del valor de la constante de Hubble derivada del CMB, y la diferencia se encuentra dentro del error estadístico. Los valores más cercanos a los derivados de mediciones de otras supernovas se ajustaban considerablemente peor a los datos. El método es nuevo y presenta incertidumbres considerables, pero proporcionó un medio independiente para llegar a la constante de Hubble.

«Lo medimos utilizando información del fondo cósmico de microondas y obtuvimos un valor», escribió el editor de Ars Science, John Timmer. «Y lo hemos medido usando la distancia aparente a los objetos en el Universo actual y obtuvimos un valor que difiere en aproximadamente un 10 por ciento. Por lo que cualquiera puede decir, no hay nada malo en ninguna de las mediciones, y no hay una manera obvia de saberlo. hacer que se pongan de acuerdo.» Una hipótesis es que el Universo temprano experimentó brevemente algún tipo de «patada» de la gravedad repulsiva (similar a la noción de energía oscura) que luego misteriosamente se apagó y desapareció. Pero sigue siendo una idea especulativa, aunque potencialmente apasionante para los físicos.

Esta última medición se basa en la confirmación del año pasado basada en datos de Webb de que las mediciones del Hubble sobre la tasa de expansión eran precisas, al menos para los primeros «peldaños» de la «escalera de distancias cósmicas». Pero todavía existía la posibilidad de errores aún no detectados que podrían aumentar cuanto más profundo (y por lo tanto más atrás en el tiempo) se mire al Universo, particularmente para mediciones de brillo de estrellas más distantes.

Así que un nuevo equipo realizó observaciones adicionales de estrellas variables Cefeidas (un total de 1.000 en cinco galaxias anfitrionas a una distancia de hasta 130 millones de años luz) y las correlacionó con los datos del Hubble. El telescopio Webb es capaz de ver más allá del polvo interestelar que ha hecho que las imágenes del propio Hubble de esas estrellas sean más borrosas y superpuestas, de modo que los astrónomos puedan distinguir más fácilmente entre estrellas individuales.

Los resultados confirmaron aún más la precisión de los datos del Hubble. «Ahora hemos abarcado todo el rango de lo que observó el Hubble y podemos descartar un error de medición como la causa de la tensión del Hubble con muy alta confianza», dijo el coautor y líder del equipo Adam Riess, físico de Johns Hopkins. Universidad. «La combinación de Webb y Hubble nos brinda lo mejor de ambos mundos. Descubrimos que las mediciones del Hubble siguen siendo confiables a medida que ascendemos en la escala de distancias cósmicas. Una vez negados los errores de medición, lo que queda es la posibilidad real y emocionante de que hayamos entendido mal el Universo”.

The Astrophysical Journal Letters, 2024. DOI: 10.3847/2041-8213/ad1ddd (Acerca de los DOI).