Los astrónomos utilizaron los telescopios espaciales James Webb y Hubble para confirmar uno de los enigmas más preocupantes de toda la física: que el Universo parece expandirse a velocidades sorprendentemente diferentes dependiendo de hacia dónde miremos.
Este problema, conocido como estrés de Hubble, tiene el potencial de alterar o incluso derrocar por completo la cosmología. En 2019, las mediciones del Telescopio Espacial Hubble confirmaron que el rompecabezas era real; en 2023, mediciones aún más precisas de Telescopio espacial James Webb (JWST) consolidó la discrepancia.
Ahora, una triple verificación realizada por ambos telescopios trabajando juntos parece haber eliminado para siempre la posibilidad de cualquier error de medición. El estudio, publicado el 6 de febrero en Cartas de revistas astrofísicassugiere que puede haber algo gravemente incorrecto en nuestra comprensión del universo.
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«Una vez negados los errores de medición, lo que queda es la posibilidad real y emocionante de que hayamos entendido mal el universo», dijo el autor principal del estudio. Adam Riessprofesor de física y astronomía en la Universidad Johns Hopkins, dijo en un comunicado.
Reiss, Saul Perlmutter y Brian P. Schmidt ganó el Premio Nobel de Física 2011 por el descubrimiento de la energía oscura en 1998, la misteriosa fuerza detrás de la expansión acelerada del universo.
Actualmente, existen dos métodos “estándar de oro” para descubrir la constante de Hubble, un valor que describe la tasa de expansión del universo. El primero implica observar pequeñas fluctuaciones en el fondo cósmico de microondas (CMB), una antigua reliquia de la primera luz del Universo producida apenas 380.000 años después del Big Bang.
Entre 2009 y 2013, los astrónomos mapearon esta pelusa de microondas utilizando el satélite Planck de la Agencia Espacial Europea para inferir una constante de Hubble de aproximadamente 46.200 mph por millón de años luz, o alrededor de 67 kilómetros por segundo por megaparsec (km/s/Mpc).
El segundo método utiliza estrellas pulsantes llamadas variables cefeidas. Las estrellas cefeidas están muriendo y sus capas exteriores de gas helio crecen y se encogen a medida que absorben y liberan la radiación de la estrella, lo que hace que parpadeen periódicamente como lámparas de señales distantes.
A medida que las cefeidas se vuelven más brillantes, pulsan más lentamente, lo que brinda a los astrónomos una forma de medir su brillo absoluto. Comparando este brillo con el brillo observado, los astrónomos pueden unir las Cefeidas en una «escalera de distancia cósmica» para mirar cada vez más profundamente en el pasado del Universo. Con esta escalera en su lugar, los astrónomos pueden encontrar un número preciso para su expansión a partir de cómo se estiró o desplazó al rojo la luz de las Cefeidas.
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Pero aquí es donde comienza el misterio. Según las mediciones de las variables cefeidas realizadas por Riess y sus colegas, la tasa de expansión del universo es de aproximadamente 74 km/s/Mpc: un valor increíblemente alto en comparación con las mediciones de Planck. La cosmología fue lanzada a territorio inexplorado.
«No llamaríamos a esto una tensión o un problema, sino más bien una crisis». David Grossdijo un astrónomo ganador del Premio Nobel en una conferencia de 2019 en el Instituto Kavli de Física Teórica (KITP) en California.
Inicialmente, algunos científicos pensaron que la disparidad podría ser el resultado de un error de medición causado por la mezcla de las Cefeidas con otras estrellas en la apertura del Hubble. Pero en 2023, los investigadores utilizaron el JWST, más preciso, para confirmar que, durante los primeros «peldaños» de la escalera cósmica, las mediciones del Hubble eran correctas. Sin embargo, persistía la posibilidad de aglutinarse más en el pasado del universo.
Para resolver este problema, Riess y sus colegas se basaron en sus mediciones anteriores observando 1.000 estrellas cefeidas adicionales en cinco galaxias anfitrionas tan remotas como 130 millones de años luz de la Tierra. Después de comparar sus datos con los del Hubble, los astrónomos confirmaron sus mediciones anteriores de la constante de Hubble.
«Ahora cubrimos toda la gama de lo que observó el Hubble y podemos descartar un error de medición como la causa de la cepa del Hubble con un nivel de confianza muy alto», afirmó Riess. «La combinación de Webb y Hubble nos brinda lo mejor de ambos mundos. Descubrimos que las mediciones del Hubble siguen siendo confiables a medida que ascendemos en la escala de distancias cósmicas».
En otras palabras: la tensión en el corazón de la cosmología llegó para quedarse.
