¿Una constante de Hubble inconstante?  La investigación sugiere corregir la piedra angular cosmológica

¿Una constante de Hubble inconstante? La investigación sugiere corregir la piedra angular cosmológica

mayo 23, 2021 0 Por RenzoC

Hace más de 90 años, el astrónomo Edwin Hubble observó el primer indicio de la velocidad a la que se expande el universo, llamada constante de Hubble.

Casi de inmediato, los astrónomos comenzaron a discutir sobre el valor real de esta constante y, con el tiempo, se dieron cuenta de que había una discrepancia en este número entre las observaciones del universo temprano y las observaciones del universo tardío.

Al comienzo de la existencia del universo, la luz se movía a través del plasma (todavía no había estrellas) y, a partir de las oscilaciones en forma de ondas sonoras creadas por esto, los científicos dedujeron que la constante de Hubble era aproximadamente 67. Esto significa que el universo se expande aproximadamente 67 kilómetros por segundo más rápido cada 3,26 millones de años luz.

Pero esta observación difiere cuando los científicos analizan la vida posterior del universo, después del nacimiento de las estrellas y la formación de las galaxias. La gravedad de estos objetos provoca lo que se denomina lente gravitacional, que distorsiona la luz entre una fuente distante y su observador.

Otros fenómenos en este universo tardío incluyen explosiones extremas y eventos relacionados con el final de la vida de una estrella. Basándose en estas sucesivas observaciones de la vida, los científicos calcularon un valor diferente, alrededor de 74. Esta discrepancia se llama voltaje de Hubble.

Ahora, un equipo internacional que incluye a un físico de la Universidad de Michigan ha analizado una base de datos de más de 1.000 explosiones de supernovas, lo que respalda la idea de que la constante de Hubble puede no ser realmente constante.

En cambio, puede cambiar con la expansión del universo, creciendo a medida que el universo se expande. Esta explicación probablemente requiera una nueva física para explicar la creciente tasa de expansión, como una versión modificada de la gravedad de Einstein.

Los hallazgos del equipo se publican en The Astrophysical Journal.

«El punto es que parece haber una tensión entre los valores más altos para las observaciones del universo tardío y los valores más bajos para las observaciones del universo temprano», dijo Enrico Rinaldi, investigador del Departamento de Física de la UM. “La pregunta que nos hicimos en este artículo es: ¿qué sucede si la constante de Hubble no es constante? ¿Y si realmente cambia? «

Los investigadores utilizaron un conjunto de datos de supernovas: explosiones espectaculares que marcan la etapa final de la vida de una estrella. Cuando brillan, emiten un tipo de luz específico. Específicamente, los investigadores estaban observando supernovas de tipo Ia.

Estos tipos de estrellas supernovas se utilizaron para descubrir que el universo se estaba expandiendo y acelerando, dijo Rinaldi, y se conocen como «velas estándar», como una serie de balizas con la misma bombilla. Si los científicos conocen su brillo, pueden calcular su distancia observando su intensidad en el cielo.

A continuación, los astrónomos utilizan lo que se llama «desplazamiento al rojo» para calcular cómo podría haber aumentado la tasa de expansión del universo con el tiempo. Redshift es el nombre del fenómeno que ocurre cuando la luz se estira a medida que el universo se expande.

La esencia de la observación original del Hubble es que cuanto más te alejas del observador, más se alarga la longitud de onda, como si hubieras clavado un Slinky en una pared y te hubieras alejado, sosteniendo un extremo en tus manos. El corrimiento al rojo y la distancia están relacionados.

En el estudio del equipo de Rinaldi, cada contenedor de estrellas tiene un valor de referencia de desplazamiento al rojo fijo. Al comparar el corrimiento al rojo de cada contenedor de estrellas, los investigadores pueden extraer la constante de Hubble para cada uno de los diferentes contenedores.

En su análisis, los investigadores separaron estas estrellas basándose en rangos de corrimiento al rojo. Colocaron las estrellas en un intervalo de distancia en un «contenedor», luego un número igual de estrellas en el siguiente intervalo de distancia en otro contenedor, y así sucesivamente. Cuanto más cerca está el contenedor de la Tierra, más jóvenes son las estrellas.

“Si es una constante, no debería ser diferente cuando lo extraemos de contenedores de diferentes distancias. Pero nuestro principal hallazgo es que en realidad cambia con la distancia «, dijo Rinaldi.» El voltaje de la constante de Hubble puede explicarse por una dependencia inherente de esta constante en la distancia de los objetos que se utilizan «.

Además, los investigadores encontraron que su análisis del cambio constante de Hubble con el corrimiento al rojo les permite «vincular» sin problemas el valor constante de las sondas del universo temprano y el valor de las sondas del universo tardío, dijo Rinaldi.

«Los parámetros extraídos siguen siendo compatibles con la comprensión cosmológica estándar que tenemos», dijo. «Pero esta vez cambian ligeramente a medida que cambiamos la distancia, y este pequeño cambio es suficiente para explicar por qué tenemos esta tensión».

Los investigadores dicen que hay varias explicaciones posibles para este cambio aparente en la constante de Hubble, una de las cuales es la posibilidad de sesgo de observación en la muestra de datos. Para ayudar a corregir el sesgo potencial, los astrónomos están usando Hyper Suprime-Cam en el telescopio Subaru para observar supernovas más débiles en un área grande. Los datos de esta herramienta aumentarán la muestra de supernovas observadas desde regiones remotas y reducirán la incertidumbre en los datos.

El equipo fue dirigido por Maria Dainotti, profesora asistente en el Observatorio Astronómico Nacional de Japón y la Universidad de Posgrado de Estudios Avanzados, SOKENDAI en Japón y científica afiliada al Instituto de Ciencias Espaciales de EE. UU. Rinaldi también es investigador en el Laboratorio de Física Cuántica Teórica y en el programa Interdisciplinario de Ciencias Teóricas y Matemáticas en el instituto de investigación RIKEN en Japón.

Los investigadores incluyen a Biagio De Simone, un ex alumno de maestría en la Universidad de Salerno; Tiziano Schiavone, estudiante de doctorado en la Universidad de Pisa; Giovanni Montani, profesor adjunto de la Universidad de Roma “La Sapienza” e investigador de ENEA; Gaetano Lambiase, profesor de la Universidad de Salerno.

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