¿Se ha resuelto la tensión del Hubble? Los astrónomos se apresuran a salvar el modelo estándar de la cosmología

El universo se está expandiendo a un ritmo acelerado, pero la naturaleza de esta expansión (por qué se está expandiendo y por qué lo hace a un ritmo tan acelerado) es incierta. Uno de los culpables ha sido bautizado como «energía oscura», una forma hipotética de energía que podría considerarse antigravedad. Aunque se desconoce qué es exactamente la energía oscura, como constante cosmológica, los astrónomos podrían estar de acuerdo aproximadamente en sus efectos para medir la tasa de expansión del universo, conocida como la constante de Hubble. Pero ya no es así.

En los últimos meses se han publicado investigaciones y se han publicado noticias sobre nuevas mediciones de la tasa de expansión del universo. Se trata de un tema candente en cosmología. En los últimos años, ese acuerdo anterior ha desaparecido ante la brecha que existe entre el valor que depende del método que se utilice para medirlo. La cuestión, bautizada como tensión de Hubble, ha cobrado protagonismo, y los cosmólogos y astrofísicos han debatido a favor de un método de medición (y de la cifra resultante) en lugar del otro. Pero no hay un claro ganador.

¿Cómo no iba a convertirse en un tema central? El modelo estándar de la cosmología –el universo comenzó con un Big Bang, se infló exponencialmente y ha estado expandiéndose desde entonces (compuesto de materia normal, materia oscura y energía oscura en una proporción de 5:25:70)– posiblemente esté en juego. Los observatorios más avanzados que los humanos han puesto en órbita para medir fenómenos extraordinarios no pueden ponerse de acuerdo sobre un valor único para la tasa de expansión.

Uno de ellos, el Observatorio Planck, observó el fondo cósmico de microondas (CMB, por sus siglas en inglés). Se trata de la primera luz emitida en el universo. Se considera que es el eco luminoso del Big Bang, emitido una vez que el universo se enfrió lo suficiente como para que se formaran átomos neutros, y la luz ya no estaba atada a ellos.

Con los datos del CMB, los científicos han determinado que el universo se expande a una velocidad de 67,4 kilómetros por segundo por megaparsec, siendo 1 megaparsec equivalente a 3,26 millones de años luz. Esto significa que si dos galaxias están separadas por 1 megaparsec, la expansión del universo haría que pareciera que se alejan una de otra a una velocidad de 67,4 kilómetros (42 millas) por segundo.

Los astrónomos abordan las mediciones de distancias en el universo de diferentes maneras. Una de ellas consiste en utilizar candelas estándar, objetos que tienen la misma luminosidad intrínseca, de modo que, midiendo lo tenues que parecen, podemos calcular a qué distancia se encuentran. El telescopio espacial Hubble ha medido varias de estas candelas estándar. Una en particular, la estrella variable Cefeida, ha sido especialmente útil. Es lo que los astrónomos han utilizado para calcular la tasa de expansión del universo, pero se trata de un número diferente: 73 kilómetros por segundo por megapársec.

La incertidumbre en torno a cada número es pequeña y no se superponen. Es como si hubiera dos tasas de expansión en el universo, una para el universo primitivo y otra para los últimos miles de millones de años aproximadamente. Sin embargo, el modelo estándar de cosmología, nuestra mejor teoría actual sobre cómo es el universo, dice que debería ser el mismo. Por lo tanto, o nuestro modelo está equivocado o nuestras mediciones están equivocadas. Por lo tanto, tenemos la Tensión de Hubble.

Numerosos observatorios han intentado medir la tasa de expansión utilizando candelas estándar. Incluso el JWST, el telescopio espacial más potente jamás lanzado al espacio, ha demostrado estar de acuerdo con el Hubble en lo que respecta a las variables cefeidas.

¿Una nueva solución?

Dadas las incertidumbres inherentes, el valor de la constante de Hubble es coherente con el obtenido a partir del fondo cósmico de microondas, pero no puede descartar la existencia de nueva física.

Profesora Wendy Freedman

En la actualidad, no tenemos una respuesta a cuál es la solución correcta, pero en abril, una investigación presentada con apenas unos días de diferencia indicó algunos nuevos y emocionantes hallazgos. El Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) publicó el mapa tridimensional más grande del universo, lo que permite a los investigadores estimar de forma independiente la tasa de expansión del cosmos entre 8 y 11 mil millones de años atrás. Resulta que coincide con el fondo cósmico de microondas.

Recientemente ha surgido otro desafío. Un equipo dirigido por la profesora Wendy Freedman de la Universidad de Chicago también utilizó el JWST para estimar mejor la constante de Hubble. Su trabajo utiliza tres formas independientes de estimar distancias en las mismas galaxias, con diferentes candelas estándar (incluidas las variables Cefeidas) medidas.

Este enfoque se optimizó para garantizar que cada método de medición de distancias fuera lo más preciso posible. La profesora Freedman y su equipo hallaron un valor para la tasa de expansión de 69,96 kilómetros (43,5 millas) por segundo por megapársec. Incluyendo su incertidumbre, el valor es coherente con el fondo cósmico de microondas, pero Freedman no está dispuesta a afirmar que la tensión de Hubble simplemente ha desaparecido. Señaló que todavía se necesitan más observaciones.

«Las galaxias más distantes dan un resultado diferente que las cercanas. Las mediciones de las galaxias más distantes tienen una resolución menor y son menos precisas. Por lo tanto, el JWST debe determinar si hay un problema con esos objetos más distantes. Los objetos más distantes aún no tienen datos del JWST», dijo el profesor Freedman a IFLScience.

¿Es segura la física tal como la conocemos?

En medio de las incertidumbres, puede que se esté escondiendo una nueva física. Una propuesta muy reciente considera que en los albores del universo existía un nuevo tipo de energía oscura. A diferencia de la energía oscura que sigue existiendo hoy en día (a pesar de que no sabemos qué es), esta versión, llamada «energía oscura temprana», sólo permanecería presente durante un breve período. Sin embargo, su presencia solucionaría la tensión de Hubble.

La presencia de esta energía oscura hizo que aumentara el número de galaxias brillantes tempranas en la simulación. Un resultado que mata dos pájaros de un tiro. Sin embargo, si esto es correcto, dependerá de futuras observaciones. La tensión de Hubble podría desaparecer y el paradigma de la evolución de las galaxias podría cambiar por otros medios.

«Teniendo en cuenta las incertidumbres inherentes, el valor de la constante de Hubble es coherente con el obtenido a partir del fondo cósmico de microondas, pero no puede descartar nuevos descubrimientos físicos. Este trabajo deja claro que se necesitan más datos antes de que sea necesario añadir nada al modelo cosmológico estándar», dijo el profesor Freedman a IFLScience.

El hallazgo de DESI, así como el trabajo de la profesora Freedman y su equipo, son un avance emocionante en la saga de la tensión del Hubble. Anuncian una solución que se acerca a un número más cercano al medido por el CMB. Sin embargo, por ahora, las incertidumbres persisten y seguirán ahí hasta que los astrónomos puedan ponerse de acuerdo sobre por qué exactamente apareció la tensión y dónde son necesarias las correcciones.

La tensión de Hubble podría efectivamente morir, pero tendremos que esperar y ver si es por el estallido de la destrucción de nuestro modelo actual del universo o por el gemido de la corrección de nuestras observaciones.