¿Se necesitará nueva física para explicar la expansión del universo?

Los astrónomos han aumentado aún más su certeza de que los telescopios Hubble y James Webb midieron correctamente la tasa de expansión del universo. Esto significa que la discrepancia entre las mediciones en el universo cercano y las del universo primitivo apunta a una posible nueva física, a la espera de ser descubierta.

La velocidad a la que se expande el universo es uno de los temas más importantes de la física moderna. Medir correctamente esta tasa de aceleración, conocida como constante de Hubble, es esencial para calcular distancias con precisión a gran escala, pero la tarea ha demostrado ser un gran desafío.

Tasa de expansión del universo.

En resumen, hay dos formas principales de medir la tasa de expansión: una es a través de Cefeidas (estrellas que varían su brillo en periodos bien definidos) y la otra es utilizando el fondo cósmico de microondas (la luz sobrante del Big Bang). . Sin embargo, las dos mediciones arrojan resultados diferentes.

Los científicos describen la expansión por la velocidad con la que las galaxias se alejan unas de otras. La velocidad se mide en km/s, mientras que las distancias entre objetos están en la escala de megaparsecs (Mpc, que corresponde a 3.260.000 años luz). Por tanto, la unidad de medida de la constante de Hubble es km/s/Mpc.

voltaje del hubble

Cuando la constante se calcula basándose en las Cefeidas, el resultado es 73 km/s/Mpc, mientras que la aproximación al fondo cósmico de microondas da como resultado 67,4 km/s/Mpc. Esta discrepancia se conoce como voltaje de Hubble.

A lo largo de décadas, los investigadores se han esforzado por repetir las mediciones de frecuencia una y otra vez para obtener datos cada vez más precisos y eliminar cualquier posibilidad de error humano o de instrumentos científicos. Con cada nueva observación, aumenta la certeza de que son correctas, lo que hace que la Tensión de Hubble sea más difícil de resolver.

Certidumbre creciente

En agosto de 2023, un equipo de científicos analizó las mediciones de las Cefeidas realizadas por el Telescopio James Webb, las mismas estrellas que el Hubble estudió anteriormente. La idea era comparar los conjuntos de datos recopilados por los dos instrumentos para ver si el Hubble había cometido algún error, y la respuesta fue «no, no hubo ningún error».

Esto demostró que James Webb estaba confirmando la discrepancia, lo que en última instancia sugiere que algo falta en la comprensión actual del universo. Ahora, el mismo equipo de 2023 ha publicado un nuevo estudio, comparando nuevamente los datos de ambos telescopios, y la certeza de que no habrá error ha aumentado aún más.

Los dos estudios fueron dirigidos por Adam Riess, físico de la Universidad Johns Hopkins de Baltimore, premio Nobel por el codescubrimiento de la aceleración de la expansión del universo. Hasta entonces, los astrónomos sólo sabían que existía la expansión, pero a un ritmo fijo y constante.

Para calificar la certeza de que una medición determinada no se ve afectada por errores humanos o de instrumentación, los científicos suelen utilizar un tipo de escala llamada sigma. Esta clasificación es estadística y, por tanto, las observaciones deben repetirse una y otra vez.

En astrofísica, el estándar de oro para un posible nuevo descubrimiento es 5 sigma, lo que representa una certeza muy alta. Esta calificación se logró en la encuesta de 2023 y el nuevo estudio del equipo elevó la confianza a 8 sigma. Es un “argumento” significativo que no hay errores en las mediciones del telescopio Hubble, y mucho menos del Webb.

¿Que significa eso?

La confirmación de la discrepancia entre las mediciones de 73 km/s/Mpc y 67,4 km/s/Mpc indica que el ritmo de expansión del universo ha cambiado desde los tiempos más primitivos, hace miles de millones de años. «Necesitamos descubrir si nos falta algo que conecte el comienzo del universo y el presente», dijo Riess.

Aunque parezca un problema embarazoso para la ciencia, estos resultados son realmente apasionantes. Sugieren que aún queda algo por descubrir sobre cómo ha cambiado el universo desde las primeras luces emitidas después del Big Bang. «Lo que queda es la posibilidad real y emocionante de que hayamos entendido mal el universo», dijo Riess.

Si los astrónomos encuentran una manera de resolver el enigma, podrían descubrir una física completamente nueva para describir el cosmos. Con un poco de “suerte”, también podría explicar otros misterios, como la materia oscura y los objetos que evolucionaron demasiado rápido y demasiado pronto, algo que el modelo actual no predijo.

El nuevo artículo fue publicado en la revista. Las cartas del diario astrofísico.

Fuente: NASA, STScI, ESA, The Astrophysical Journal Letters