21 Sep Webb reafirma la «tensión de Hubble»
El ritmo al que se expande el Universo, conocido como constante de Hubble, es uno de los parámetros fundamentales para comprender la evolución y el destino final del cosmos. Sin embargo, se observa una diferencia persistente llamada «tensión de Hubble» entre el valor de la constante medida con una amplia gama de indicadores de distancia independientes y su valor predicho a partir del resplandor del Big Bang.
El premio Nobel Adam Riess de la Universidad Johns Hopkins y el Instituto Científico del Telescopio Espacial, presenta su trabajo reciente y el de sus colegas utilizando observaciones del Webb, para mejorar la precisión de las mediciones locales de la constante de Hubble.
Esto es debido a que el telescopio espacial James Webb de la NASA proporciona nuevas capacidades para examinar y refinar algunas de las pruebas observacionales más sólidas de esta tensión,
Índice de contenido
La constante de Hubble
“¿Alguna vez conduciendo te ha costado ver una señal de tráfico que estaba al borde de tu visión? ¿Qué dice? ¿Qué significa? Incluso con los telescopios más potentes, las “señales” que los astrónomos queremos leer aparecen tan pequeñas que también nos cuesta leerlas».
“La señal que los cosmólogos quieren leer es una señal de límite de velocidad cósmica que nos dice a qué velocidad se está expandiendo el Universo: un número llamado constante de Hubble».
«Nuestra señal está escrita en las estrellas de galaxias distantes. El brillo de ciertas estrellas en esas galaxias nos dice a qué distancia están y, por lo tanto, durante cuánto tiempo su luz ha estado viajando para llegar a nosotros, y los desplazamientos al rojo (redshifts) de las galaxias nos dicen cuánto se expandió el Universo durante ese tiempo, y en consecuencia, nos dicen su tasa de expansión».
Variables Cefeidas
“Una clase particular de estrellas, las variables cefeidas, nos ha proporcionado las mediciones de distancia más precisas durante más de un siglo porque estas estrellas son extraordinariamente brillantes: son estrellas supergigantes, cien mil veces la luminosidad del Sol. Es más, pulsan (es decir, se expanden y contraen en tamaño) durante un período de semanas, lo que revela su luminosidad relativa».
«Cuanto más largo es el período, mayor es su brillo intrínseco y así, son la herramienta de referencia para medir las distancias de galaxias a cien millones de años luz o más, un paso crucial para determinar la constante de Hubble».
«Desafortunadamente, las estrellas que habitan en galaxias distantes están apiñadas en un espacio pequeño desde nuestro punto de vista y, por lo tanto, a menudo carecemos de la resolución óptica para distinguirlas de sus vecinas en la misma línea de visión».
Hubble: visión en luz visible
“Una de las principales justificaciones para construir el Telescopio Espacial Hubble fue resolver este problema. Antes del lanzamiento del Hubble en 1990 y sus posteriores mediciones de las Cefeidas, la tasa de expansión del Universo era tan incierta que los astrónomos no estaban seguros de si el Universo se había estado expandiendo durante 10 mil millones o 20 mil millones de años.»
«Esto se debe a que una tasa de expansión más rápida conduce a una edad más joven del Universo, y una tasa de expansión más lenta conduce a una edad más avanzada del Universo.»
«Hubble tiene mejor resolución de longitud de onda visible que cualquier telescopio terrestre porque al estar en el espacio, no sufre los efectos borrosos causados por la turbulencia de la atmósfera terrestre. Como resultado, puede identificar variables cefeidas individuales en galaxias que se encuentran a más de cien millones de años luz de distancia y medir el intervalo de tiempo durante el cual cambian su brillo».
Webb: visión en infrarrojos
“Sin embargo, también debemos observar las Cefeidas en la parte del infrarrojo cercano del espectro para ver la luz que pasa intacta a través del polvo interestelar. (El polvo absorbe y dispersa la luz óptica azul, haciendo que los objetos distantes parezcan débiles y engañándonos, haciéndonos creer que están más lejos de lo que están)».
«Desafortunadamente, la visión que tiene el Hubble de la luz roja no es tan nítida como la de la luz azul, por lo que la luz de las estrellas Cefeidas que vemos se mezcla con otras estrellas en su campo de visión. Podemos contabilizar la cantidad promedio de la mezcla estadísticamente, de la misma manera que un médico calcula el peso de una persona restando el peso promedio de la ropa de la lectura de la báscula, pero al hacerlo agrega ruido a las mediciones. La ropa de algunas personas es más pesada que la de otras».
“Sin embargo, la visión infrarroja nítida es uno de los superpoderes del telescopio espacial James Webb. Con su gran espejo y su óptica precisa, puede separar fácilmente la luz de las Cefeidas de la de las estrellas vecinas, con poca mezcla entre ellas».
La escalera de distancias cósmicas
«En el primer año de operaciones del Webb con nuestro programa de Observadores Generales 1685, recopilamos observaciones de Cefeidas descubiertas por el Hubble a dos peldaños de lo que se conoce como «la escalera de distancias cósmicas»:
- «El primer peldaño consiste en observar Cefeidas en una galaxia con una distancia geométrica conocida, lo que nos permite calibrar sus verdaderas luminosidades. Para nuestro programa esa galaxia es NGC 4258″.
- «El segundo peldaño consiste en observar Cefeidas en galaxias anfitrionas de supernovas recientes de Tipo Ia. La combinación de los dos primeros peldaños transfiere conocimiento de la distancia a las supernovas para calibrar sus verdaderas luminosidades».
- «El tercer peldaño es observar aquellas supernovas lejanas donde la expansión del Universo es evidente y puede medirse comparando las distancias inferidas de su brillo y los corrimientos al rojo de las galaxias anfitrionas de supernovas. Esta secuencia de pasos se conoce como «escalera de distancias»».
“Recientemente, obtuvimos nuestras primeras mediciones del Webb de los peldaños uno y dos, lo que nos permite completar la escala de distancias y compararlas con las mediciones anteriores con el Hubble (ver figura)».
Mediciones menos ruidosas
«Las muestras del Webb han reducido drásticamente el ruido en las mediciones de Cefeidas debido a su alta resolución en longitudes de onda del infrarrojo cercano. ¡Este tipo de mejora es con lo que sueñan los astrónomos! «
«Observamos más de 320 cefeidas en los dos primeros peldaños de la escalera de distancias cósmicas. Confirmamos que las mediciones anteriores del Telescopio Espacial Hubble eran precisas, aunque más ruidosas (ver figura)».
«También hemos observado cuatro anfitriones de supernovas más con Webb y vemos un resultado similar para toda la muestra».
La tensión continúa
“¡Lo que los resultados aún no explican es por qué el Universo parece expandirse tan rápido! Podemos predecir la tasa de expansión del Universo observando su imagen inicial, el fondo cósmico de microondas, y luego empleando nuestro mejor modelo de cómo crece a lo largo del tiempo para decirnos lo deprisa que debería expandirse el Universo hoy».
«El hecho de que la medida actual de la tasa de expansión exceda significativamente la predicción es un problema que lleva ya una década llamado «La tensión de Hubble». La posibilidad más interesante es que la Tensión sea una pista sobre algo que nos falta en nuestra comprensión del cosmos«.
“Puede indicar la presencia de energía oscura exótica, materia oscura exótica, una revisión de nuestra comprensión de la gravedad o la presencia de una partícula o campo único. La explicación más mundana sería que múltiples errores de medición conspiran en la misma dirección (los astrónomos han descartado un solo error usando pasos independientes), por eso es tan importante rehacer las mediciones con mayor fidelidad».
«Con el Webb confirmando las mediciones del Hubble, las mediciones del Webb proporcionan la evidencia más sólida hasta el momento de que los errores sistemáticos en la fotometría de Cefeidas del Hubble no juegan un papel significativo en la actual tensión del Hubble».
«Como resultado, las posibilidades más interesantes siguen sobre la mesa y el misterio de la Tensión se profundiza”.
Goyo Aguirre
Publicado a las 08:09h, 23 septiembremagnífico
Fernando Neira Paz
Publicado a las 16:34h, 23 septiembreGracias Goyo 👍. La tensión de Hubble es un tema de máximo interés.