Cualquiera que haya medido algo dos veces, como el ancho de una puerta, y obtenido dos respuestas diferentes sabe lo molesto que puede ser. Ahora imagina que eres físico y lo que estás midiendo nos dice algo fundamental sobre el Universo. Hay una serie de ejemplos como este: parece que no podemos obtener mediciones para estar de acuerdo sobre cuánto tiempo sobreviven los neutrones fuera de los núcleos atómicos, por ejemplo.
Pero pocos de estos son más fundamentales para el comportamiento del Universo como desacuerdos sobre lo que se llama la Constante de Hubble, una medida de la rapidez con la que se expande el Universo. Lo hemos medido usando información en el fondo cósmico de microondas y obtuvimos un valor. 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 de malo en ninguna de las medidas, y no hay una manera obvia de lograr que estén de acuerdo.
Ahora, los investigadores han logrado hacer una tercera medida independiente de la expansión del Universo al rastrear el comportamiento de una supernova con lentes gravitacionales. Cuando se descubrió por primera vez, la lente había creado cuatro imágenes de la supernova. Pero algún tiempo después, apareció un quinto, y ese retraso de tiempo está influenciado por la expansión del Universo y, por lo tanto, la constante de Hubble.
constante inconsistente
La constante de Hubble es una medida de la expansión del Universo, como puede ver en sus unidades, que son kilómetros por segundo por Megaparsec. Entonces, cada segundo, cada Megaparsec del Universo se expande en una cierta 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 varios kilómetros más.
¿Cuantos kilometros? Ese es el problema aquí. Las mediciones del Fondo Cósmico de Microondas usando el satélite Planck produjeron un valor de 67 km/s Mpc. Los realizados mediante el seguimiento de supernovas distantes producen un valor de 73 km/s Mpc. No estamos seguros de por qué esas medidas deberían diferir, o si hay un problema técnico con una de ellas que aún no hemos identificado. Pero se considera un problema importante sin resolver.
El nuevo trabajo implica una tercera forma de medir la distancia que es independiente de las otras dos. Se basa en lentes gravitacionales, donde la distorsión en el espacio-tiempo causada por un objeto masivo actúa como una lente para ampliar un objeto en el fondo. Dado que estos no son lentes de calidad óptica perfecta, a menudo hay algunas distorsiones e irregularidades. Esto hace que la luz del objeto de fondo tome diferentes caminos hacia la Tierra y, por lo tanto, un solo objeto puede aparecer en varios lugares diferentes distribuidos alrededor de la lente.
A escalas cosmológicas, esos caminos también pueden requerir que la luz viaje distancias muy diferentes para llegar a la Tierra. Y, dado que la luz viaja a una velocidad finita, significa que podemos mirar un solo objeto tal como era en diferentes veces. El año pasado, por ejemplo, los investigadores identificaron una sola imagen del telescopio espacial Hubble que capturó una supernova tal como era en tres momentos diferentes después de su explosión.
El nuevo trabajo se centra en una instancia similar, una supernova identificada por primera vez en 2014 y ahora llamada SN Refsdal, en honor al astrónomo que propuso por primera vez usar explosiones con lentes para realizar mediciones. Cuando se detectó por primera vez, el distante SN Refsdal fue captado por un cúmulo de galaxias llamado MACS J1149.6+2223, que creó cuatro imágenes distintas de él. Pero los estudios de la lente formada por MACS J1149.6+2223 rápidamente mostraron que crearía una imagen adicional aproximadamente un año después.
Esas predicciones resultaron ser correctas. Las imágenes tomadas a fines de 2015 identificaron la quinta imagen del evento creado por la lente gravitacional.