ASTRONOMÍA. Hubble revela la medición más precisa sobre la expansión del universo

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Una representación de la evolución del universo durante 13,77 mil millones de años. El extremo izquierdo representa el momento más temprano que ahora podemos investigar, cuando un período de "inflación" produjo un estallido de crecimiento exponencial en el universo. (El tamaño está representado por la extensión vertical de la cuadrícula en este gráfico). Durante los siguientes miles de millones de años, la expansión del universo se ralentizó gradualmente a medida que la materia del universo se atraía sobre sí misma a través de la gravedad. Más recientemente, la expansión ha comenzado a acelerarse nuevamente a medida que los efectos repulsivos de la energía oscura han llegado a dominar la expansión del universo. Fuente: Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA


Treinta años de observaciones de galaxias del Telescopio Espacial Hubble ahora han proporcionado una de las estimaciones más precisas de la tasa de expansión del Universo, y también nos dice que algo falta fundamentalmente en nuestra comprensión actual del Universo.

Como se informó en The Astrophysical Journal , los investigadores que utilizan el veterano telescopio espacial han estimado que la tasa de expansión del Universo es de 73 kilómetros por segundo por megaparsec más o menos 1. Eso significa que si miras un objeto 1 millón de parsecs (3,26 millones de luz -años), la expansión del universo haría que pareciera que se está alejando de ti a 73 kilómetros por segundo (más de 163,000 millas por hora).

Los nuevos datos ahora se conocen con poco más del 1 por ciento de incertidumbre. Sin embargo, el problema es que una estimación completamente diferente de la tasa de expansión del Universo solo 400.000 años después del Big Bang estima que la expansión es de 67,5 kilómetros por segundo por megaparsec más o menos 0,5. La tensión entre las dos medidas no ha hecho más que crecer y crecer en los últimos años.

No sabemos por qué los dos números no coinciden, y solo hay una posibilidad de un millón de que la tensión entre los dos sea una casualidad. Nuestra teoría principal nos dice que deberían ser iguales, por lo que esto sugiere que podría haber algo más que aún debemos incluir.

"La constante de Hubble es un número muy especial. Se puede usar para enhebrar una aguja desde el pasado hasta el presente para una prueba de extremo a extremo de nuestra comprensión del universo. Esto requirió una cantidad fenomenal de trabajo detallado", dijo un miembro del equipo, la Dra. Licia Verde, cosmóloga de ICREA y del ICC-Universidad de Barcelona, ​​dijo en un comunicado .

La colaboración científica se llama Supernova, H 0 , por la Ecuación del Estado de la Energía Oscura (SHOES) donde H 0 es la constante de Hubble, el valor de la tasa de expansión del Universo. Observaron 42 marcadores de hitos de supernovas. Estos tipos particulares de eventos ocurren aproximadamente una vez al año, por lo que Hubble ha estudiado bastante todo lo que sucedió en las últimas tres décadas.

"Tenemos una muestra completa de todas las supernovas accesibles al telescopio Hubble vistas en los últimos 40 años", explicó el líder de SHOES y premio Nobel Adam Riess del Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial (STScI) y la Universidad Johns Hopkins en Baltimore.


Esta colección de 36 imágenes del Telescopio Espacial Hubble de la NASA presenta galaxias que albergan variables Cefeidas y supernovas. Estos dos fenómenos celestes son herramientas cruciales utilizadas por los astrónomos para determinar la distancia astronómica y se han utilizado para refinar nuestra medición de la constante de Hubble, la tasa de expansión del universo. Las galaxias que se muestran en esta foto (desde la fila superior, de izquierda a la fila inferior, a la derecha) son: NGC 7541, NGC 3021, NGC 5643, NGC 3254, NGC 3147, NGC 105, NGC 2608, NGC 3583, NGC 3147, Mrk 1337, NGC 5861, NGC 2525, NGC 1015, UGC 9391, NGC 691, NGC 7678, NGC 2442, NGC 5468, NGC 5917, NGC 4639, NGC 3972, Las antenas de las galaxias, NGC 5584, M106, NGC 7250, NGC 33708, NGC 5 , NGC 4424, NGC 1559, NGC 3982, NGC 1448, NGC 4680, M101, NGC 1365, NGC 7329 y NGC 3447. Fuente: NASA, ESA, Adam G. Riess (STScI, JHU)


¿Física extraña?

Se predijo que la tasa de expansión del universo sería más lenta de lo que realmente ve el Hubble. Al combinar el Modelo Cosmológico Estándar del Universo y las mediciones de la misión Planck de la Agencia Espacial Europea (que observó el fondo de microondas cósmico reliquia de hace 13.800 millones de años), los astrónomos predicen un valor más bajo para la constante de Hubble: 67,5 más o menos 0,5 kilómetros por segundo por megaparsec, en comparación con la estimación del equipo SHOES de 73. 

Dado el gran tamaño de la muestra del Hubble, solo hay una posibilidad entre un millón de que los astrónomos se equivoquen debido a un sorteo desafortunado, dijo Riess, un umbral común para tomar en serio un problema en física. Este hallazgo está desenredando lo que se estaba convirtiendo en una imagen agradable y ordenada de la evolución dinámica del universo. Los astrónomos no encuentran una explicación de la desconexión entre la tasa de expansión del universo local frente al universo primigenio, pero la respuesta podría implicar física adicional del universo.

Tales hallazgos confusos han hecho la vida más emocionante para cosmólogos como Riess. Hace treinta años comenzaron a medir la constante de Hubble para comparar el universo, pero ahora se ha convertido en algo aún más interesante. “En realidad, no me importa cuál sea el valor de expansión específicamente, pero me gusta usarlo para aprender sobre el universo”, agregó Riess.

El nuevo Telescopio Espacial Webb de la NASA ampliará el trabajo del Hubble al mostrar estos marcadores cósmicos de hitos a mayores distancias o con una resolución más nítida de lo que el Hubble puede ver.

Durante la próxima década, los astrónomos ampliarán los enfoques para estudiar la expansión del Universo, y se espera que los observatorios nuevos y futuros brinden suficientes datos para hacernos comprender lo que está sucediendo con el Universo que aún no comprendemos.

Fuente: “A Comprehensive Measurement of the Local Value of the Hubble Constant with 1 km/s/Mpc Uncertainty from the Hubble Space Telescope and the SH0ES Team” by Adam G. Riess, Wenlong Yuan, Lucas M. Macri, Dan Scolnic, Dillon Brout, Stefano Casertano, David O. Jones, Yukei Murakami, Louise Breuval, Thomas G. Brink, Alexei V. Filippenko, Samantha Hoffmann, Saurabh W. Jha, W. D’arcy Kenworthy, John Mackenty, Benjamin E. Stahl and Weikang Zheng, Accepted, The Astrophysical JournalarXiv:2112.04510

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