JWST confirma la tasa de expansión del universo y uno de los mayores misterios de la física

tEl JWST ha confirmado los resultados de telescopios menores sobre la velocidad a la que se está expandiendo el universo. En lugar de zanjar los debates sobre física, esto empeora las cosas, porque las mediciones anteriores contradicen lo que los astrónomos creen que debería estar sucediendo, basándose en la Ecos del Big Bang. Esto (probablemente) no significa que debamos descartar la mayor parte de lo que creemos saber sobre cosmología, como algunos artículos populares afirmanpero deja un problema importante por resolver.

Los astrónomos han ideado varios métodos para determinar qué tan rápido se está expandiendo el universo, una medida con importantes implicaciones para la edad y el futuro del universo. Inicialmente, estos venían acompañados de grandes incertidumbres y, si bien las predicciones básicas variaban, las barras de error se superponían, por lo que no había mucho de qué preocuparse.

Sin embargo, a medida que nuestros instrumentos mejoraron y aumentó el número de fuentes estudiadas, las discrepancias no desaparecieron. Esto ahora se conoce como «tensión de Hubble», una referencia a la constante de Hubble, el número que define la relación entre la distancia y la velocidad de un objeto distante.

El JWST es capaz de realizar una de las mediciones cruciales, la distancia a galaxias lejanas, con mayor precisión que cualquier otro instrumento. Quizás, pensaron algunos astrónomos, proporcionaría una respuesta más cercana a la obtenida por otras vías, resolviendo la Tensión de Hubble. En cambio, ha respaldado los resultados de otros telescopios.

«¿Alguna vez te costó ver una señal que estaba en el borde de tu visión? ¿Qué dice? ¿Qué significa? Incluso con los telescopios más potentes, las 'señales' que los astrónomos quieren leer parecen tan pequeñas que nosotros también tenemos dificultades para verlas». ”, dijo en un comunicado el profesor Adam Riess de la Universidad Johns Hopkins, quien compartió el Premio Nobel de Física 2011 por demostrar que la expansión del universo se está acelerando.

«El signo que los cosmólogos quieren leer es un signo de límite de velocidad cósmica que nos dice qué tan rápido se está expandiendo el universo: un número llamado constante de Hubble», explicó Riess. «Nuestro signo está escrito en las estrellas de galaxias distantes. El brillo de ciertas Las estrellas en esas galaxias nos dicen qué tan lejos están y, por lo tanto, durante cuánto tiempo ha estado viajando esta luz para llegar a nosotros, y los corrimientos al rojo de las galaxias nos dicen cuánto se expandió el universo durante ese tiempo, por lo tanto, nos indican la tasa de expansión. «

Riess ganó su premio por ayudar a realizar esta medición utilizando supernovas de Tipo Ia, cuyo brillo intrínseco en su punto máximo es muy consistente. Sin embargo, esto requiere esperar a que explote el tipo correcto de supernova. Las estrellas conocidas como Cefeidas variables ofrecen una alternativa, siendo mucho más abundantes.

El brillo de una variable cefeida está relacionado con la velocidad a la que se expande y contrae, lo que una vez más nos da una medida que puede usarse para calcular su distancia. Las variables cefeidas nos dieron una primera idea de la escala del universo, revelando que las galaxias distantes se encuentran mucho más allá de la Vía Láctea.

Sin embargo, al no ser tan brillantes como las supernovas, las variables cefeidas no pueden verse en las galaxias más distantes. Sin embargo, a cientos de millones de años luz de distancia, pueden calibrar las mediciones de supernovas, proporcionando una precisión adicional, pero sólo si podemos distinguirlas de las estrellas ordinarias cercanas.

El JWST opera en longitudes de onda donde es más fácil de hacer que en el rango de Hubble, y Riess y sus colegas lo utilizaron para medir más de 320 cefeidas, algunas en la galaxia relativamente cercana NGC 4258 y en NGC 5584, que albergó una supernova reciente.

Sus mediciones muestran que la falta de confianza en la precisión del Hubble era injustificada: estaba midiendo estas galaxias extremadamente bien. Sin embargo, lo que encontraron los dos telescopios espaciales no coincide en absoluto con las predicciones basadas en el fondo cósmico de microondas.

La tensión del Hubble sigue sin resolverse.

«La posibilidad más interesante es que la Tensión sea una pista sobre algo que nos falta en nuestra comprensión del cosmos», añadió Riess. «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». Como si la energía y la materia oscuras ordinarias no fueran lo suficientemente desconcertantes.

Cuatro siglos después, Shakespeare sigue teniendo razón: hay son Hay más cosas en el cielo y en la Tierra de las que cualquier filosofía puede soñar, incluida la de Horacio.

El estudio ha sido aceptado por The Astrophysical Journal y una preimpresión está disponible en ArXiv.org.

Una versión anterior de este artículo se publicó en septiembre de 2023.