La observación más precisa hasta la fecha de estrellas distantes que cambian periódicamente de brillo podría desencadenar un replanteamiento de la velocidad a la que se expande el universo, quizás resolviendo un problema de larga data en cosmología o profundizando en él.
La observación confirma una disparidad entre los dos métodos principales de medición de la velocidad. el universo se está expandiendo, conforme a uno pero no al otro, informa un nuevo estudio.
Los investigadores del grupo Stellar Standard Candles and Distances utilizaron datos recopilados por el gaia nave espacial para estudiar Estrellas variables cefeidas, que pulsan regularmente, proporcionando una forma de medir con precisión las distancias cósmicas. La técnica de medición de estrellas Cefeidas amplía otros métodos, como el basado en observaciones de tipo 1a supernova.
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La salida de luz de las supernovas, gigantescas explosiones que ocurren al final de la vida de las grandes estrellas, es tan uniforme que se les llama «candelas estándar» y forman una parte importante de lo que los astrónomos llaman la «escalera de distancia cósmica». El método de medir la distancia de las estrellas Cefeidas agrega otro «peldaño» a esa escalera metafórica, y esta nueva investigación ha fortalecido ese peldaño.
«Desarrollamos un método que buscaba cefeidas pertenecientes a cúmulos estelares compuestos por varios cientos de estrellas al probar si las estrellas se mueven juntas a través de la vía Láctea”, coautor del estudio Richard Anderson, físico de la École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) en Suiza, dijo en un comunicado (se abre en una nueva pestaña).
«Con este truco, podríamos aprovechar un mejor conocimiento de las mediciones de paralaje de Gaia, mientras nos beneficiamos de la ganancia de precisión proporcionada por las muchas estrellas miembros del cúmulo», dijo Anderson. «Esto nos ha permitido llevar la precisión de los paralajes de Gaia al límite y proporciona la base más sólida sobre la que construir la escala de distancia».
La escala de distancia cósmica también se usa para medir la tasa de expansión del universo, conocida como la constante de Hubble. Esta nueva recalibración de la «clavija» Cefeida profundiza en un problema con la velocidad a la que se expande el universo, que se conoce como la «tensión de Hubble».
¿Cuál es el voltaje del Hubble?
A principios del siglo XX, las ondas de choque se propagaron a través de la física y la astronomía cuando edwin hubble descubrió evidencia de que el universo no es estático, como se creía en ese momento, sino que en realidad se está expandiendo. Esta tasa de expansión luego se conoció como la constante de Hubble.
Este concepto experimentó un cambio importante a fines de la década de 1990, cuando los astrónomos descubrieron a través de observaciones de supernovas distantes que, no solo el universo se está expandiendo, sino que está a un ritmo acelerado. Desde entonces, la medición de la constante de Hubble se ha convertido en un tema espinoso para los astrónomos y cosmólogos, porque hay dos formas principales de determinar este valor, y no están de acuerdo.
Un método utiliza galaxias‘ velocidad en función de la distancia para dar un valor constante de Hubble de alrededor de 73 ± 1 kilómetros por segundo por megaparsec (km/s/Mpc), con 1 Megaparsec representando alrededor de 3,26 millones de años luz. Esto se conoce como la solución de «tiempo tardío», porque proviene de mediciones del universo en tiempos recientes.
El otro método para medir la constante de Hubble observa la luz de un evento poco después de la Big Bang llamada «la última dispersión», en la que los electrones se combinan con los protones para formar los primeros átomos. Dado que los electrones libres previamente habían dispersado fotones (partículas de luz) de manera espectacular, evitando que viajaran muy lejos, este evento significó que de repente se permitió que la luz viajara libremente por todo el cosmos.
Esta «primera luz» se ve ahora como la fondo cósmico de microondas (CMB), y llena casi uniformemente el cosmos, salvo pequeñas variaciones. Cuando los astrónomos miden estas pequeñas variaciones en esta radiación fósil, predicen un valor moderno para la constante de Hubble de aproximadamente 67,5 ± 0,5 km/s/Mpc.
Extrañamente, las diferencias entre las dos estimaciones de la constante de Hubble solo han aumentado a medida que las técnicas de medición para ambas se han refinado y se han vuelto más precisas. Esta diferencia de 5,6 km/s/Mpc, y el problema general que la rodea, se denomina «voltaje de Hubble». Es un problema serio para los cosmólogos, ya que sugiere que algo anda mal con nuestra comprensión de las leyes físicas fundamentales que gobiernan el universo.
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Las variables cefeidas eligen un lado
Anderson explicó por qué es importante una diferencia de unos pocos km/s/Mpc en la constante de Hubble, incluso dada la gran escala del universo. (El ancho del cosmos observable solo se estima en alrededor de 29,000 MPC).
«Esta discrepancia tiene una enorme importancia», dijo Anderson. «Suponga que desea construir un túnel excavando en dos lados opuestos de una montaña. Si comprende correctamente el tipo de roca y si sus cálculos son correctos, entonces los dos agujeros que está excavando se encontrarán en el medio. Pero si no ‘t, significa que te has equivocado: o tus cálculos están mal o te equivocas en el tipo de roca».
Anderson dijo que es análogo al voltaje del Hubble y lo que sucede con la constante del 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 como pensábamos que era», agregó.
La calibración mejorada del instrumento de medición de variables Cepheid significa que esta técnica finalmente «toma su lugar» en el debate sobre el voltaje del Hubble, brindando acuerdo con la solución de «tiempo tardío».
«Nuestro estudio confirma la tasa de expansión de 73 km/s/Mpc, pero lo que es más importante, también proporciona las calibraciones más precisas y fiables de las Cefeidas como instrumentos para medir distancias hasta la fecha», dijo Anderson. «Significa que debemos repensar los conceptos básicos que forman la base de nuestra comprensión general de la física».
Los hallazgos del equipo también tienen otras implicaciones. Por ejemplo, la calibración más precisa de las Cefeidas también ayuda a revelar mejor la forma de nuestra galaxia, dijeron los miembros del equipo de estudio.
«Debido a que nuestras medidas son tan precisas, nos dan una idea de la geometría de la Vía Láctea», dijo en la misma declaración el autor principal del estudio, Mauricio Cruz Reyes, estudiante de doctorado en el grupo de investigación de Anderson. «La extremadamente precisa calibración (se abre en una nueva pestaña) 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 de otras galaxias, por ejemplo».
El nuevo estudio fue publicado la semana pasada en la revista Astronomía y astrofísica (se abre en una nueva pestaña).
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