Un número muestra que algo está fundamentalmente mal con nuestra concepción del universo

Esta lucha tiene implicaciones universales.

Hay un misterio desconcertante en el universo. Las mediciones de la tasa de expansión cósmica utilizando diferentes métodos siguen arrojando resultados discrepantes. La situación ha sido llamada una «crisis».

El problema se centra en lo que se conoce como la constante de Hubble. Llamada así por el astrónomo estadounidense Edwin Hubble, esta unidad describe la rapidez con la que el universo se expande a diferentes distancias de la Tierra. Utilizando datos del satélite Planck de la Agencia Espacial Europea (ESA), los científicos estiman que la velocidad es de 46.200 mph por millón de años-luz (o, utilizando unidades de cosmólogos, 67,4 kilómetros por segundo por megaparsec).Pero los cálculos que usan estrellas pulsantes llamadas Cefeidas sugieren que es de 50,400 mph por millón de años-luz (73.4 km/s/Mpc).

Si el primer número es correcto, significa que los científicos han estado midiendo distancias a objetos lejanos en el universo erróneamente durante muchas décadas. Pero si la segunda es correcta, entonces los investigadores podrían tener que aceptar la existencia de una nueva física exótica. Los astrónomos, comprensiblemente, están muy preocupados por esta discrepancia.

¿Qué se supone que debe hacer un laico de esta situación? ¿Y qué tan importante es esta diferencia, que para los forasteros parece menor? Para llegar al fondo del choque, Misterius.net llamó a Barry Madore, un astrónomo de la Universidad de Chicago y miembro de uno de los equipos que realiza mediciones de la constante de Hubble.

El problema empieza con Edwin Hubble en persona. En 1929, notó que las galaxias más distantes se alejaban de la Tierra más rápidamente que sus contrapartes más cercanas. Encontró una relación lineal entre la distancia que un objeto estaba de nuestro planeta y la velocidad a la que retrocedía.

«Eso significa que algo espeluznante está pasando», dijo Madore a Misterius.net. «¿Por qué seríamos el centro del universo? La respuesta, que no es intuitiva, es que[los objetos distantes] no se mueven. Se está creando cada vez más espacio entre todo».

El Hubble se dio cuenta de que el universo se estaba expandiendo, y parecía que lo estaba haciendo a un ritmo constante – por lo tanto, la constante de Hubble. El midió el valor para ser cerca de 342,000 millas por hora por millón de años luz (501 km/s/Mpc) – casi 10 veces más grande que lo que se mide actualmente. A lo largo de los años, los investigadores han refinado esa tasa.

Las cosas se volvieron más raras a finales de la década de 1990, cuando dos equipos de astrónomos notaron que las supernovas distantes eran más tenues y, por lo tanto, más lejanas de lo esperado, dijo Madore. Esto indicaba que no sólo el universo se estaba expandiendo, sino que también se estaba acelerando en su expansión. Los astrónomos nombraron la causa de este misterioso fenómeno como energía oscura.

Habiendo aceptado que el universo estaba haciendo algo extraño, los cosmólogos se volvieron hacia la siguiente tarea obvia: medir la aceleración con la mayor precisión posible. Al hacer esto, esperaban volver sobre la historia y la evolución del cosmos de principio a fin.

Madore comparó esta tarea con entrar en un hipódromo y ver a los caballos corriendo por el campo. De esa información, ¿podría alguien deducir dónde empezaron todos los caballos y cuál de ellos ganaría?

Ese tipo de pregunta puede sonar imposible de responder, pero eso no ha impedido que los científicos lo intenten. Durante los últimos 10 años, el satélite Planck ha estado midiendo el fondo cósmico de microondas, un eco lejano del Big Bang, que proporciona una instantánea del universo infantil hace 13.000 millones de años. Usando los datos del observatorio, los cosmólogos podrían determinar un número para la constante de Hubble con un grado extraordinariamente pequeño de incertidumbre.

«Es hermoso», dijo Madore. Pero, «contradice lo que la gente ha estado haciendo durante los últimos 30 años», dijo Madore.

Durante esas tres décadas, los astrónomos también han estado usando telescopios para mirar a las Cefeidas distantes y calcular la constante de Hubble. Estas estrellas parpadean a un ritmo constante dependiendo de su brillo, por lo que los investigadores pueden determinar exactamente el brillo que debe tener una Cefeida en función de sus pulsaciones. Al observar cuán tenues son realmente las estrellas, los astrónomos pueden calcular la distancia hasta ellas. Pero las estimaciones de la constante de Hubble usando Cefeidas no coinciden con la de Planck.

La discrepancia puede parecer bastante pequeña, pero cada punto de datos es bastante preciso y no hay superposición entre sus incertidumbres. Los diferentes bandos se han señalado entre sí, diciendo que sus oponentes han incluido errores que han desviado sus resultados, dijo Madore.

Pero, agregó, cada resultado también depende de un gran número de suposiciones. Volviendo a la analogía de la carrera de caballos, Madore la comparó con tratar de averiguar el ganador mientras tenía que inferir qué caballo se cansaría primero, el cual ganaría una repentina ráfaga de energía al final, la cual se deslizaría un poco en el pedazo de pasto mojado por la lluvia de ayer y muchas otras variables difíciles de determinar.

Si los equipos de las Cefeidas están equivocados, eso significa que los astrónomos han estado midiendo distancias en el universo incorrectamente todo este tiempo, dijo Madore. Pero si Planck está equivocado, entonces es posible que haya que introducir física nueva y exótica en los modelos cosmólogos del universo, agregó. Estos modelos incluyen diferentes diales, como el número de tipos de partículas subatómicas conocidas como neutrinos en existencia, y se utilizan para interpretar los datos del satélite del fondo cósmico de microondas. Para reconciliar el valor de Planck para la constante de Hubble con los modelos existentes, algunos de los dials tendrían que ser ajustados, dijo Madore, pero la mayoría de los físicos no están dispuestos a hacerlo todavía.

Con la esperanza de proporcionar otro punto de datos que pudiera mediar entre las dos partes, Madore y sus colegas examinaron recientemente la luz de las estrellas gigantes rojas. Estos objetos alcanzan el mismo brillo pico al final de sus vidas, lo que significa que, al igual que con las Cefeidas, los astrónomos pueden observar qué tan tenues aparecen en la Tierra para obtener una buena estimación de su distancia y, por lo tanto, calcular la constante de Hubble.

Los resultados, publicados en julio, proporcionaron un número justo entre las dos mediciones anteriores: 47,300 mph por millón de años luz (69.8 km/s/Mpc). Y la incertidumbre contenía suficiente superposición como para estar potencialmente de acuerdo con los resultados de Planck.

Pero los investigadores aún no están abriendo sus tapones de champán, dijo Madore. «Queríamos hacer un desempate», dijo. «Pero no decía que este lado o aquel lado tuviera razón. Decía que había mucha más bazofia de lo que todos pensaban antes.»

Otros equipos han intervenido. Un grupo llamado Lentes H0 en la Fuente de COSMOGRAIL (H0LICOW) está observando objetos brillantes distantes en el universo primitivo llamados quasares cuya luz ha sido gravitatoriamente lenteada por objetos masivos entre nosotros y ellos. Al estudiar estos cuásares, el grupo recientemente presentó una estimación más cercana al lado de los astrónomos. La información del Observatorio de Ondas Gravitacionales del Interferómetro Láser (LIGO), que observa las ondas gravitacionales de estrellas de neutrones que chocan, podría proporcionar otro punto de datos independiente. Pero esos cálculos aún están en sus primeras etapas, dijo Madore, y aún no han alcanzado su plena madurez.

Por su parte, Madore dijo que cree que el número medio entre Planck y el valor de los astrónomos finalmente prevalecerá, aunque no apostaría demasiado por esa posibilidad en este momento. Pero hasta que se llegue a alguna conclusión, le gustaría que las actitudes de los investigadores se suavizaran un poco.

«Mucha espuma ha sido añadida a esto por personas que insisten en que tienen razón», dijo. «Es lo suficientemente importante como para que se resuelva, pero va a llevar tiempo.»

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Publicado originalmente en Misterius.net .

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