La ‘tensión del Hubble’ en curso en el debate del Universo Expandido: ‘puede que no haya conflicto después de todo’

Una estrella gigante roja, Camelopardalis, emite una capa de gas cuando una capa de helio alrededor de su núcleo comienza a fusionarse. Tales eventos ayudan a los científicos a calcular qué tan rápido se está expandiendo el universo. Crédito: Agencia Espacial Europea / NASA

Un nuevo análisis realizado por el astrónomo de la Universidad de Chicago ha llegado a un acuerdo con el Modelo Estándar en la actual “tensión del Hubble”.

Nuestro universo se está expandiendo, pero nuestra forma principal de medir qué tan rápido está sucediendo esa expansión ha arrojado diferentes respuestas. Durante la última década, los astrofísicos se han dividido gradualmente en dos campos: uno que cree que la diferencia es significativa y otro que piensa que puede deberse a errores de medición.

Si resulta que los errores causan desajustes, esto confirmará nuestro modelo básico de cómo funciona el universo. Otra posibilidad introduce un hilo que, cuando se tira, indica que se necesita algo de física fundamental nueva que falta para volver a unirlos. Durante varios años, cada nueva evidencia de los telescopios ha estado balanceando el argumento de un lado a otro, dando lugar a la llamada “tensión de Hubble”.

Wendy Friedman, una famosa astrónoma y profesora de astronomía y astrofísica John y Marion Sullivan en la Universidad de Chicago, realizó algunas mediciones originales de la tasa de expansión del universo que dieron como resultado un valor más alto para la constante de Hubble. Pero en un nuevo artículo de revisión aceptado Revista astrofísica مجلة, Friedman ofrece una descripción general de las observaciones más recientes. Su conclusión: las observaciones recientes están comenzando a llenar el vacío.

Esto significa que, después de todo, puede que no haya conflicto y nuestro modelo estándar del universo no necesita mucha modificación.

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La velocidad a la que el universo se expande se llama constante de Hubble, llamada UChicago alumno Edwin Hubble, SB 1910, PhD 1917, a quien se le atribuye el descubrimiento de la expansión del universo en 1929. Los científicos quieren determinar esta velocidad con precisión, porque la constante de Hubble está relacionado con la edad del universo y cómo evolucionó a lo largo del tiempo.

Un problema importante ha surgido en la última década cuando los resultados de los dos métodos de medición principales comenzaron a diferir. Pero los científicos todavía debaten la importancia del desajuste.

Una forma de medir la constante de Hubble es observar la luz muy tenue que quedó del Big Bang, llamada fondo cósmico de microondas. Esto se ha hecho en el espacio y en la Tierra utilizando instalaciones como el Telescopio Antártico dirigido por UChicago. Los científicos pueden ingresar estas observaciones en su “modelo estándar” del universo temprano y ejecutarlo a tiempo para predecir cómo debería ser la constante de Hubble hoy; Obtienen una respuesta de 67,4 kilómetros por segundo por megaparsec.

La otra forma es mirar las estrellas y galaxias en el universo cercano y medir sus distancias y qué tan rápido se alejan de nosotros. Friedman fue un destacado experto en este método durante varias décadas; En 2001, su equipo realizó una de las mediciones más notables utilizando el Telescopio Espacial Hubble para obtener imágenes de estrellas llamadas Cefeidas. El valor que encontraron fue 72. Friedman continuó midiendo las cefeidas en los años siguientes, revisando más datos del telescopio cada vez. Sin embargo, en 2019, ella y sus colegas publicaron una respuesta basada en un método completamente diferente usando estrellas llamadas gigantes rojas. La idea era verificar las Cefeidas de forma independiente.

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Las gigantes rojas son estrellas muy grandes y luminosas que siempre alcanzan el mismo brillo máximo antes de desaparecer rápidamente. Si los científicos pueden medir con precisión el brillo máximo real o intrínseco de las gigantes rojas, entonces pueden medir las distancias a sus galaxias anfitrionas, una parte esencial pero complicada de la ecuación. La pregunta principal es qué tan precisas son estas medidas.

La primera versión de este cálculo en 2019 utilizó una sola galaxia muy cercana para calibrar la luminosidad de las estrellas gigantes rojas. Durante los últimos dos años, Friedman y sus colaboradores han calculado los números de varias galaxias y grupos de estrellas diferentes. “Ahora hay cuatro formas independientes de calibrar la luminosidad de una gigante roja, y coinciden en un 1% entre sí”, dijo Friedman. “Esto nos dice que esta es una forma realmente buena de medir la distancia”.

“Tenía muchas ganas de observar detenidamente tanto a las cefeidas como a las gigantes rojas. Conozco muy bien sus fortalezas y debilidades”, dijo Friedman. “Llegué a la conclusión de que no necesitamos una nueva física fundamental para explicar las diferencias en y lejanas tasas de expansión. Los datos de la nueva gigante roja parecen ser consistentes “.

Taylor Hoyt, estudiante de posgrado de la Universidad de Chicago, que ha estado midiendo estrellas gigantes rojas en galaxias ancla, agregó: “Continuamos midiendo y probando sub-estrellas gigantes rojas de varias maneras, y continúan superando nuestras expectativas”.

El valor de la constante de Hubble obtenida por el equipo de Friedman de las gigantes rojas es de 69,8 km / s / millón de segmentos, aproximadamente el mismo valor derivado del experimento de fondo de microondas cósmico. “No se requiere nueva física”, dijo Friedman.

Los cálculos que utilizan estrellas cefeidas todavía dan números más altos, pero según el análisis de Friedman, la diferencia puede no ser alarmante. “Las estrellas cefeidas siempre han sido un poco más ruidosas y un poco más complicadas de comprender por completo; son estrellas jóvenes en regiones activas de formación de estrellas en las galaxias, y eso significa que existe la posibilidad de que cosas como el polvo o la contaminación de otras estrellas se eliminen de tus medidas ”, explicó.

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En su opinión, el conflicto podría resolverse con mejores datos.

El próximo año, cuando se espera que se lance el telescopio espacial James Webb, los científicos comenzarán a recopilar esas nuevas observaciones. Friedman y sus colaboradores ya han tenido tiempo en el telescopio para un programa importante para realizar más mediciones tanto de estrellas gigantes cefeidas como de estrellas gigantes rojas. “Webb nos dará una mayor sensibilidad y precisión, y los datos realmente mejorarán muy pronto”, dijo.

Pero mientras tanto, quería echar un vistazo más de cerca a los datos existentes, y lo que encontró fue que muchos de ellos realmente estaban de acuerdo.

“Así es como funciona la ciencia”, dijo Friedman. “Patea los neumáticos para ver si algo se desinfla, y hasta ahora, no hay pinchazos”.

Algunos académicos que han estado a favor de la incompatibilidad intrínseca pueden sentirse decepcionados. Pero para Friedman, cualquier respuesta es emocionante.

“Todavía hay espacio para la nueva física, pero incluso si no hay espacio para la nueva física, mostraría que nuestro Modelo Estándar es fundamentalmente correcto, lo que también es una conclusión profunda por hacer”, dijo. “Aquí está lo interesante de la ciencia: no sabemos las respuestas desde el principio. Aprendemos a medida que avanzamos. Es un momento realmente emocionante para estar en este campo”.

Referencia: “Medidas de la constante de Hubble: tensiones en perspectiva” por Wendy Friedman, 30 de junio de 2021, Revista astrofísica مجلة.

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