Nueva análisis de los datos de Webb mide la tasa de expansión del universo, encuentra que puede que no exista una 'tensión de Hubble'

14 de agosto de 2024

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por Louise Lerner, Universidad de Chicago

Sabemos muchas cosas sobre nuestro universo, pero los astrónomos siguen debatiendo exactamente qué tan rápido se está expandiendo. De hecho, en las últimas dos décadas, se han presentado dos formas principales de medir este número, conocido como la 'constante de Hubble', que han arrojado respuestas diferentes, lo que ha llevado a algunos a preguntarse si había algo faltante en nuestro modelo de cómo funciona el universo.

Pero nuevas mediciones del poderoso Telescopio Espacial James Webb parecen sugerir que puede que no haya un conflicto, también conocido como 'tensión de Hubble', después de todo.

En un artículo presentado al The Astrophysical Journal, actualmente disponible en el servidor de preimpresión arXiv, la cosmóloga de la Universidad de Chicago, Wendy Freedman, y sus colegas analizaron nuevos datos obtenidos por el poderoso Telescopio Espacial James Webb de la NASA. Midiendo la distancia a 10 galaxias cercanas, obtuvieron un nuevo valor para la tasa a la que el universo se está expandiendo en el presente.

Su medida, de 70 kilómetros por segundo por megapársec, se superpone con el otro método principal para la constante de Hubble.

'Basados en estos nuevos datos del JWST y utilizando tres métodos independientes, no encontramos evidencia sólida de una tensión de Hubble,' dijo Freedman, renombrada astrónoma y Profesora Universitaria John y Marion Sullivan de Astronomía y Astrofísica en la Universidad de Chicago. 'Al contrario, parece que nuestro modelo cosmológico estándar para explicar la evolución del universo se mantiene.'

Sabemos que el universo se está expandiendo con el tiempo desde 1929, cuando el exalumno de UChicago Edwin Hubble (SB 1910, Ph.D. 1917) realizó mediciones de estrellas que indicaban que las galaxias más distantes se alejaban de la Tierra más rápidamente que las galaxias cercanas. Pero ha sido sorprendentemente difícil precisar el número exacto de qué tan rápido se está expandiendo el universo en el tiempo actual.

Este número, conocido como la constante de Hubble, es esencial para comprender la historia del universo. Es una parte clave de nuestro modelo sobre cómo evoluciona el universo con el tiempo.

'Confirmar la realidad de la tensión de Hubble tendría consecuencias significativas tanto para la física fundamental como para la cosmología moderna,' explicó Freedman.

Dada la importancia y también la dificultad de hacer estas mediciones, los científicos las prueban con diferentes métodos para asegurarse de que sean lo más precisas posible.

Un enfoque principal implica estudiar la luz remanente de las secuelas del Big Bang, conocida como la radiación cósmica de fondo en microondas. La mejor estimación actual de la constante de Hubble con este método, que es muy precisa, es de 67.4 kilómetros por segundo por megapársec.

El segundo método principal, en el que Freedman se especializa, consiste en medir la expansión de las galaxias en nuestro vecindario cósmico local directamente, utilizando estrellas cuyo brillo se conoce. Al igual que las luces de los automóviles se ven menos intensas cuando están lejos, a mayores distancias, las estrellas parecen menos y menos brillantes. Medir las distancias y la velocidad a la que las galaxias se alejan de nosotros nos dice entonces qué tan rápido se está expandiendo el universo.

En el pasado, las mediciones con este método arrojaron un número más alto para la constante de Hubble, más cercano a 74 kilómetros por segundo por megapársec.

Esta diferencia es lo suficientemente grande como para que algunos científicos especulen que algo significativo podría estar faltando en nuestro modelo estándar de la evolución del universo. Por ejemplo, dado que un método observa los primeros días del universo y el otro observa la época actual, tal vez algo importante cambió en el universo con el tiempo. Este aparente desajuste se ha denominado 'tensión de Hubble'.

El Telescopio Espacial James Webb o JWST, ofrece a la humanidad una nueva y poderosa herramienta para ver profundamente en el espacio. Lanzado en 2021, el sucesor del Telescopio Hubble ha tomado imágenes asombrosamente nítidas, ha revelado nuevos aspectos de mundos lejanos y ha recopilado datos sin precedentes, abriendo nuevas ventanas al universo.

Freedman y sus colegas utilizaron el telescopio para realizar mediciones de diez galaxias cercanas que proporcionan una base para la medición de la tasa de expansión del universo.

Para verificar sus resultados, utilizaron tres métodos independientes. El primero utiliza un tipo de estrella conocida como estrella variable Cefeida, que varía predeciblemente en su brillo con el tiempo. El segundo método se conoce como 'Punta de la Rama Gigante Roja', y utiliza el hecho de que las estrellas de baja masa alcanzan un límite superior fijo en sus brillos.

El tercer método, y más nuevo, emplea un tipo de estrella llamada estrellas de carbono, que tienen colores y brillos consistentes en el espectro del infrarrojo cercano de la luz. El nuevo análisis es el primero en utilizar los tres métodos simultáneamente, dentro de las mismas galaxias. En cada caso, los valores estaban dentro del margen de error para el valor dado por el método del fondo cósmico de microondas de 67.4 kilómetros por segundo por megapársec. "Obtener una buena concordancia de tres tipos completamente diferentes de estrellas, para nosotros, es un fuerte indicador de que estamos en el camino correcto", dijo Freedman. 

"Observaciones futuras con el JWST serán críticas para confirmar o refutar la tensión de Hubble y evaluar las implicaciones para la cosmología", dijo el coautor del estudio Barry Madore del Instituto Carnegie para la Ciencia y profesor visitante en la Universidad de Chicago. Más información: Wendy L. Freedman et al, Informe de estado sobre el Programa Hubble de Chicago-Carnegie (CCHP): Tres Determinaciones Astrofísicas Independientes de la Constante de Hubble Utilizando el Telescopio Espacial James Webb, arXiv (2024). DOI: 10.48550/arxiv.2408.06153 Información de la revista: Astrophysical Journal Proporcionado por University of Chicago