Nuestro universo se está expandiendo, pero nuestras dos formas principales de medir qué tan rápido está sucediendo esta expansión han dado como resultado diferentes respuestas. Un astrónomo ofrece una descripción general de las observaciones más recientes. Nueva conclusión: las últimas observaciones comienzan a cerrar la brecha. Es decir, puede que no haya un conflicto después de todo, y nuestro modelo estándar del universo no necesita ser modificado significativamente.

Si resulta que los errores están causando el desajuste, eso confirmaría nuestro modelo básico de cómo funciona el universo. La otra posibilidad presenta un hilo que, cuando se estira y se corta, sugeriría que existe algo de nueva física fundamental que falta para volver a unirlo. Durante varios años, cada nueva evidencia de los telescopios ha ido cambiando el argumento de un lado a otro, dando lugar a lo que se ha llamado la “tensión de Hubble”.

Wendy Freedman, una reconocida astrónoma y profesora de astronomía y astrofísica de la Universidad John y Marion Sullivan en la Universidad de Chicago, realizó algunas de las mediciones originales de la tasa de expansión del universo que dieron como resultado un valor más alto de la constante de Hubble. Pero en un nuevo artículo de revisión aceptado en Astrophysical Journal, Freedman ofrece una descripción general de las observaciones más recientes. Su conclusión: las últimas observaciones están comenzando a cerrar la brecha.

Es decir, puede que no haya un conflicto después de todo, y nuestro modelo estándar del universo no necesita ser modificado significativamente.

PREGUNTAS UNIVERSALES

La velocidad a la que se expande el universo se llama constante de Hubble, en honor al alumno de la Universidad de Chicago, Edwin Hubble, licenciado en matemáticas y astronomía (1910) y doctorado en físicas (1917), a quien se le atribuye el descubrimiento de la expansión del universo en 1929. Los científicos quieren precisar esta velocidad con exactitud, porque la constante de Hubble está ligada a la edad del universo y cómo evolucionó este en el tiempo.

Una arruga sustancial surgió en la última década cuando los resultados de los dos métodos de medición principales comenzaron a divergir. Pero los científicos todavía están debatiendo la importancia del desajuste.

Una forma de medir la constante de Hubble es observar la luz muy tenue que quedó del Big Bang, llamada fondo cósmico de microondas. Esto se ha hecho tanto en el espacio como en tierra con instalaciones como el Telescopio del Polo Sur dirigido por la Universidad de Chicago. Los científicos pueden incorporar estas observaciones en su “modelo estándar” del universo temprano y ejecutarlo en el tiempo para predecir cuál debería ser la constante de Hubble en la actualidad; obtienen una respuesta de 67,4 kilómetros por segundo por megaparsec.

El otro método consiste en observar las estrellas y galaxias del universo cercano y medir sus distancias y la rapidez con que se alejan de nosotros. Freedman ha sido una destacada experta en este método durante muchas décadas; en 2001, su equipo realizó una de las mediciones más importantes utilizando el Telescopio Espacial Hubble para obtener imágenes de estrellas llamadas Cefeidas. El valor que encontraron fue 72.

Freedman ha continuado midiendo Cefeidas en los años posteriores, revisando más datos de telescopios cada vez. Sin embargo, en 2019, ella y sus colegas publicaron una respuesta basada en un método completamente diferente usando estrellas llamadas gigantes rojas. La idea era cotejar las cefeidas con un método independiente.

Prof. Wendy Freedman
Prof. Wendy Freedman

“Así es como avanza la ciencia. Patea las llantas para ver si algo se desinfla y, hasta ahora, ninguna llanta pinchada”

Prof. Wendy Freedman

LAS GIGANTES ROJAS

Las gigantes rojas son estrellas muy grandes y luminosas que siempre alcanzan el mismo brillo máximo antes de desvanecerse rápidamente. Si los científicos pueden medir con precisión el brillo máximo real o intrínseco de las gigantes rojas, entonces pueden medir las distancias a sus galaxias anfitrionas, una parte esencial pero difícil de la ecuación. La pregunta clave es qué tan precisas son esas mediciones.

La primera versión de este cálculo en 2019 utilizó una sola galaxia muy cercana para calibrar la luminosidad de las estrellas gigantes rojas. Durante los últimos dos años, Freedman y sus colaboradores han calculado los números de varias galaxias y poblaciones de estrellas diferentes. “Ahora hay cuatro formas independientes de calibrar las luminosidades de la gigante roja, y están de acuerdo con una diferencia del 1% entre sí”, dijo Freedman. “Eso nos indica que esta es una forma realmente buena de medir la distancia”.

“Tenía muchas ganas de mirar detenidamente tanto a las Cefeidas como a las gigantes rojas. Conozco bien sus fortalezas y debilidades”, dijo Freedman. “He llegado a la conclusión de que no necesitamos una nueva física fundamental para explicar las diferencias en las tasas de expansión local y distante. Los nuevos datos de la gigante roja muestran que son consistentes”.

Taylor Hoyt, estudiante graduado de la Universidad de Chicago, que ha estado midiendo las estrellas gigantes rojas en las galaxias ancla, agregó: “Seguimos midiendo y probando las estrellas ramificadas gigantes rojas de diferentes maneras, y siguen superando nuestras expectativas”.

El valor de la constante de Hubble que el equipo de Freedman obtiene de las gigantes rojas es 69,8 km/s/Mpc, prácticamente el mismo valor que se deriva del experimento de fondo cósmico de microondas. “No se requiere nueva física”, dijo Freedman.

Los cálculos que utilizan estrellas Cefeidas todavía dan números más altos, pero según el análisis de Freedman, la diferencia puede no ser preocupante. “Las estrellas Cefeidas siempre han sido un poco más ruidosas y un poco más complicadas de comprender por completo; son estrellas jóvenes en las regiones activas de formación de estrellas de las galaxias, y eso significa que existe la posibilidad de que cosas como el polvo o la contaminación de otras estrellas alteren sus mediciones”, explicó.

En su opinión, el conflicto se puede resolver con mejores datos.

PATEANDO LOS NEUMÁTICOS

A finales de este año, cuando se espera que se lance el telescopio espacial James Webb, los científicos comenzarán a recopilar esas nuevas observaciones. Freedman y sus colaboradores ya han obtenido tiempo en el telescopio para un programa importante para realizar más mediciones de estrellas cefeidas y gigantes rojas. “Webb nos brindará una mayor sensibilidad y resolución, y los datos mejorarán muy, muy pronto”, dijo.

El nuevo telescopio espacial James Webb, sucesor del telescopio espacial Hubble, recopilará datos e imágenes aún más precisos del universo. NASA

Pero mientras tanto, quería observar de cerca a los datos existentes, y lo que encontró fue que gran parte de ellos realmente concuerda.

“Así es como avanza la ciencia”, dijo Freedman. “Patea los neumáticos para ver si algo se desinfla y, hasta ahora, no hay neumáticos pinchados”.

Algunos científicos que han estado alentando un desajuste fundamental podrían sentirse decepcionados. Pero para Freedman, cualquier respuesta es emocionante.

“Todavía hay espacio para la nueva física, pero incluso si no lo hubiera, mostraría que el modelo estándar que tenemos es básicamente correcto, lo que también es una conclusión profunda a la que llegar”, dijo. “Eso es lo interesante de la ciencia: no conocemos las respuestas de antemano. Aprendemos sobre la marcha. Es un momento realmente emocionante para estar en el campo”.

Material proporcionado por la Universidad de Chicago. Original escrito por Louise Lerner.