La medición de la tasa de expansión del Universo abre un interrogante cosmológico

Galaxia M101

Los datos de galaxias como la M101, mostrada aquí, permiten a los científicos calibrar la velocidad de expansión del Universo. Crédito: NASA/CXC/SAO, Detlef Hartmann, NASA/JPL-Caltech.

La medición más precisa hecha jamás de la tasa de expansión actual del Universo ha dado como resultado un valor que parece ser incompatible con las mediciones de la radiación residual del Big Bang. Si se confirman estos datos mediante técnicas independientes, quizás habrá que reescribir las leyes de la cosmología.

Esto puede llegar a significar que la energía oscura – la fuerza desconocida que supuestamente es responsable de la aceleración del Universo – se ha incrementado desde el principio de los tiempos.

“Creo que hay algo en el modelo cosmológico estándar que no comprendemos”, dijo el astrofísico Adam Riess de la Universidad Johns Hopkins en Baltimore, Maryland. Riess fue uno de los descubridores de la energía oscura en 1998 y ha dirigido este último estudio.

Kevork Abazajian, un cosmólogo en la Universidad de California, Irvine, que no está involucrado en el estudio, opina que los resultados tienen el potencial de “convertirse en un factor que transforme la cosmología”.

Los límites de la incertidumbre

En el modelo aceptado en cosmología, el Universo evoluciona principalmente a través de las acciones opuestas de la materia oscura y la energía oscura. La gravedad de la materia oscura tiende a reducir la expansión cósmica, mientras la energía oscura empuja en dirección contraria y provoca la aceleración. Observaciones previas hechas por Riess y otros sugieren que la fuerza de la energía oscura ha sido constante a lo largo de la historia del Universo.

Telescopio CHIME

El telescopio CHIME estudiará la energía oscura en el Universo joven. Crédito: Mark Halpern/Colaboración CHIME.

La mayor parte de los conocimientos científicos acerca de las contribuciones relativas de la materia oscura y la energía oscura provienen de la radiación residual del Big Bang, llamada “radiación de fondo de microondas”. El estudio más exhaustivo del mismo – esencialmente un retrato del Universo joven con una edad de sólo 400,000 años – fue realizado por el Observatorio Planck de la Agencia Espacial Europea hace algunos años. En base a las mediciones del Observatorio Planck, los cosmólogos pueden predecir cómo evoluciona ese joven Universo, incluyendo la velocidad de expansión en cualquier momento de su historia.

Durante años, esas predicciones han estado en contradicción con las mediciones de la tasa actual de expansión cósmica – también conocida como la constante de Hubble. Pero hasta ahora los márgenes de error en esta constante eran de una magnitud que permitía ignorar el desacuerdo.

La constante de Hubble se calcula observando la velocidad en que las galaxias del Universo relativamente cercano se alejan de la Vía Láctea, utilizando estrellas con un brillo intrínseco conocido llamadas “candelas estándar”.

Para su último estudio, el equipo de Riess observó dos tipos de candelas estándar en 18 galaxias utilizando cientos de horas de observación en el Telescopio Espacial Hubble. “Hemos tenido mucho éxito con esto”, comentó Riess.

En su informe, que se publicó online en arXiv el 6 de abril, se indica que la constante fue medida con una incertidumbre del 2.4%, inferior al mejor resultado previo del 3.3%. Descubrieron que la velocidad de la expansión es alrededor de un 8% más rápida de lo indicado por los datos de Planck, según Riess.

El misterio de la materia oscura

Distribución materia oscura

Distribución de la materia oscura en una región del cielo. Crédito: DES.

Si son correctas tanto la nueva medición de la constante de Hubble como las mediciones previas del equipo de Planck, entonces habrá que cambiar cosas en el modelo estándar, indicó Riess. Una posibilidad es que las partículas elementales que constituyen la materia oscura tengan propiedades distintas a las que se les suponen actualmente, lo cual afectaría a la evolución del Universo temprano. Otra opción es que la energía oscura no sea constante, sino que haya aumentado durante las eras recientes.

El investigador en el equipo del Plank François Bouchet, del Instituto de Astrofísica de París, declaró que duda de que el problema resida en la medición del equipo, pero que los nuevos descubrimientos son “estimulantes” sea cual sea finalmente la solución.

Otra opción es que las candelas estándar no sean fiables en lo referente a mediciones de precisión, dijo Wendy Freedman, astrónoma de la Universidad de Chicago, Illinois, quien dirigió la primera medición precisa de la constante de Hubble. Ella y su equipo están trabajando en un método alternativo basado en un tipo distinto de estrellas.

Fuente: Nature

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