Una nueva medida podría cambiar nuestra comprensión del universo

El universo se está expandiendo, pero ¿a qué velocidad exactamente? La respuesta parece depender de si estima la tasa de expansión cósmica, conocida como la constante de Hubble o H₀—basado en el eco del Big Bang (el fondo cósmico de microondas, o CMB) o H₀ Depende directamente de las estrellas y galaxias de hoy. Este problema, conocido como la tensión de Hubble, ha desconcertado a astrofísicos y cosmólogos de todo el mundo.

Un estudio realizado por el grupo Stellar Standard Candles and Distances dirigido por Richard Anderson en el Instituto de Física EPFL agrega una nueva pieza al rompecabezas. Su investigación ha sido publicada en Astronomía y astrofísica, ha logrado la calibración más precisa de estrellas Cefeidas, un tipo de estrella variable cuya luminosidad fluctúa durante un período determinado, para mediciones de distancia hasta la fecha, según los datos recopilados por la misión Gaia de la Agencia Espacial Europea (ESA). Esta nueva calibración amplifica aún más la tensión del Hubble.

Constante de Hubble (H₀) lleva el nombre del astrofísico que descubrió este fenómeno con Georges Lemaitre a fines de la década de 1920. Se mide en kilómetros por segundo por megasegundo (km/s/Mpc), donde 1 Mpc equivale a unos 3,26 millones de años luz.

La mejor medida directa de H.₀ Utiliza una ‘escala de distancia cósmica’, cuyo primer peldaño lo establece la calibración absoluta del brillo del caviar, ahora recalibrado por el estudio EPFL. Las cefeidas, por el contrario, calibran el siguiente peldaño de la escalera, rastreando las supernovas, las poderosas explosiones de estrellas al final de sus vidas, la expansión del espacio mismo.

Esta escala de distancia, medida en supernovas, H.₀para el equipo Dark Energy Equation of State (SH0ES) dirigido por Adam Riess, ganador del Premio Nobel de Física 2011, pone H₀ a 73,0 ± 1,0 km/seg/mpc.

La primera radiación después del Big Bang

h₀ También se puede determinar interpretando la radiación CMB, la omnipresente radiación de microondas que quedó del Big Bang hace más de 13 mil millones de años. Sin embargo, el método de medición del «universo primitivo» debe asumir la comprensión física más detallada de cómo evolucionó el universo, haciéndolo dependiente del modelo. El satélite Planck de la Agencia Espacial Europea (ESA) ha proporcionado los datos más completos sobre el CMB y, según este método, H₀ 67,4 ± 0,5 km/seg/mpc.

La tensión de Hubble indica esta discrepancia de 5,6 km/seg/millón de bloques, dependiendo de si se utiliza el método CMB (universo temprano) o la escala de distancia (universo tardío). La implicación, siempre que las mediciones realizadas por ambos métodos sean correctas, es que algo falla en la comprensión de las leyes físicas básicas que gobiernan el universo. Por supuesto, este tema clave subraya cuán importante es que los métodos de los astrofísicos sean confiables.

El nuevo estudio de la EPFL es muy importante porque fortalece el primer peldaño de la escala de distancia al mejorar la calibración de las Cefeidas como rastreadores de distancia. De hecho, la nueva calibración nos permite medir distancias astronómicas con un margen de ± 0,9 %, lo que proporciona un fuerte apoyo a la medición de la entropía tardía. Además, los resultados obtenidos en EPFL ayudaron, en colaboración con el equipo SH0ES, a mejorar H.₀ medición, lo que resulta en una precisión mejorada y una mayor importancia de la tensión de Hubble.

«Nuestro estudio confirma la tasa de expansión de 73 km/s/Mpc, pero lo que es más importante, también proporciona las calibraciones más precisas y fiables de kyphids como herramientas de medición de distancia hasta la fecha», dice Anderson.

«Desarrollamos un método que buscaba cefeidas pertenecientes a cúmulos estelares de varios cientos de estrellas probando si las estrellas se mueven juntas a lo largo de la Vía Láctea. Gracias a este truco, podemos aprovechar el mejor conocimiento de las mediciones de paralaje de Gaia mientras aprovechamos El aumento Esto nos ha permitido llevar la resolución de las vistas de Gaia a sus límites y proporciona la base más sólida sobre la que puede descansar la escalera de la distancia».

Repensar conceptos básicos

¿Por qué es importante una diferencia de unos pocos kilómetros/segundo/Mpc, dada la gran escala del universo? «Esta discrepancia es de gran importancia», dice Anderson.

«Suponga que desea construir un túnel perforando dos lados opuestos de una montaña. Si ha entendido correctamente el tipo de roca y si sus cálculos son correctos, los dos agujeros que está perforando se encontrarán en el centro. Pero si es así no, entonces has cometido un error, o tus cálculos están equivocados o estás equivocado sobre el tipo de roca.

«Esto es lo que sucede con la constante de Hubble. Cuanta más confirmación obtengamos de la precisión de nuestros cálculos, más concluimos que la discrepancia significa que nuestra comprensión del universo es incorrecta, que el universo no es exactamente lo que pensábamos que era. .»

La contradicción tiene muchos otros efectos. Pone en duda los fundamentos, como la naturaleza exacta de la energía oscura, la continuidad temporal y la gravedad. «Esto significa que tenemos que repensar los conceptos fundamentales que forman la base de nuestra comprensión general de la física», dice Anderson.

El estudio de su grupo también hace una importante contribución a otros campos. «Debido a que nuestras medidas son tan precisas, nos dan una idea de la geometría de la Vía Láctea», dice Mauricio Cruz Reyes, PhD. Estudiante del grupo de investigación de Anderson y autor principal del estudio. «La calibración de alta resolución que hemos desarrollado nos permitirá determinar mejor el tamaño y la forma de la Vía Láctea como una galaxia de disco plano y su distancia de otras galaxias, por ejemplo. Nuestro trabajo también confirmó la confiabilidad de los datos de Gaia al comparar con eso de otros telescopios”.