Las estrellas gigantes rojas envejecidas son el foco de un nuevo método que mide la tasa actual de expansión del Universo.Crédito: NASA/ESA/SPL
durante gran parte de esta década, los dos indicadores más precisos de la tasa de expansión del universo han estado en evidente desacuerdo. Ahora, una técnica independiente muy esperada que los cosmólogos esperaban resolvería el enigma se está sumando a la confusión.,
en los resultados desvelados1 el 16 de julio y que aparecerán en el Astrophysical Journal, un equipo liderado por la astrónoma Wendy Freedman de la Universidad de Chicago en Illinois presenta una técnica que mide la expansión utilizando estrellas gigantes rojas. Había prometido reemplazar un método que los astrónomos han estado utilizando durante más de un siglo, pero por ahora, la medición de velocidad no ha podido resolver la disputa porque cae a mitad de camino entre los dos valores contenciosos.
«el universo está jugando con nosotros en este punto, ¿verdad?»tuiteó un astrofísico sobre el periódico.,
«en este momento, estamos tratando de entender cómo todo encaja», dijo Freedman a Nature. Si la discrepancia de Velocidad cósmica no se resuelve, algunas de las teorías básicas que los cosmólogos utilizan para interpretar sus datos, como las suposiciones sobre la naturaleza de la materia oscura, podrían estar equivocadas. «La física Fundamental pende de un hilo», dice Freedman.,
velocímetro cósmico
El astrónomo estadounidense Edwin Hubble y otros descubrieron en la década de 1920 que el universo se está expandiendo al mostrar que la mayoría de las galaxias se están alejando de la Vía Láctea, y cuanto más lejos están, más rápido se están alejando. La relación aproximadamente constante entre velocidad y distancia se conoció como la constante de Hubble. Por cada megaparsec adicional (alrededor de 3.26 millones de años luz) de distancia, el Hubble encontró que las galaxias retrocedían 500 kilómetros por segundo más rápido, por lo que la constante de Hubble era de 500 en unidades de kilómetros por segundo por megaparsec.,
a lo largo de las décadas, los astrónomos revisaron sustancialmente la estimación a medida que mejoraban las técnicas de medición. Freedman fue pionero en el uso del Telescopio Espacial Hubble en la década de 1990 para (adecuadamente) medir la constante de Hubble, y calculó un valor de alrededor de 72 con un margen de error de alrededor del 10%. Un equipo liderado por el Premio Nobel Adam Riess en la Universidad Johns Hopkins en Baltimore, Maryland, ha hecho las mediciones más precisas hasta ahora, y su último valor es 74, con un margen de error de solo 1.91% 2.
pero un esfuerzo separado en la última década ha arrojado una llave en mano en las obras., Los científicos de la misión Planck de la Agencia Espacial Europea mapearon la radiación reliquia del Big Bang, llamada fondo cósmico de microondas, y la usaron para calcular las propiedades básicas del Universo. Usando suposiciones teóricas estándar sobre el cosmos, calcularon la constante de Hubble como 67.8.
la diferencia entre 67,8 y 74 puede parecer pequeña, pero se ha vuelto estadísticamente significativa a medida que ambas técnicas han mejorado., Por lo tanto, los teóricos han comenzado a preguntarse si la razón de la discrepancia radica en la teoría estándar de la cosmología, llamada ΛCDM, que asume la presencia de partículas invisibles de materia oscura, así como una misteriosa fuerza repulsiva llamada energía oscura. Pero han luchado para encontrar un ajuste a la teoría que podría resolver el problema y aún así ser consistente con todo lo que se sabe sobre el universo. «Es difícil mirar ΛCDM y ver dónde están los hilos sueltos, que si los Tiras, lo desenredarán», dice Rocky Kolb, cosmólogo de la Universidad de Chicago.,
La técnica de Freedman actualiza un elemento clave del método de medición del Hubble establecido — y produce un valor de 69.8.
la parte difícil de medir la constante de Hubble es medir de manera confiable las distancias de las galaxias. La primera estimación del Hubble dependía de medir las distancias de las galaxias cercanas mediante la observación de estrellas individuales y brillantes llamadas Cefeidas. La astrónoma Henrietta Swan Leavitt había descubierto a principios del siglo XX que el brillo real de estas estrellas era predecible., Así, midiendo cuán brillantes aparecían en placas fotográficas, podía calcular cuán lejos estaban las estrellas. Los astrónomos llaman a estas señales velas estándar.
pero los investigadores han estado tratando desde entonces de encontrar mejores velas estándar que las cefeidas, que tienden a existir en regiones abarrotadas y llenas de polvo que pueden distorsionar las estimaciones de su brillo., «La única manera que tenemos de llegar al fondo en esto es tener métodos independientes, y hasta este punto no hemos tenido controles de las cefeidas», dice Freedman, quien ha dedicado gran parte de su carrera a mejorar la precisión y precisión de las mediciones de Cefeidas. «Ella sabe dónde están enterrados todos los cuerpos», dice Kolb.
Freedman y sus colegas evitaron las cefeidas por completo, y en su lugar utilizaron como sus velas gigantes rojas estándar, estrellas viejas que se han hinchado, junto con explosiones de supernovas, que sirven como señales para galaxias más distantes.,
cálculo de Gigantes
Las gigantes rojas son más comunes que las cefeidas, y son fáciles de detectar en las regiones periféricas de las galaxias, donde las estrellas están bien separadas unas de otras y el polvo no es un problema. Su brillo varía ampliamente, pero, tomado en su conjunto, la población de Gigantes rojos de una galaxia tiene una característica útil. El brillo de las estrellas aumenta durante millones de años hasta que alcanza su máximo, y luego cae repentinamente. Cuando los astrónomos trazan un gran grupo de estrellas por color y brillo, las gigantes rojas parecen una nube de puntos con un borde afilado., Las estrellas en ese borde pueden servir como velas estándar.
El equipo de Freedman utilizó la técnica para calcular las distancias a 18 galaxias, y obtuvo una estimación de la constante de Hubble que por primera vez tiene una precisión comparable a la de los estudios basados en Cefeida.
Riess dice que el estudio de la gigante roja todavía se basa en suposiciones sobre la cantidad de polvo en las galaxias, particularmente en la Gran Nube de Magallanes, que el estudio utilizó como punto de anclaje., «El polvo es muy difícil de estimar, y estoy seguro de que habrá mucha discusión» sobre por qué el enfoque de los autores conduce a una estimación más baja de la constante de Hubble, dice.
el resultado es estadísticamente compatible con la predicción de Planck y con el cálculo de Cefeida de Riess — lo que significa que las barras de error de los cálculos se superponen-y la precisión de la técnica mejorará a medida que se acumulen los datos sobre gigantes rojas. Podrían vencer a Cefeidas en un futuro cercano, dice Kolb.
La aguja podría cambiar hacia uno de los otros valores., O podría quedarse ahí, y las otras técnicas podrían eventualmente converger hacia él. Por ahora, los cosmólogos tienen mucho que resolver.