El ritmo al que se expande el universo, conocido como constante de Hubble, es uno de los parámetros fundamentales para comprender la evolución y el destino final del cosmos. Sin embargo, se observa una diferencia persistente llamada “tensión de Hubble” entre el valor de la constante medida con una amplia gama de indicadores de distancia independientes y su valor predicho a partir del resplandor del Big Bang.
El Telescopio Espacial James Webb de la NASA proporciona nuevas capacidades para examinar y refinar algunas de las pruebas observacionales más sólidas de esta tensión. El premio Nobel Adam Riess de la Universidad Johns Hopkins y el Instituto Científico del Telescopio Espacial presenta su trabajo reciente y el de sus colegas utilizando observaciones de Webb para mejorar la precisión de las mediciones locales de la constante de Hubble:
“¿Alguna vez te costó ver una señal que estaba en el borde de tu visión? ¿Qué dice? ¿Qué significa? Incluso con los telescopios más potentes, las ‘señales’ que los astrónomos quieren leer parecen tan pequeñas que nosotros también tenemos dificultades para verlas”. “.
“El signo que los cosmólogos quieren leer es un signo de límite de velocidad cósmica que nos dice qué tan rápido se está expandiendo el universo, un número llamado constante de Hubble. Nuestro signo está escrito en las estrellas de galaxias distantes. El brillo de ciertas estrellas en esas galaxias nos dice “Nos dice qué tan lejos están y, por lo tanto, durante cuánto tiempo ha estado viajando esta luz para llegar a nosotros, y los corrimientos al rojo de las galaxias nos dicen cuánto se expandió el universo durante ese tiempo, y por lo tanto nos dicen la tasa de expansión”.
“Una clase particular de estrellas, las variables cefeidas, nos ha proporcionado las mediciones de distancia más precisas durante más de un siglo porque estas estrellas son extraordinariamente brillantes: son estrellas supergigantes, cien mil veces la luminosidad del sol. Es más, pulsan (es decir, expandirse y contraerse en tamaño) durante un período de semanas, lo que indica su luminosidad relativa. Cuanto más largo sea el período, más brillantes son intrínsecamente”.
“Son la herramienta de referencia para medir las distancias de las galaxias a cien millones de años luz o más, un paso crucial para determinar la constante de Hubble. Desafortunadamente, las estrellas de las galaxias están apiñadas en un espacio pequeño desde nuestro punto de vista distante. punto y por eso a menudo nos falta la resolución para separarlos de sus vecinos en la línea de visión”.
“Una justificación importante para construir el Telescopio Espacial Hubble fue resolver este problema. Antes del lanzamiento del Hubble en 1990 y sus posteriores mediciones de las Cefeidas, la tasa de expansión del universo era tan incierta que los astrónomos no estaban seguros de si el universo se había estado expandiendo durante 10 mil millones “O 20 mil millones de años. Esto se debe a que una tasa de expansión más rápida conducirá a una edad más joven para el universo, y una tasa de expansión más lenta conducirá a una edad más antigua del universo”.
“El Hubble tiene una mejor resolución de longitud de onda visible que cualquier telescopio terrestre porque se encuentra por encima de los efectos borrosos de la atmósfera terrestre. Como resultado, puede identificar variables cefeidas individuales en galaxias que están a más de cien millones de años luz de distancia y medir el intervalo de tiempo durante el cual cambian su brillo.”
“Sin embargo, también debemos observar las Cefeidas en la parte del infrarrojo cercano del espectro para ver la luz que pasa ilesa a través del polvo intermedio. (El polvo absorbe y dispersa la luz óptica azul, haciendo que los objetos distantes parezcan débiles y engañándonos haciéndonos creer que son más lejos que ellos). “
“Desafortunadamente, la visión de la luz roja del Hubble no es tan nítida como la azul, por lo que la luz de las estrellas Cefeidas que vemos allí está mezclada con otras estrellas en su campo de visión. Podemos explicar la cantidad promedio de mezcla, estadísticamente, de la misma manera que una “El médico calcula su peso restando el peso promedio de la ropa de la lectura de la báscula, pero al hacerlo agrega ruido a las mediciones. La ropa de algunas personas pesa más que otras”.
“Sin embargo, la visión infrarroja nítida es uno de los superpoderes del Telescopio Espacial James Webb. Con su gran espejo y su óptica sensible, puede separar fácilmente la luz de las Cefeidas de las estrellas vecinas con poca mezcla. En el primer año de operaciones del Webb con nuestro programa de Observadores Generales En 1685, recopilamos observaciones de cefeidas encontradas por Hubble en dos escalones de lo que se conoce como la escalera de distancias cósmicas”.
“El primer paso consiste en observar las Cefeidas en una galaxia con una distancia geométrica conocida que nos permite calibrar la verdadera luminosidad de las Cefeidas. Para nuestro programa, esa galaxia es NGC 4258. El segundo paso es observar las Cefeidas en las galaxias anfitrionas de tipo reciente. Ia supernova.”
“La combinación de los dos primeros pasos transfiere el conocimiento de la distancia a las supernovas para calibrar sus verdaderas luminosidades. El tercer paso es observar aquellas supernovas muy lejos donde la expansión del universo es evidente y se puede medir comparando las distancias inferidas de sus “El brillo y los corrimientos al rojo de las galaxias anfitrionas de supernovas. Esta secuencia de pasos se conoce como escalera de distancias”.
“Recientemente obtuvimos nuestras primeras mediciones de Webb de los pasos uno y dos, lo que nos permite completar la escala de distancias y compararlas con las mediciones anteriores con las mediciones de Hubble Webb que han reducido drásticamente el ruido en las mediciones de Cefeidas debido a la resolución del observatorio en longitudes de onda del infrarrojo cercano. “.
“¡Este tipo de mejora es con lo que sueñan los astrónomos! Observamos más de 320 cefeidas en los dos primeros pasos. Confirmamos que las mediciones anteriores del Telescopio Espacial Hubble eran precisas, aunque más ruidosas. También observamos cuatro anfitriones de supernovas más con Webb y Vemos un resultado similar para toda la muestra”.
“Lo que los resultados aún no explican es por qué el universo parece expandirse tan rápido. Podemos predecir la tasa de expansión del universo observando su imagen de bebé, el fondo cósmico de microondas, y luego empleando nuestro mejor modelo de cómo crece. con el tiempo para decirnos qué tan rápido debería expandirse el universo hoy”.
“El hecho de que la medida actual de la tasa de expansión exceda significativamente la predicción es un problema que lleva ya una década llamado ‘La Tensión de Hubble’. La posibilidad más interesante es que la Tensión sea una pista sobre algo que nos falta en nuestra comprensión de la cosmos.”
“Puede indicar la presencia de energía oscura exótica, materia oscura exótica, una revisión de nuestra comprensión de la gravedad o la presencia de una partícula o campo único. La explicación más mundana sería que múltiples errores de medición conspiran en la misma dirección (los astrónomos han descartó un solo error al utilizar pasos independientes), por eso es tan importante rehacer las mediciones con mayor fidelidad”.
“Con Webb confirmando las mediciones del Hubble, las mediciones de Webb proporcionan la evidencia más fuerte hasta el momento de que los errores sistemáticos en la fotometría cefeida del Hubble no juegan un papel significativo en la tensión actual del Hubble. Como resultado, las posibilidades más interesantes permanecen sobre la mesa y la El misterio de la Tensión se profundiza.”
Esta publicación destaca datos de un artículo que fue aceptado por The Astrophysical Journal.
Con información de arXiv
