Algo no está del todo bien en el universo. Al menos basado en todo lo que los físicos saben hasta ahora. Las estrellas, las galaxias, los agujeros negros y todos los demás objetos celestes se alejan cada vez más rápido con el tiempo. Las mediciones pasadas en nuestro vecindario local del universo descubrieron que el universo está explotando hacia el exterior más rápido de lo que era al principio. Ese no debería ser el caso, basado en el mejor descriptor de los científicos del universo.
Si sus mediciones de un valor conocido como la Constante de Hubble son correctas, significa que al modelo actual le faltan nuevas físicas cruciales, como partículas fundamentales no contabilizadas, o algo extraño que sucede con la sustancia misteriosa conocida como energía oscura.
Ahora, en un nuevo estudio, publicado el 22 de enero en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, los científicos han medido la constante de Hubble de una manera completamente nueva, confirmando que, de hecho, el universo se está expandiendo más rápido ahora de lo que era Primeros días.
"Algo interesante está pasando"
Para explicar cómo el universo pasó de una pequeña, caliente y densa mota de plasma espeso a la vasta extensión que vemos hoy, los científicos han propuesto lo que se conoce como el modelo Lambda Cold Dark Matter (LCDM). El modelo impone restricciones a las propiedades de la materia oscura, un tipo de materia que ejerce fuerza gravitacional pero no emite luz y energía oscura, que parece oponerse a la gravedad. LCDM puede reproducir con éxito la estructura de las galaxias y el fondo cósmico de microondas, la primera luz del universo, así como la cantidad de hidrógeno y helio en el universo. Pero no puede explicar por qué el universo se está expandiendo más rápido ahora que al principio.
Eso significa que el modelo LCDM está equivocado o que las mediciones de la tasa de expansión lo son.
El nuevo método tiene como objetivo finalmente resolver el debate sobre la tasa de expansión, dijo a Live Science Simon Birrer, investigador de la Universidad de California, Los Ángeles, y autor principal del nuevo estudio. Hasta ahora, las nuevas mediciones independientes confirman la discrepancia, lo que sugiere que puede ser necesaria una nueva física.
Para concretar la constante de Hubble, los científicos habían usado previamente varios métodos diferentes. Algunos usaron supernovas en el universo local (la parte cercana del universo), y otros han confiado en las Cefeidas, o tipos de estrellas que pulsan y parpadean regularmente en brillo. Otros más han estudiado la radiación de fondo cósmica.
La nueva investigación utilizó una técnica que involucra luz de los cuásares, galaxias extremadamente brillantes impulsadas por agujeros negros masivos, en un esfuerzo por romper el lazo.
"No importa cuán cuidadoso sea un experimento, siempre puede haber algún efecto integrado en los tipos de herramientas que están utilizando para hacer esa medición. Entonces, cuando un grupo aparece así y usa un conjunto completamente diferente de herramientas ... y obtiene la misma respuesta, entonces puede concluir rápidamente que esa respuesta no es el resultado de algún efecto serio en las técnicas ", dijo Adam Riess, premio Nobel e investigador del Space Telescope Science Institute y de la Universidad Johns Hopkins. "Creo que nuestra confianza está creciendo y que está sucediendo algo realmente interesante", dijo Riess, que no participó en el estudio, a Live Science.
Viendo doble
Así es como funciona la técnica: cuando la luz de un cuásar pasa a una galaxia que interviene, la gravedad de la galaxia hace que esa luz se "doble gravitacionalmente" antes de golpear la Tierra. La galaxia actuó como una lente para distorsionar la luz del cuásar en múltiples copias, más comúnmente dos o cuatro dependiendo de la alineación de los cuásares en relación con la galaxia. Cada una de esas copias recorrió un camino ligeramente diferente alrededor de la galaxia.
Los cuásares no suelen brillar de manera constante como muchas estrellas. Debido a que el material cae en sus agujeros negros centrales, cambian de brillo en escalas de horas a millones de años. Por lo tanto, cuando la imagen de un cuásar se enfoca en múltiples copias con trayectorias de luz desiguales, cualquier cambio en el brillo del cuásar dará como resultado un sutil parpadeo entre las copias, ya que la luz de ciertas copias tarda un poco más en llegar a la Tierra.
A partir de esta discrepancia, los científicos podrían determinar con precisión qué tan lejos estamos del quásar y de la galaxia intermediaria. Para calcular la constante de Hubble, los astrónomos compararon esa distancia con el desplazamiento hacia el rojo del objeto, o el cambio en las longitudes de onda de la luz hacia el extremo rojo del espectro (que muestra cuánto se ha estirado la luz del objeto a medida que el universo se expande).
El estudio de la luz de los sistemas que crean cuatro imágenes, o copias, de un cuásar se ha hecho en el pasado. Pero, en el nuevo documento, Birrer y sus colaboradores demostraron con éxito que es posible medir la Constante de Hubble a partir de sistemas que crean solo una doble imagen del cuásar. Esto aumenta drásticamente la cantidad de sistemas que pueden estudiarse, lo que en última instancia permitirá medir la constante de Hubble con mayor precisión.
"Las imágenes de los cuásares que aparecen cuatro veces son muy raras: tal vez solo hay de 50 a 100 en todo el cielo, y no todas son lo suficientemente brillantes como para ser medidas", dijo Birrer a Live Science. "Sin embargo, los sistemas de doble lente son más frecuentes en un factor de cinco".
Los nuevos resultados de un sistema de doble lente, combinado con otros tres sistemas de cuádruple lente previamente medidos, ponen el valor de la constante de Hubble en 72.5 kilómetros por segundo por megaparsec; eso está de acuerdo con otras mediciones del universo local, pero sigue siendo alrededor de un 8 por ciento más alto que las mediciones del universo distante (el universo anterior o anterior). A medida que la nueva técnica se aplique a más sistemas, los investigadores podrán centrarse en la diferencia exacta entre el universo distante (o temprano) y las mediciones del universo local (más reciente).
"La clave es pasar de un punto en el que estamos diciendo, sí, estas cosas no están de acuerdo, a tener una medida muy precisa del nivel al que no están de acuerdo, porque en última instancia, esa será la pista que les permitirá teoría para decir lo que está sucediendo ", dijo Riess a Live Science.
La medición precisa de la Constante del Hubble ayuda a los científicos a comprender más que la velocidad con la que el universo se está separando. El valor es imprescindible para determinar la edad del universo y el tamaño físico de las galaxias distantes. También le da a los astrónomos pistas sobre la cantidad de materia oscura y energía oscura que hay.
En cuanto a explicar lo que posiblemente la física exótica podría explicar su falta de coincidencia en las mediciones de la tasa de expansión, eso es mucho más adelante.
