Hace veinte años, los científicos se sorprendieron al darse cuenta de que nuestro universo no solo se está expandiendo, sino que se está expandiendo más rápido con el tiempo.
La determinación exacta de la tasa de expansión, llamada constante de Hubble por el famoso astrónomo y ex alumno de UChicago Edwin Hubble, ha sido sorprendentemente difícil. Desde entonces, los científicos han utilizado dos métodos para calcular el valor y arrojan resultados angustiantemente diferentes. Pero por últimoLa sorprendente captura de ondas gravitacionales que se irradiaron desde una colisión de estrellas de neutrones durante el año ofreció una tercera forma de calcular la constante de Hubble.
Eso fue solo un punto de datos de una colisión, pero en un nuevo artículo publicado el 17 de octubre Naturaleza , tres científicos de la Universidad de Chicago estiman que dada la rapidez con que los investigadores vieron la primera colisión de la estrella de neutrones, podrían tener una medición muy precisa de la constante de Hubble dentro de cinco a diez años.
"La constante de Hubble te dice el tamaño y la edad del universo; ha sido un santo grial desde el nacimiento de la cosmología. Calcular esto con ondas gravitacionales podría darnos una perspectiva completamente nueva del universo", dijo el autor del estudio Daniel Holz, un profesor de física de UChicago que fue coautor del primer cálculo de este tipo desde el descubrimiento de 2017. "La pregunta es: ¿cuándo se convierte en un cambio de juego para la cosmología?"
En 1929, Edwin Hubble anunció que, basándose en sus observaciones de galaxias más allá de la Vía Láctea, parecían alejarse de nosotros, y cuanto más lejos estaba la galaxia, más rápido retrocedía. Esta es una piedra angular de la GranTeoría de la explosión, y dio inicio a una búsqueda de casi un siglo de la tasa exacta a la que esto está ocurriendo.
Para calcular la velocidad a la que se expande el universo, los científicos necesitan dos números. Uno es la distancia a un objeto lejano; el otro es qué tan rápido el objeto se aleja de nosotros debido a la expansión del universo. Si puedeMíralo con un telescopio, la segunda cantidad es relativamente fácil de determinar, porque la luz que ves cuando miras una estrella distante se desplaza hacia el rojo a medida que retrocede. Los astrónomos han estado usando ese truco para ver qué tan rápido se mueve un objeto.durante más de un siglo: es como el efecto Doppler, en el que una sirena cambia de tono cuando pasa una ambulancia.
'Preguntas principales en los cálculos'
Pero obtener una medida exacta de la distancia es mucho más difícil. Tradicionalmente, los astrofísicos han usado una técnica llamada escalera de distancia cósmica, en la cual el brillo de ciertas estrellas variables y supernovas se puede usar para construir una serie de comparaciones que se extienden a"El problema es que, si se rasca debajo de la superficie, hay muchos pasos con muchas suposiciones en el camino", dijo Holz.
Quizás las supernovas utilizadas como marcadores no son tan consistentes como se pensaba. Quizás estamos confundiendo algunos tipos de supernovas con otras, o hay algún error desconocido en nuestra medición de distancias a estrellas cercanas ". Hay una gran cantidad de astrofísica complicada allíeso podría arrojar lecturas de varias maneras ", dijo.
La otra forma principal de calcular la constante de Hubble es mirar el fondo cósmico de microondas: el pulso de luz creado al comienzo del universo, que todavía es ligeramente detectable. Aunque también es útil, este método también se basa en suposicionessobre cómo funciona el universo.
Lo sorprendente es que, aunque los científicos que realizan cada cálculo confían en sus resultados, no coinciden. Uno dice que el universo se está expandiendo casi un 10 por ciento más rápido que el otro. "Esta es una pregunta importante en cosmología en este momento,"dijo el primer autor del estudio, Hsin-Yu Chen, luego un estudiante graduado en UChicago y ahora miembro de la Iniciativa Black Hole de la Universidad de Harvard.
Luego, los detectores LIGO captaron su primera onda en la estructura del espacio-tiempo por la colisión de dos estrellas el año pasado. Esto no solo sacudió el observatorio, sino también el campo de la astronomía: ser capaz de sentir la onda gravitacional yver la luz de las secuelas de la colisión con un telescopio les dio a los científicos una nueva herramienta poderosa: "Fue una especie de vergüenza de riquezas", dijo Holz.
Las ondas gravitacionales ofrecen una forma completamente diferente de calcular la constante de Hubble. Cuando dos estrellas masivas chocan entre sí, envían ondas en el tejido del espacio-tiempo que se pueden detectar en la Tierra. Al medir esa señal, los científicos pueden obteneruna firma de la masa y la energía de las estrellas en colisión. Cuando comparan esta lectura con la fuerza de las ondas gravitacionales, pueden inferir qué tan lejos está.
Esta medición es más limpia y contiene menos suposiciones sobre el universo, lo que debería hacerlo más preciso, dijo Holz. Junto con Scott Hughes en el MIT, sugirió la idea de hacer esta medición con ondas gravitacionales combinadas con lecturas de telescopio en 2005.La única pregunta es con qué frecuencia los científicos podrían detectar estos eventos y qué tan buenos serían los datos de ellos.
'Solo se volverá más interesante'
El documento predice que una vez que los científicos hayan detectado 25 lecturas de colisiones de estrellas de neutrones, medirán la expansión del universo con una precisión del 3 por ciento. Con 200 lecturas, ese número se reduce al 1 por ciento.
"Fue una gran sorpresa para mí cuando nos metimos en las simulaciones", dijo Chen. "Estaba claro que podíamos alcanzar la precisión, y podíamos alcanzarla rápidamente".
Un nuevo número preciso para la constante de Hubble sería fascinante sin importar la respuesta, dijeron los científicos. Por ejemplo, una posible razón para el desajuste en los otros dos métodos es que la naturaleza de la gravedad misma podría haber cambiado con el tiempo.la lectura también podría arrojar luz sobre la energía oscura, una fuerza misteriosa responsable de la expansión del universo.
"Con la colisión que vimos el año pasado, tuvimos suerte, estaba cerca de nosotros, por lo que fue relativamente fácil de encontrar y analizar", dijo Maya Fishbach, una estudiante graduada de UChicago y la otra autora del artículo ".Las detecciones futuras estarán mucho más lejos, pero una vez que obtengamos la próxima generación de telescopios, también deberíamos poder encontrar contrapartes para estas detecciones distantes ".
Se planea que los detectores LIGO comiencen una nueva carrera de observación en febrero de 2019, junto con sus homólogos italianos en VIRGO. Gracias a una actualización, la sensibilidad de los detectores será mucho mayor, ampliando el número y la distancia de los eventos astronómicos que puedanrecoger.
"Solo se va a poner más interesante desde aquí", dijo Holz.
Los autores realizaron cálculos en el Centro de Investigación de Computación de la Universidad de Chicago.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Chicago . Original escrito por Louise Lerner. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :