La medición más precisa hasta el momento de la rapidez con la que se está expandiendo el Universo muestra que tenemos un problema real y grave entre manos.
La colaboración internacional H0DN (un informe de consenso comunitario sobre la constante de Hubble) ha reasignado los marcadores que utilizamos para medir la expansión cósmica, creando un marco que fija la velocidad en 73,5 kilómetros por segundo por megaparsec para el Universo local, con una certeza de 7 sigma.
El problema es que las mediciones independientes aún arrojan una velocidad de 67,24 kilómetros por segundo por megaparsec para el Universo temprano, y estos nuevos esfuerzos no nos han acercado más a resolver la discrepancia, conocida como tensión de Hubble.
Abróchate el cinturón, te lo podemos explicar.
Nuestro Universo surgió hace unos 13.800 millones de años y desde entonces no ha dejado de expandirse. La velocidad a la que lo hace se conoce como constante de Hubble, o H0, y es una de las medidas fundamentales que utilizamos para comprender el cosmos que nos rodea.
La constante de Hubble ayuda a calcular la edad y el tamaño del Universo. Nos ayuda a comprender la influencia de la misteriosa energía oscura que impulsa la expansión del Universo. Es uno de los valores necesarios para calcular distancias intergalácticas.
Los astrónomos cuentan con varias herramientas muy precisas para determinar la tasa de H0, y aquí es donde comienzan los problemas.
Todas las herramientas para medirlo en el Universo reciente local dan resultados bastante consistentes, alrededor de 72 a 74 kilómetros por segundo por megaparsec. Las herramientas para medirlo en el Universo temprano y distante también dan resultados bastante consistentes, alrededor de 67 o 68 kilómetros por segundo por megaparsec.
Sin embargo, estas dos épocas no pueden ponerse de acuerdo entre sí, lo que sugiere que nos estamos perdiendo algo importante. La discrepancia se conoce como tensión de Hubble.
La colaboración H0DN abordó el problema centrándose en el Universo local. Para medir H0 en el espacio local, los astrónomos se basan en algo conocido como escalera de distancias cósmicas, donde cada uno de los peldaños de la escalera representa una técnica de medición diferente.
El primer peldaño es el paralaje, que es el cambio aparente en la posición de objetos distantes cuando se ven desde diferentes puntos de vista. A medida que la Tierra se mueve alrededor del Sol, el paralaje de las estrellas nos dice qué tan lejos están.
El segundo peldaño son las estrellas de brillo conocido, como las variables cefeidas. El tercer peldaño son las supernovas de tipo Ia, que tienen un pico de brillo conocido.
Una posible explicación a la tensión del Hubble es que pudo haber habido un error de cálculo en uno de los peldaños de la escala de distancias, que se llevó a cabo hasta la medición final.
Para abordar esto, la colaboración construyó, no una escalera, sino una red de distancia construida a partir de muchas técnicas superpuestas para medir la distancia, incluidas variables cefeidas, estrellas en la punta de la rama gigante roja, variables Mira, megamáseres, supernovas de tipo Ia y tipo II, fluctuaciones del brillo de la superficie, la relación Tully-Fisher y el plano fundamental.
Todos estos proporcionan mediciones precisas de estrellas y galaxias cercanas, algunas de las cuales se superponen entre sí. La Red de Distancia Local combinada sugiere que la constante local de Hubble se sitúa en 73,5 kilómetros por segundo por megaparsec.
Fundamentalmente, los investigadores probaron rigurosamente sus resultados. Intentaron eliminar, por turno, varios de los métodos y telescopios para ver si eliminar uno cambiaba el resultado, lo que habría indicado una falla en ese método.
También intentaron utilizar diferentes conjuntos de datos y cambiar los supuestos en los que se basaba su análisis.
La aguja apenas se movió. Este es el examen más estricto de H0 a nivel local hasta la fecha, y sobrevivió a todo lo que la Colaboración H0DN pudo arrojarle.
Pero las mediciones de H0 en el Universo distante también son sólidas y rondan constantemente la marca de 67 kilómetros por segundo por megaparsec.
En los últimos años, algunos esfuerzos se han centrado en revertir la tensión del Hubble basándose en que nuestras mediciones pueden estar equivocadas. Generalmente, si nuestras dos opciones son el error humano y la física desconocida, el culpable tiende a terminar siendo el primero, por lo que no es una expectativa descabellada.
Sin embargo, esta nueva investigación indica claramente que el problema es realmente real y puede requerir nueva física para resolverlo.
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Los investigadores han puesto su código de red a distancia local a disposición gratuita en GitHub para que otros puedan intentar reproducir los resultados.
“En lugar de servir únicamente para limitar los modelos de energía oscura, como se imaginó hace una década, la precisión mejorada de H0 ahora expone una inconsistencia más amplia dentro del marco cosmológico estándar y fortalece los argumentos a favor de una nueva física o una reevaluación más profunda de las inferencias del Universo temprano”, escribe la Colaboración H0DN.
“La evolución del papel del H0 ya ha remodelado nuestra comprensión de la cosmología de precisión, y es posible que haya más sorpresas en el futuro”.
El artículo ha sido publicado en Astronomy & Astrophysics.