Utilizando la potencia y la sinergia de dos telescopios espaciales, los astrónomos han realizado la medición más precisa hasta la fecha de la tasa de expansión del universo.
Los resultados alimentan aún más el desajuste entre las mediciones de la tasa de expansión del universo cercano y las del universo primitivo lejano, incluso antes de que existieran estrellas y galaxias.
Esta llamada "tensión" implica que podría haber una nueva física subyacente a los cimientos del universo. Las posibilidades incluyen la fuerza de interacción de la materia oscura, la energía oscura es aún más exótica de lo que se pensaba anteriormente, o una nueva partícula desconocida en el tapizdel espacio.
Combinando observaciones del telescopio espacial Hubble de la NASA y el observatorio espacial Gaia de la Agencia Espacial Europea ESA, los astrónomos refinaron aún más el valor anterior para la constante de Hubble, la velocidad a la que el universo se está expandiendo desde el Big Bang hace 13.800 millones de años.
Pero a medida que las mediciones se han vuelto más precisas, la determinación del equipo de la constante de Hubble se ha vuelto cada vez más en desacuerdo con las mediciones de otro observatorio espacial, la misión Planck de la ESA, que viene con un valor predicho diferente para la constante de Hubble.
Planck mapeó el universo primitivo tal como apareció solo 360,000 años después del big bang. Todo el cielo está impreso con la firma del big bang codificada en microondas. Planck midió el tamaño de las ondas en este fondo cósmico de microondas CMB quese produjeron por ligeras irregularidades en la bola de fuego del Big Bang. Los detalles finos de estas ondas codifican cuánta materia oscura y materia normal hay, la trayectoria del universo en ese momento y otros parámetros cosmológicos.
Estas mediciones, aún en evaluación, permiten a los científicos predecir cómo el universo temprano probablemente habría evolucionado hacia la tasa de expansión que podemos medir hoy. Sin embargo, esas predicciones no parecen coincidir con las nuevas mediciones de nuestro universo contemporáneo cercano.
"Con la adición de estos nuevos datos del Telescopio Espacial Gaia y Hubble, ahora tenemos una seria tensión con los datos del Fondo de microondas cósmicos", dijo el miembro del equipo de Planck y analista principal George Efstathiou del Instituto Kavli de Cosmología en Cambridge, Inglaterra,quien no estuvo involucrado con el nuevo trabajo.
"La tensión parece haberse convertido en una incompatibilidad total entre nuestras opiniones sobre el universo de los tiempos temprano y tardío", dijo el líder del equipo y Premio Nobel Adam Riess del Space Telescope Science Institute y la Universidad Johns Hopkins en Baltimore, Maryland"En este punto, claramente no se trata simplemente de un error grave en una sola medida. Es como si usted predijera qué tan alto sería un niño de una tabla de crecimiento y luego descubriera que el adulto que él o ella llegó a exceder en gran medida la predicción. Somos muyperplejo."
En 2005, Riess y los miembros del equipo SHOES Supernova H0 para la Ecuación de Estado se propusieron medir la tasa de expansión del universo con una precisión sin precedentes. En los años siguientes, al refinar sus técnicas, este equipo redujo la medición de la tasaincertidumbre a niveles sin precedentes. Ahora, con el poder de Hubble y Gaia combinados, han reducido esa incertidumbre a solo 2.2 por ciento.
Debido a que la constante de Hubble es necesaria para estimar la edad del universo, la respuesta largamente buscada es uno de los números más importantes en cosmología. Lleva el nombre del astrónomo Edwin Hubble, quien hace casi un siglo descubrió que el universo era uniformementeexpandiéndose en todas las direcciones, un hallazgo que dio origen a la cosmología moderna.
Las galaxias parecen retroceder de la Tierra proporcionalmente a sus distancias, lo que significa que cuanto más lejos están, más rápido parecen alejarse. Esto es una consecuencia de la expansión del espacio, y no un valor de la verdadera velocidad espacial. Al medir elvalor de la constante de Hubble a lo largo del tiempo, los astrónomos pueden construir una imagen de nuestra evolución cósmica, inferir la composición del universo y descubrir pistas sobre su destino final.
Los dos métodos principales para medir este número dan resultados incompatibles. Un método es directo, construyendo una "escala de distancia" cósmica a partir de las mediciones de estrellas en nuestro universo local. El otro método usa el CMB para medir la trayectoria del universo poco despuésel big bang y luego usa la física para describir el universo y extrapolar a la tasa de expansión actual. Juntas, las mediciones deberían proporcionar una prueba de extremo a extremo de nuestra comprensión básica del llamado "Modelo Estándar" del universo., las piezas no encajan
Utilizando el Hubble y los datos recientemente publicados de Gaia, el equipo de Riess midió que la tasa actual de expansión es de 73.5 kilómetros 45.6 millas por segundo por megaparsec. Esto significa que por cada 3.3 millones de años luz más lejos, una galaxia está lejos de nosotros, parece que se mueve 73.5 kilómetros por segundo más rápido. Sin embargo, los resultados de Planck predicen que el universo debería expandirse hoy a solo 67.0 kilómetros 41.6 millas por segundo por megaparsec. A medida que las mediciones de los equipos se han vuelto más y más precisas, elel abismo entre ellos ha seguido ampliándose, y ahora es aproximadamente cuatro veces mayor que su incertidumbre combinada.
Con los años, el equipo de Riess ha refinado el valor constante del Hubble al racionalizar y fortalecer la "escala de distancia cósmica", utilizada para medir distancias precisas a galaxias cercanas y lejanas. Compararon esas distancias con la expansión del espacio, medidopor el estiramiento de la luz de las galaxias cercanas. Usando la velocidad aparente hacia afuera en cada distancia, calcularon la constante de Hubble.
Para medir las distancias entre las galaxias cercanas, su equipo usó un tipo especial de estrella como patrones cósmicos o marcadores de hito. Estas estrellas pulsantes, llamadas variables Cephied, se iluminan y atenúan a velocidades que corresponden a su brillo intrínseco. Al comparar su brillo intrínseco.Con su brillo aparente visto desde la Tierra, los científicos pueden calcular sus distancias.
Gaia refinó aún más este criterio al medir geométricamente la distancia a 50 variables Cefeidas en la Vía Láctea. Estas mediciones se combinaron con mediciones precisas de sus brillos del Hubble. Esto permitió a los astrónomos calibrar con mayor precisión las Cefeidas y luego usar las que se ven afuerala Vía Láctea como marcadores de postes.
"Cuando usa Cefeidas, necesita distancia y brillo", explicó Riess. Hubble proporcionó la información sobre el brillo, y Gaia proporcionó la información de paralaje necesaria para determinar con precisión las distancias. El paralaje es el cambio aparente en la posición de un objeto debido aun cambio en el punto de vista del observador. Los antiguos griegos utilizaron por primera vez esta técnica para medir la distancia de la Tierra a la Luna.
"El Hubble es realmente asombroso como un observatorio de propósito general, pero Gaia es el nuevo estándar de oro para calibrar la distancia. Está diseñado específicamente para medir paralaje; esto es para lo que fue diseñado", Stefano Casertano del EspacioTelescope Science Institute y un miembro del equipo SHOES agregaron: "Gaia ofrece una nueva capacidad para recalibrar todas las medidas de distancia pasadas, y parece confirmar nuestro trabajo anterior. Obtenemos la misma respuesta para la constante de Hubble si reemplazamos todas las calibraciones anteriores dela escalera de distancia con solo las paralaje de Gaia. Es una verificación cruzada entre dos observatorios muy potentes y precisos ".
El objetivo del equipo de Riess es trabajar con Gaia para cruzar el umbral de refinar la constante de Hubble a un valor de solo uno por ciento para principios de 2020. Mientras tanto, los astrofísicos probablemente continuarán lidiando con la revisión de sus ideas sobre la física deel universo primitivo
Los últimos resultados del equipo de Riess se publican en la edición del 12 de julio de la Revista astrofísica .
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por NASA / Centro de vuelo espacial Goddard . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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