Una nueva dimensión podría cambiar nuestra comprensión del universo

El universo se está expandiendo, pero ¿a qué velocidad? La respuesta parece depender de si estima la tasa de expansión cósmica, llamada constante de Hubble, o H_0:— basado en el eco del Big Bang (Cosmic Microwave Background o CMB) o mide H?_0: directamente basado en las estrellas y galaxias de hoy. Este problema, conocido como tensión de Hubble, ha desconcertado a astrofísicos y cosmólogos de todo el mundo.

La investigación realizada por el grupo de investigación Stellar Standard Candles and Distances dirigido por Richard Anderson del Instituto de Física de EPFL agrega una nueva pieza al rompecabezas. Su investigación, que ha sido publicada Astronomía y astrofísica, ha logrado la medición de distancia más precisa de las estrellas Cefeidas, un tipo de estrella variable cuyo brillo fluctúa con el tiempo, hasta la fecha según los datos recopilados por la misión Gaia de la Agencia Espacial Europea (ESA). Esta nueva calibración fortalece aún más la tensión del Hubble.

constante de Hubble (H:_0:) lleva el nombre del astrofísico que, junto con Georges Lemaître, descubrió el fenómeno a finales de la década de 1920. Se mide en kilómetros por segundo por megaparsec (km/s/MPc), donde 1 Mpc equivale a unos 3,26 millones de años luz.

La mejor medida directa de h_0: utiliza una «escala de distancia cósmica» cuyo primer peldaño está definido por la medición de la luminosidad absoluta de las Cefeidas, ahora recalibrada por el estudio EPFL. A su vez, las cefeidas calibran el siguiente peldaño de la escalera, donde las supernovas, poderosas explosiones de estrellas al final de sus vidas, rastrean la expansión del universo mismo.

Esta escala de distancia, medida en supernovas, H_0:Para el equipo de Ecuación de Estado de Energía Oscura (SH0ES), dirigido por el Premio Nobel de Física 2011 Adam Riess, pone a H._0: a una velocidad de 73,0 ± 1,0 km/s/Mpc.

La primera radiación después del Big Bang

P:_0: también se puede determinar interpretando el CMB, la omnipresente radiación de microondas que quedó del Big Bang hace más de 13 mil millones de años. Sin embargo, este método de medir el «universo primitivo» debe asumir una comprensión física más detallada de cómo evolucionó el universo, haciéndolo dependiente del modelo. El satélite Planck de la ESA proporcionó los datos más completos sobre el CMB y, según este método, H_0: es 67,4 ± 0,5 km/s/MPc.

La tensión del Hubble relaciona esta discrepancia con 5,6 km/s/MPc, dependiendo de si se utiliza el método CMB (universo temprano) o el método de escalera de distancia (universo tardío). La implicación, siempre que las mediciones realizadas por ambos métodos sean correctas, es que algo falla en la comprensión de las leyes físicas básicas que gobiernan el universo. Naturalmente, este tema principal destaca cuán importante es la confiabilidad de los métodos de los astrofísicos.

El nuevo estudio EPFL es tan importante porque solidifica el primer peldaño de la escala de distancia, mejorando la calibración de las Cefeidas como trazadores de distancia. De hecho, la nueva calibración nos permite medir distancias astronómicas con una precisión de ± 0,9 %, lo que brinda un sólido apoyo a la última medición del universo. Además, los resultados obtenidos en EPFL, en colaboración con el equipo SH0ES, ayudaron a mejorar H._0: medición, lo que resulta en una mayor precisión y una mayor importancia de la tensión de Hubble.

«Nuestro estudio confirma una tasa de expansión de 73 km/s/m/m, pero lo que es más importante, también proporciona las mediciones más precisas y fiables de cefeidas como herramientas de medición de distancia hasta la fecha», dice Anderson.

«Desarrollamos un método que buscaba Cefeidas pertenecientes a cúmulos de varios cientos de estrellas, verificando si las estrellas se mueven juntas a través de la Vía Láctea. Gracias a este truco, pudimos aprovechar el mejor conocimiento de las medidas de paralaje de Gaia, mientras: Aprovechando la ganancia de precisión que ofrecen muchas estrellas miembros del cúmulo. Esto nos permitió llevar la precisión de los paralajes de Gaia al límite y proporcionar la base más sólida sobre la que descansar la escalera de distancia».

Reinterpretación de conceptos básicos

¿Por qué es importante una diferencia de unos pocos km/s/s dada la gran escala del universo? «Esta discrepancia es enorme», dice Anderson.

«Suponga que desea construir un túnel excavando dos lados opuestos de una montaña. Si acertó con el tipo de roca y si sus cálculos son correctos, los dos agujeros que cavó se encontrarán en el centro. si no lo hacen, significa que cometió un error, o sus cálculos están equivocados, o está equivocado sobre el tipo de roca.

“Eso es lo que sucede con la constante de Hubble. Cuanta más confirmación obtengamos de que nuestros cálculos son precisos, más podremos concluir que la discrepancia significa que nuestra comprensión del universo es incorrecta, que el universo no es exactamente lo que pensábamos que era».

La inconsistencia tiene muchas otras consecuencias. Pone en duda los principios fundamentales, como la naturaleza exacta de la energía oscura, el continuo espacio-tiempo y la gravedad. «Eso significa que tenemos que repensar los conceptos básicos que forman la base de nuestra comprensión general de la física», dice Anderson.

El estudio de su grupo de investigación también tiene importantes contribuciones a otros campos. «Debido a que nuestras medidas son tan precisas, nos dan una idea de la geometría de la Vía Láctea», dice Mauricio Cruz Reyes, Ph.D. estudiante en el grupo de investigación de Anderson y autor principal del estudio. «La calibración de alta precisión que hemos desarrollado nos permitirá determinar mejor el tamaño y la forma de la Vía Láctea como una galaxia de disco plano y su distancia, por ejemplo, de otras galaxias. Nuestro trabajo también confirmó la confiabilidad de los datos de Gaia al compararlos con los recuperados. de otros telescopios».