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Los astrónomos han desconcertado las discrepancias en la constante de Hubble: el Telescopio Espacial Romano de la NASA podría ayudar a resolver el misterio.

Anteriormente conocido como WFIRST, el telescopio espacial rumano es un telescopio de reconocimiento infrarrojo de campo amplio, un observatorio de la NASA diseñado para realizar estudios de imágenes a gran escala y en el infrarrojo cercano (NIR). Crédito: NASA

Las inconsistencias en la constante de Hubble, que describe la rapidez con la que se expande el universo, han molestado a los astrónomos durante años. Los valores predichos a partir de las observaciones del universo temprano simplemente no se corresponden con las mediciones del universo moderno. La ambigüedad crece cada vez más a medida que diferentes grupos de investigación continúan encontrando valores no coincidentes utilizando una variedad de métodos, lo que hace de este uno de los temas más vitales en cosmología.

NASAEl telescopio espacial rumano ayudará a resolver la controversia al explorar el problema con mucha más precisión que nunca. Trazará la historia de la expansión del universo, lo que nos ayudará a ver cómo ha cambiado la tasa de expansión desde algunas de las primeras etapas de la historia cósmica hasta la actualidad.

La misión también utilizará múltiples técnicas para ayudar a determinar si la discrepancia es el resultado de errores de medición o si los astrónomos necesitan modificar la teoría de la que derivaron las predicciones. De cualquier manera, el misterio de la constante de Hubble indica que algo falta en nuestra imagen del universo.

Constante de Hubble

Desde principios del siglo XX, hemos cambiado nuestra visión del universo. Hemos aprendido que nuestra galaxia es solo una de muchas, que las galaxias se están alejando unas de otras y que la expansión del universo se está acelerando. Estos descubrimientos se basaron en un importante descubrimiento realizado por la astrónoma estadounidense Henrietta Levitt.

En 1908, Levitt publicó un descubrimiento que había hecho sobre un tipo específico de estrella, llamadas variantes cefeidas. Las cefeidas se iluminan y oscurecen periódicamente, y Levitt observó una correlación entre el brillo de la estrella y la rapidez con que giraba. Esto hizo posible los cálculos de distancia porque los astrónomos pudieron comparar el brillo real y conocido de la estrella con su brillo desde la Tierra.

Telescopio espacial Hubble Serie V1.0

Esta secuencia del telescopio espacial Hubble se centra en V1, la estrella cefeida variable que cambió el curso de la astronomía moderna al permitir mediciones confiables de grandes distancias cósmicas. Se encuentra en la galaxia de Andrómeda (M31), a 2,5 millones de años luz de distancia. Crédito: NASA, Agencia Espacial Europea y Hubble Heritage Team (STScI / AURA)

Usando esta información, el astrónomo estadounidense Edwin Hubble ha determinado la distancia a los muchos puntos manchados en el cielo que antes se pensaba que eran nebulosas: grandes nubes de gas y polvo que se encuentran entre las estrellas. Midió algunos de ellos para que estuvieran más lejos del borde de nuestra galaxia, lo que demostró que no eran nebulosas en absoluto, sino galaxias enteras por sí mismas.

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Hubble compartió este descubrimiento en 1924, seguido de un anuncio igualmente impactante en 1929: con muy pocas excepciones, las galaxias se alejan unas de otras. El matemático y astrónomo belga George Lumeter predijo este hallazgo en 1927, pero no había evidencia de observación en el momento de su validez.

Si bien todos pensaban anteriormente que el universo era estático, Hubble demostró que en realidad se está expandiendo al descubrir un vínculo entre la distancia de la galaxia y el corrimiento al rojo. La luz se vuelve roja cuando la fuente se aleja del observador, y el grado de corrimiento al rojo nos dice qué tan rápido se está desviando. Resulta que la “constante” de Hubble no es estática, después de todo, cambia con el tiempo.

Las mediciones que utilizaron una variedad de técnicas encontraron que la constante de Hubble es de aproximadamente 70 a 76 kilómetros por segundo por megaparsec desde una distancia (Mpc, aproximadamente 3,26 millones de años luz). Entonces, un objeto a una distancia de 1 Mpc se alejará de nosotros a una velocidad de 70-76 km / s, y un objeto a una distancia de 2 MB / s se alejará a una velocidad de 140-152 km / s, etcétera.

Los astrónomos esperaban que el rango de valores se redujera a medida que refinaban sus mediciones. Pero lo que sucedió en cambio es que cada tecnología tiene un valor ligeramente diferente.

Por ejemplo, los mejores resultados actuales con Cefeidas y telescopio espacial Hubble Proviene del equipo SH0ES, que midió un valor de unos 73,5 km / s / MPa. Sin embargo, mediciones recientes basadas en estrellas gigantes rojas indican un valor de 70-72 km / s / Mpc.

Diagrama de información del problema constante de Hubble

La diferencia entre predicciones y mediciones de la constante de Hubble indica fallas en nuestras técnicas de medición o en nuestro modelo del universo. El telescopio espacial rumano nos ayudará a descubrir cuál es cuál. Crédito: Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA

Lo único que tienen en común las mediciones es que todas son mucho más altas que las predicciones del modelo basadas en cómo surgió el universo hace más de 13 mil millones de años. Las mediciones del universo temprano predicen un valor constante de Hubble de aproximadamente 67,4 km / s / Mpc.

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“No estamos seguros de si la discrepancia que vemos entre las mediciones locales y los datos del universo temprano fue el resultado de incertidumbres que actualmente son desconocidas o subestimadas, o si indica una nueva física más allá de nuestro modelo estándar”, dijo Wendy Freedman sobre Universidad de Chicago. “De cualquier manera, la tensión se resuelve. ¡Es importante para la cosmología!”

Los valores de la constante de Hubble pronosticados provienen del Modelo Estándar de Cosmología y Medidas del satélite Planck de la Agencia Espacial Europea. El modelo está bien establecido a partir de décadas de investigación y su predicción de la constante de Hubble está respaldada por los resultados de Planck, pero las mediciones indican que el universo se está expandiendo más rápido de lo esperado. Este conflicto ha sido más confuso en los últimos años.

“La discrepancia en la constante de Hubble está aumentando, lo que aumenta la probabilidad de que se pierda algo interesante en nuestra comprensión del universo”, dijo Adam Rees, líder del equipo SH0ES en la Universidad Johns Hopkins y el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial en Baltimore.

Para profundizar aún más el misterio, los datos del equipo SH0ES reducen la probabilidad de que la discrepancia sea una mera coincidencia a 1 en 100.000.

Entonces, o hay algo mal con nuestras diversas técnicas de medición o hay algo mal con nuestro modelo teórico de cómo evolucionó el universo. Probablemente ambos necesiten un poco de modificación.

Telescopio espacial rumano para unirse a la batalla

Gracias a su gran campo de visión y la precisión de la calidad del telescopio espacial Hubble, los científicos recopilarán un tesoro de datos valiosos. La expedición utilizará muchas técnicas de medición diferentes para probar el Modelo Estándar de cosmología entre los períodos temprano y moderno, y cada método examinará otros. Esto puede revelar si las diferencias se deben a mediciones defectuosas, o al menos arrojar algo de luz sobre por qué aparecen diferentes métodos con diferentes valores.

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Con sus estudios dedicados tanto de supernovas como de galaxias de alto corrimiento al rojo, la misión también rastreará la expansión del universo a lo largo de casi toda la historia cósmica. Esto ayudará a cerrar las brechas entre el universo temprano (que condujo al modelo teórico del que provienen los valores constantes de Hubble esperados) y tiempos relativamente recientes (de donde provienen las mediciones).

Además, el telescopio espacial rumano nos permitirá aprender más sobre la materia oscura y la energía oscura, que son dos componentes principales del modelo cosmológico actual que no entendemos muy bien. Aprender más sobre estos misterios podría conducir a modificaciones en nuestro modelo del universo, lo que podría aliviar la tensión en curso en Hubble al predecir valores más altos más cercanos a lo que los científicos ya están midiendo.

Si bien la diferencia entre las predicciones y las mediciones de la constante de Hubble puede parecer lo suficientemente pequeña como para ser ignorada, destacan una gran brecha en nuestra comprensión del universo. A medida que el telescopio espacial rumano explora la historia de la expansión y el crecimiento del universo y aborda algunos de los misterios más grandes jamás conocidos, nos acercará a comprender el universo y nuestro lugar en él.