¿La constante de Hubble no es… constante?

Los cosmólogos han estado luchando por comprender una tensión aparente en sus mediciones de la tasa de expansión actual del universo, conocida como la constante de Hubble. Las observaciones del cosmos primitivo, principalmente el fondo cósmico de microondas, apuntan a una constante de Hubble significativamente más baja que el valor obtenido a través de las observaciones del universo tardío, principalmente de las supernovas. Un equipo de astrónomos ha investigado los datos para encontrar que una forma posible de aliviar esta tensión es permitir que la constante de Hubble evolucione paradójicamente con el tiempo. Este resultado podría apuntar a una nueva física… o simplemente a un malentendido de los datos.

«El punto es que parece haber una tensión entre los valores más grandes para las observaciones del universo tardío y los valores más bajos para la observación del universo temprano», dijo Enrico Rinaldi, investigador del Departamento de Física de la Universidad de Michigan y coautor del estudio. “La pregunta que hicimos en este documento es: ¿Qué pasa si la constante de Hubble no es constante? ¿Qué pasa si realmente cambia?

Algo está podrido en el estado del Universo

Los cosmólogos emplean una variedad de pruebas y observaciones para determinar las propiedades fundamentales de nuestro universo. Intentan medir su edad, su contenido, su tasa de expansión y más. Después de casi un siglo de intenso escrutinio, esos cosmólogos han desarrollado un modelo coherente y consistente del universo. En resumen, nuestro cosmos tiene alrededor de 13.770 millones de años, está en constante expansión y está compuesto principalmente de energía oscura y materia oscura, con materia normal como estrellas y planetas y nubes de gas que constituyen una minoría brillantemente iluminada de los ingredientes de la universo.

Dejando de lado los gigantescos misterios de la verdadera naturaleza de la energía oscura y la materia oscura, en los últimos años los cosmólogos se han topado con otro enigma frustrante: diferentes sondas no están de acuerdo sobre la tasa de expansión actual, conocida como la constante de Hubble.

Las mediciones tomadas del universo joven, como el fondo cósmico de microondas (el patrón de luz de resplandor posterior que se liberó cuando el universo se enfrió desde un estado de plasma cuando tenía 380 000 años), nos dicen que la constante de Hubble está en algún lugar alrededor de 68 km/s/ Mpc (lo que significa que por cada millón de parsecs lejos de nuestro punto de vista, la tasa de expansión del universo aumenta en 68 kilómetros por segundo).

Pero las mediciones más locales del universo tardío, como las observaciones de supernovas, se inclinan hacia una respuesta diferente: una constante de Hubble de más de 74 km/s/Mpc.

Bin it

Un equipo de astrónomos dirigido por Maria Dainotti, profesora asistente en el Observatorio Astronómico Nacional de Japón y la Universidad de Graduados de Estudios Avanzados, SOKENDAI en Japón y científica afiliada al Instituto de Ciencias Espaciales de EE. UU. profundizado en esta discrepancia más. La obra fue publicada en mayo en El diario astrofísico.

El equipo centró su trabajo en las supernovas de tipo 1a, que son un tipo particular de explosión que ocurre cuando las estrellas enanas blancas acumulan demasiada masa de una estrella compañera, lo que desencadena un evento de fusión nuclear fuera de control. Este evento de fusión tiene aproximadamente el mismo brillo cada vez que ocurre, por lo que los astrónomos pueden usar estas supernovas como «velas estándar»: dado que saben qué tan brillantes deberían ser las supernovas, pueden compararlas con qué tan brillantes parecen ser y calcular una distancia. . Al combinar muchas de estas medidas en una amplia gama de distancias, los astrónomos pueden calcular la historia de expansión del universo.

El equipo utilizó un catálogo de más de 1000 observaciones de supernovas y las separó en diferentes contenedores de rangos de distancia, donde cada contenedor representaba el mismo número de supernovas. Luego usaron cada contenedor para medir la constante de Hubble. En la imagen cosmológica estándar, la tasa de expansión del universo cambia constantemente a medida que el cosmos evoluciona, pero la constante de Hubble es un número fijo: es la tasa de expansión del universo en este momento.

Cada contenedor de supernovas debería producir la misma constante de Hubble, pero en su análisis, los investigadores permitieron que la constante de Hubble no fuera tan constante; permitieron la posibilidad de que pudiera cambiar con el tiempo. Mediante el uso de diferentes contenedores, pudieron probar si la constante de Hubble se mantuvo fija en los diferentes contenedores, o si de hecho varió.

“Si es una constante, entonces no debería ser diferente cuando la extraemos de contenedores de diferentes distancias. Pero nuestro resultado principal es que en realidad cambia con la distancia”, dijo Rinaldi. “La tensión de la constante de Hubble puede explicarse por alguna dependencia intrínseca de esta constante en la distancia de los objetos que usas”.

no muy constante

En última instancia, los astrónomos descubrieron en el estudio que al agregar un poco de flexibilidad a los modelos cosmológicos estándar, al permitir que la constante de Hubble cambie con el tiempo, podrían aliviar casi toda la tensión entre las supernovas y las mediciones del fondo cósmico de microondas. Los investigadores pudieron extrapolar su constante de Hubble en evolución al tiempo del fondo cósmico de microondas y compararlo con esos resultados.

“Los parámetros extraídos siguen siendo compatibles con la comprensión cosmológica estándar que tenemos”, dijo. “Pero esta vez simplemente se desplazan un poco a medida que cambiamos la distancia, y este pequeño cambio es suficiente para explicar por qué tenemos esta tensión”.

Los nuevos resultados no son del todo sorprendentes. Siempre es posible hacer que diferentes observaciones coincidan agregando más complejidad a los modelos. En este caso, los investigadores agregaron una nueva variable, qué tan rápido cambia la constante de Hubble con el tiempo, y pudieron encontrar una manera de conectar las mediciones tempranas y tardías de la constante de Hubble. Además, el trabajo no encontró una medida estadísticamente significativa de esta variable constante de Hubble. Aunque pudieron aliviar la tensión en las observaciones cosmológicas, no pudieron decir de manera concluyente que la constante de Hubble está cambiando con el tiempo.

Estos resultados, si se mantienen, podrían dar a los teóricos un camino para introducir nueva física en el universo para explicar la tensión constante de Hubble. O también podría significar que las supernovas no son tan «estándar» como creemos que son, y que tal vez se esté infiltrando algún sesgo en las observaciones para estropear esas mediciones de la constante de Hubble.