Las mediciones de ondas gravitacionales de aproximadamente 50 estrellas de neutrones binarios en la próxima década resolverán definitivamente un intenso debate sobre la rapidez con que se expande nuestro universo, según los hallazgos de un equipo internacional que incluye a los cosmólogos del University College London UCL y el Instituto Flatiron.
El cosmos se ha expandido durante 13.800 millones de años. Su tasa actual de expansión, conocida como "la constante de Hubble", da el tiempo transcurrido desde el Big Bang.
Sin embargo, los dos mejores métodos utilizados para medir la constante de Hubble tienen resultados contradictorios, lo que sugiere que nuestra comprensión de la estructura y la historia del universo, el "modelo cosmológico estándar", puede ser incorrecta.
El estudio, publicado hoy en Cartas de revisión física , muestra cómo los nuevos datos independientes de ondas gravitacionales emitidas por estrellas de neutrones binarias llamadas "sirenas estándar" romperán el punto muerto entre las mediciones en conflicto de una vez por todas.
"Hemos calculado que al observar 50 estrellas de neutrones binarias en la próxima década, tendremos suficientes datos de ondas gravitacionales para determinar de forma independiente la mejor medición de la constante de Hubble", dijo el autor principal, el Dr. Stephen Feeney, del Centro de ComputaciónAstrofísica en el Instituto Flatiron en la ciudad de Nueva York. "Deberíamos poder detectar suficientes fusiones para responder a esta pregunta dentro de cinco a 10 años".
La constante de Hubble, producto del trabajo de Edwin Hubble y Georges Lemaître en la década de 1920, es uno de los números más importantes en cosmología. La constante "es esencial para estimar la curvatura del espacio y la edad del universo, tambiéncomo explorar su destino ", dijo la coautora del estudio, profesora de física y astronomía de UCL, Hiranya Peiris.
"Podemos medir la constante de Hubble usando dos métodos: uno observando las estrellas y supernovas cefeidas en el universo local, y otro usando mediciones de la radiación de fondo cósmico del universo temprano, pero estos métodos no dan lo mismovalores, lo que significa que nuestro modelo cosmológico estándar podría ser defectuoso "
Feeney, Peiris y sus colegas desarrollaron una técnica universalmente aplicable que calcula cómo los datos de ondas gravitacionales resolverán el problema.
Las ondas gravitacionales se emiten cuando las estrellas de neutrones binarias giran en espiral una hacia la otra antes de chocar en un destello de luz brillante que puede ser detectado por los telescopios. Los investigadores de UCL participaron en la detección de la primera luz de un evento de ondas gravitacionales en agosto de 2017
Los eventos de estrellas de neutrones binarios son raros, pero son invaluables para proporcionar otra ruta para rastrear cómo se está expandiendo el universo. Las ondas gravitacionales que emiten causan ondas en el espacio-tiempo que pueden ser detectadas por el Observatorio de ondas gravitacionales del interferómetro láser LIGO y los experimentos de Virgo, que proporcionan una medición precisa de la distancia del sistema desde la Tierra.
Al detectar adicionalmente la luz de la explosión que lo acompaña, los astrónomos pueden determinar la velocidad del sistema y, por lo tanto, calcular la constante de Hubble utilizando la ley de Hubble.
Para este estudio, los investigadores modelaron cuántas observaciones serían necesarias para resolver el problema de medir la constante de Hubble con precisión.
"Esto a su vez conducirá a la imagen más precisa de cómo se está expandiendo el universo y nos ayudará a mejorar el modelo cosmológico estándar", concluyó el profesor Peiris.
En el estudio participaron investigadores del Instituto Flatiron EE. UU., UCL, la Universidad de Estocolmo, la Universidad de Radboud Países Bajos, el Imperial College de Londres y la Universidad de Chicago. La contribución de UCL fue generosamente financiada por el Consejo Europeo de Investigación.
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