En busca del número que explica el universo
La última medición de la constante de Hubble desconcierta a los astrónomos
El cálculo más preciso de la constante de Hubble, el número que describe a qué velocidad se está expandiendo el universo, ha dado un valor de 73,5, según una investigación liderada por el premio Nobel Adam Riess y basada en observaciones de los telescopios espaciales Gaia y Hubble.
La investigación, que aún no se ha publicado pero se puede consultar en la web Arxiv.org, hubiera debido reducir la incertidumbre en torno a un número del que dependen la estimación de la edad del universo y la interpretación de la historia cósmica, tanto la pasada como la futura. Sin embargo, en lugar de reducir la incertidumbre, la ha consolidado, ya que un cálculo anterior basado en datos del telescopio espacial Planck había estimado que el valor de la constante de Hubble es de 67,7.
La discrepancia entre los datos de Planck (que derivan la constante de Hubble de la radiación más lejana del universo) y los de los telescopios Gaia y Hubble (que la derivan de observaciones de estrellas más cercanas) tiene a los astrofísicos desconcertados. Una posible explicación es que haya errores en las mediciones que se desconozcan o que se hayan subestimado. Una explicación alternativa es que en realidad la constante de Hubble no sea constante: que sea diferente para el universo lejano y antiguo medido por Planck y para el universo más local y reciente medido por Hubble y Gaia.
“En el momento actual no sabemos cuál es la respuesta”, admite Jordi Miralda-Escudé, investigador Icrea en el Institut de Ciències del Cosmos de la Universitat de Barcelona. “Tendremos que esperar unos años a tener datos aún más precisos para comprender si hay un error en las mediciones que se nos escapa o si el error está en nuestra comprensión del universo”.
Para comprender el rompecabezas, conviene hacer un flashback a 1929, cuando, a partir de las ecuaciones de la teoría de la relatividad de Albert Einstein, se acaba de llegar a la sorprendente conclusión de que el universo se debe estar expandiendo. Observando galaxias lejanas, el astrónomo estadounidense Edwin Hubble se da cuenta de que, cuanto más lejos está una galaxia, más rápido se aleja de nosotros, lo que confirma la expansión del universo derivada de la teoría de la relatividad.
Teoría y observaciones, por lo tanto, coinciden. Si el universo se expande, significa que en el pasado remoto fue mucho más pequeño. De ahí surge la teoría, que en un principio pareció inverosímil y
Los telescopios Hubble y Gaia ofrecen una cifra con observaciones de estrellas cercanas
La medida obtenida a partir de la radiación más lejana aporta un resultado distinto
Los científicos tratan de averiguar desde 1929 la velocidad de expansión del cosmos
De él dependen la estimación de la edad del universo y toda su historia pasada y futura
hoy está ampliamente aceptada, de que todo empezó con un big
bang.
Con los resultados de sus observaciones, Edwin Hubble hace una estimación de la velocidad a la que se expande el universo. Se trata de un número que relaciona la velocidad a la que se aleja una galaxia con la distancia a la que se encuentra de nosotros. Este número, conocido como la constante de Hubble y con el símbolo H0, “es uno de los parámetros fundamentales de la cosmología”, destaca MiraldaEscudé.
Según los cálculos de Edwin Hubble, el valor de la constante era de 500. O, más exactamente, 500 kilómetros por segundo por megaparsec. Sabiendo que un megaparsec es una unidad de longitud utilizada en astronomía que equivale a unos 3,3 millones de años luz, esto significa que una distancia situada por ejemplo a dos megaparsecs de nosotros se estaría alejando 1.000 kilómetros cada segundo.
Sin embargo, la estimación inicial de Edwin Hubble estaba basada en datos demasiado incompletos para determinar con precisión el valor de la constante H0, lo que impedía calcular la edad del universo y comprender su historia pasada y futura. De ahí que uno de los objetivos de la investigación astrofísica a lo largo de las últimas décadas haya sido precisar el valor deH0.
Hasta el lanzamiento de los grandes telescopios espaciales de los años noventa, se había llegado a la conclusión de que H0 se situaba en algún valor entre 50 y 100. Después, los telescopios Hubble, Chandra, WMAP y más recientemente el Planck y el Gaia han permitido situar la constante alrededor de 70.
El problema es que hay varias maneras distintas de calcular H0 y que sus resultados no coinciden. Adam Riess, que recibió el Nobel por el descubrimiento de la energía oscura que acelera la expansión del universo, se ha basado en un tipo de estrellas llamadas variables cefeidas. Tienen la peculiaridad de que su brillo oscila de manera cíclica como si fueran faros cósmicos y de que la duración del ciclo depende de si la estrella es más o menos luminosa.
Por lo tanto, cuando los astrónomos detectan una estrella variable cefeida, pueden saber cuál es su brillo intrínseco a partir de la duración del ciclo de luz. A partir de ahí, comparando el brillo intrínseco de la estrella con la luz que llega a la Tierra, pueden deducir a qué distancia se encuentra. Y cotejando la distancia con la velocidad a la que se aleja de la Tierra –que se calcula con una técnica distinta–, pueden obtener la velocidad de alejamiento en función de la distancia. Es decir, la constante de Hubble.
Las primeras estimaciones de H0 a partir de observaciones del telescopio Hubble, alrededor del año 2000, situaron su valor en torno a 72 con un margen de error de 8 –por lo tanto, entre 64 y 80–. Posteriormente, el margen de error se ha reducido de manera progresiva a medida que se han acumulado más observaciones.
De manera paralela, el cálculo de H0 a partir de la radiación de fondo del universo observada por el telescopio WMAP situó en el 2007 su valor en 70,4 con un margen de error de 1,5. Por lo tanto, entre 68,9 y 71,9.
Si las mediciones fueran correctas y las teorías que explican el universo también, y si además se conocieran todas las posibles fuentes de error de las mediciones, los márgenes de error deberían reducirse a medida que se obtienen más datos y las diferentes maneras de calcular H0 deberían converger hacia el verdadero valor de la constante de Hubble.
Pero no es esto lo que ha ocurrido. Las observaciones de la radiación de fondo cósmica la sitúan ahora en 67,7 con un margen de error de 0,5 a partir de las observaciones del telescopio espacial Planck, de la Agencia Espacial Europea (ESA).
En cambio, las observaciones de 50 estrellas variables cefeidas la sitúan en 73,5 con un margen de error de 1,6 cuando se complementan las observaciones del telescopio Hubble con las de Gaia, también de la ESA.
Por lo tanto, a medida que se reducen los márgenes de error, la estimación de la constante de Hubble no converge hacia un mismo valor sino que diverge hacia dos cifras diferentes.
“Las razones de la discrepancia pueden ser varias”, explica Xavier Luri, astrofísico del Institut de Ciències del Cosmos de la UB que trabaja en el proyecto Gaia. “Puede ser que los errores en las observaciones de las variables cefeidas se subestimen. Puede ser que, en la estimación basada en la radiación de fondo, haya algo que no hayamos entendido suficientemente bien. O también podría ser que en realidad los dos valores sean correctos. En un caso, la estimación de H0 se hace en el universo local, y en el otro, a partir del universo primigenio. Tal vez hay algún factor que se nos está escapando que hace que obtengamos resultados diferentes”.
En el futuro las ondas gravitacionales aportarán una estimación independiente de H0 que puede ayudar a aclarar la situación. O que puede complicarla aún más. Por ahora, la única estimación basada en ondas gravitacionales emitidas por la fusión de una estrella de neutrones con un agujero negro sitúa el valor de H0 entre 62 y 82.
“Si esto se mantiene así [después de incorporar nuevos datos en el futuro], podemos tener entre manos lo que llamamos nueva física del universo”, ha declarado Adam Riess, de la Universidad Johns Hopkins de Baltimore (Estados Unidos), al diario The Guardian. “No estoy en el negocio de hacer que todo encaje. Personalmente, pienso: ‘¡Ah, esto es muy interesante!’”.