El gran debate sobre cosmología comenzó hace un siglo y continúa

Los astrónomos y cosmólogos no son conocidos por ser increíbles con los adjetivos. Tomemos como ejemplo el Very Large Telescope, el Very Large Telescope o el European Extremely Large Telescope, o incluso el Big Bang. Pero no se equivocaron respecto del acontecimiento de 1920 al que ahora se hace referencia como el Gran Debate.

Era primavera en la Academia Nacional de Ciencias de Estados Unidos en Washington DC, y dos grandes astrónomos iniciaron uno de los temas más polémicos en el campo con opiniones opuestas sobre lo que denominaron La Escala del Universo. Mira, el universo se está expandiendo. En cada momento, aparece más espacio entre las estrellas y todo se aleja cada vez más. Y, como ahora sabemos, está sucediendo cada vez más rápido.

Esa expansión se explica en los cálculos astronómicos mediante un número llamado constante de Hubble, introducido por el astrónomo Edwin Hubble en 1929. Pero la discusión sobre cuál es ese número (con qué rapidez el universo está creando más universo) comenzó mucho antes de ese año. A principios del siglo XX, muchos científicos pensaban que la Vía Láctea era el universo entero; después de todo, todavía no teníamos la tecnología para ver más allá de nuestra propia galaxia. Unas cuantas manchas extrañas lo cambiaron todo. Al principio, estas manchas se denominaron nebulosas espirales, y los cosmólogos de todo el mundo estaban consumidos por una discusión sobre si estaban dentro de nuestra propia galaxia o si en realidad eran galaxias mismas.

En 1920, toda esa discusión culminó en el Gran Debate. Dos renombrados investigadores, Harlow Shapley y Heber Curtis, dieron charlas preparadas para el público en general sobre si las nebulosas espirales, incluida la que ahora llamamos Andrómeda, eran pequeñas nubes en el borde de nuestra galaxia (lo que significaría que nuestra galaxia era lo único que había allí) o si las nebulosas eran en realidad galaxias más allá de la nuestra, lo que implicaba un universo mucho más grande y salvaje.

El argumento de Shapley se basó en mediciones de la distancia a las estrellas conocidas como variables cefeidas, lo que le llevó a creer que vivíamos en una vasta galaxia de unos 300.000 años luz de ancho. Eso es 10 veces más grande de lo que nadie había pensado anteriormente y, según Shapley, no había forma de que las nebulosas espirales estuvieran más lejos que eso.

Curtis, por otro lado, argumentó que estas extrañas nebulosas eran los llamados universos insulares, es decir, otras galaxias. Había observado explosiones estelares llamadas novas y descubrió que Andrómeda tenía más que el resto de la Vía Láctea. Razonó que si fuera sólo una pequeña parte de nuestra galaxia, ¿por qué tendría tantas más explosiones que cualquier otra parte? Además, las nebulosas espirales parecían moverse extremadamente rápido alrededor de la galaxia. Si realmente se movieran tan rápido, no habría manera de que pudieran estar unidos gravitacionalmente a nuestra galaxia y aún encajar dentro de los modelos de astrofísica prevalecientes en ese momento.

Los dos presentaron sus argumentos en un par de conferencias, seguidas de una serie de artículos, pero no llegaron a ninguna conclusión y no queda ninguna transcripción de las conferencias. En mi opinión, no fue simplemente el Gran Debate, sino el Primer Gran Debate. Si bien finalmente se demostró que Curtis tenía razón, la discusión sobre la constante de Hubble (y, por lo tanto, el tamaño y la edad de nuestro universo) continúa. Y si bien los argumentos actuales se basan en datos más nuevos y mejores que los que teníamos en 1920, están construidos sobre los cimientos establecidos por Shapley y Curtis.

La constante de Hubble se mide en unidades llamadas kilómetros por segundo por megaparsec. Un megaparsec equivale a poco más de 3,25 millones de años luz, lo que lo convierte en una unidad que los astrónomos utilizan para distancias particularmente grandes. Una constante de Hubble de 1 significaría que por cada megaparsec que nos alejamos de nuestra posición en la Tierra, los objetos se alejan de nosotros 1 kilómetro por segundo más rápido. Piénselo de esta manera: si cada metro de espacio se alarga 1 centímetro, entonces algo que antes estaba a 1 metro se aleja un poco, pero algo que antes estaba a 1700 kilómetros se aleja muchísimo. El valor original de la constante de Hubble calculado por el propio Hubble en 1929 era de unos 500 kilómetros por segundo por megaparsec, por lo que pensó que por cada megaparsec que nos alejamos de la Tierra, las galaxias se alejaban 500 kilómetros por segundo más rápido.

Esa cifra fue inmediatamente controvertida. Por un lado, si asumimos que el universo se ha estado expandiendo a un ritmo uniforme desde su creación (algo que comúnmente asumíamos entonces, aunque ahora ya no se cree que sea cierto) eso significaría que la edad del universo era de aproximadamente 2 mil millones de años. Y a partir de la datación radiactiva de las rocas, ya sabíamos en la década de 1920 que la Tierra tenía al menos 2 mil millones de años, si no más. Entonces, si la constante de Hubble fuera 500, eso podría significar que nuestro planeta era más antiguo que el universo, lo cual no podría ser cierto.

Aproximadamente en la década de 1980, las cosas habían cristalizado de tal manera que la mayoría de los astrónomos mantenían una de dos opiniones sobre la constante de Hubble. Fue como un gran debate en cámara lenta, esta vez entre el astrónomo francés Gérard de Vaucouleurs y el estadounidense Allan Sandage. De Vaucouleurs pensó que la constante de Hubble era de aproximadamente 100, y Sandage pensó que era más baja, alrededor de 50. Estaban usando métodos similares, pero cada uno estaba en desacuerdo con las suposiciones y mediciones del otro. Escribieron artículos sobre esto durante más de una década, y ninguno cedió.

Las cosas empezaron a moverse nuevamente en los años 90, cuando una vez más los telescopios mejoraron enormemente con el lanzamiento del Telescopio Espacial Hubble y la llegada de una joven cosmóloga llamada Wendy Freedman. Lideró lo que se dio en llamar el Proyecto Clave Hubble, que midió todo tipo de objetos (incluidas las variables cefeidas, supernovas y otras llamadas velas estándar, cuyas luminosidades predecibles los hacen tan importantes para comprender la constante de Hubble) con mucha más precisión de la que habíamos tenido acceso antes. Este esfuerzo finalmente condujo a un valor para la constante de Hubble de aproximadamente 72. Con el tiempo, todos los demás métodos que usaban velas estándar para medir distancias convergieron lentamente en el mismo valor. Incluso las mediciones de velas estándar más recientes se mantienen en una constante de Hubble de aproximadamente 73 kilómetros por segundo por megaparsec.

Eso significa que la discusión sobre la constante de Hubble quedó resuelta, ¿verdad? Mucho no. A principios de la década de 2000, los astrónomos comenzaron a utilizar el fondo cósmico de microondas (CMB), los restos de luz del Big Bang, para medir la expansión del universo. Mientras que todas las demás mediciones directas se denominan escalera de distancias locales, este método se basa en medir el estado del universo primitivo y extrapolarlo utilizando nuestros mejores modelos del universo. El método CMB produce una constante de Hubble de aproximadamente 67.

Ahora, una vez más, tenemos otro Gran Debate: el tercero, si estamos contando. Esta vez no se trata de 50 contra 100; son 67 contra 73, así que nos estamos acercando. Pero ambas partes son igualmente inflexibles en que no hay problemas con sus mediciones.

Lo que viene junto con el debate sobre cuál constante de Hubble es la correcta es otro debate más amplio: ¿podrían ser correctas ambas mediciones? Conocida como tensión de Hubble, esto sugiere que a medida que las mediciones de la escala de distancias se vuelven cada vez más precisas y a medida que descartamos más y más posibles fuentes de error, el argumento de que ambas tienen razón se vuelve cada vez más fuerte, lo que podría significar que necesitamos una física completamente nueva en la que aún no hemos pensado.

Esta versión moderna del Gran Debate es más compleja que nunca, por lo que será aún más difícil de resolver, a pesar de que las dos partes están más juntas que nunca. Para llegar a una conclusión final, necesitaremos métodos más independientes para medir la constante de Hubble. Freedman está trabajando en un par de ellos que utilizan diferentes tipos de estrellas, y otros astrónomos están utilizando métodos más exóticos que implican analizar la propagación de la gravedad a través del universo para alcanzar mediciones completamente independientes de la expansión cósmica. Por ahora, los debates continúan.