Nuestro misterioso Universo sigue evadiendo la comprensión cosmológica
Por Shari Lifson
La ciencia puede descubrir nuevos conocimientos, pero también puede revelar lo que no entendemos. Nuevas investigaciones arrojan luz sobre un misterio cosmológico que lleva gestándose desde la década de 1920. Se trata de la composición y la expansión del Universo. Los científicos saben que el Universo se expande a un ritmo determinado; pero dependiendo de cómo se mida, todavía no se ponen de acuerdo sobre cuál es exactamente ese ritmo de expansión y qué está causando que las galaxias en el Universo se separen tan rápidamente.
No solo el Universo se está expandiendo, sino que el movimiento se acelera inesperadamente a medida que las galaxias se alejan unas de otras. Los astrónomos han dado el nombre de energía oscura a la energía que provoca misteriosamente esta aceleración. Representa alrededor del 68% de la energía y la materia del Universo. Pero el misterio se profundiza, no sabemos exactamente qué es la energía oscura y por qué causa la aceleración.
Desde que Edwin Hubble lo midió por primera vez en 1929, cuantificar el ritmo de expansión del Universo ha sido un reto. Desde entonces se ha medido directamente utilizando marcadores de distancia como las estrellas variables y las supernovas en el Universo local o extrapolado del calor cósmico de fondo de microondas sobrante del Big Bang y se ha interpretado utilizando nuestra compresión de la composición del Universo, denominada Modelo Estándar de Cosmología. Hasta ahora, las observaciones del Universo cercano y lejano no coinciden como los modelos predicen que deberían, causando una discrepancia denominada “tensión de Hubble”. Ahora, los resultados de dos nuevos estudios arrojan luz sobre este enigma.
Marcadores de hitos cósmicos de supernova
En mayo de 2022, el equipo de SH0ES dirigido por el Premio Nobel Adam Riess del Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial y la Universidad Johns Hopkins en Baltimore, Maryland, publicó una actualización de la velocidad de expansión basada en más de 30 años de observaciones del Hubble. Midieron 42 marcadores de hitos de supernova con el Telescopio Espacial Hubble.
“Se está obteniendo la medida más precisa de la tasa de expansión para el Universo a partir del estándar de oro de los telescopios y los marcadores de millas cósmicas”, afirma Reiss.
A pesar de que esta nueva medición es mucho más precisa que las anteriores sigue sin coincidir con las predicciones del Modelo Cosmológico Estándar y las mediciones de la misión Planck de la Agencia Espacial Europea del fondo cósmico de microondas del Universo temprano. La investigación da confianza a los astrónomos en la precisión de las observaciones locales, con más de 30 años de datos del Hubble, y por tanto apunta a una posible razón más fundamental de esta discrepancia.
Podría ser que nuestra comprensión de la física del Universo necesite una revisión.
Mapeando el Universo grumoso
Un estudio publicado en enero de 2023 por un equipo internacional de más de 150 científicos agrega nuevas pistas al rompecabezas cosmológico. Es un nuevo mapa completo de la materia en el Universo que utiliza datos del Dark Energy Survey, tomados en el Observatorio de Cerro Tololo en Chile, operado por NOIRLab, y el telescopio del Polo Sur, que capta el fondo cósmico de microondas, desde la Antártida.
El estudio revela una discrepancia en la forma en que la materia, incluida la energía oscura, se distribuye en el Universo respecto a lo que predice el Modelo Estándar. Los datos muestran un Universo menos grumoso y más espaciado de lo que se pensaba anteriormente. Aunque se necesitan más estudios para determinar si las observaciones son precisas, parece que esta anomalía podría apuntar al mismo problema que la investigación del Hubble.
“No existe una explicación física conocida para esta discrepancia”, afirman los investigadores en uno de sus estudios. “Esta tensión podría ser el resultado de la física más allá de la constante cosmológica estándar y el modelo de materia oscura fría (ΛCDM), o podría ser el resultado de sesgos sistemáticos en los análisis”.
Una diferencia creciente
Los resultados de ambas investigaciones, que utilizan métodos y observatorios diferentes, apuntan a diferencias inexplicables entre los estudios observacionales y los modelos ampliamente aceptados. Estas diferencias podrían ser la evidencia de que hay algo fundamental de nuestro Universo que no entendemos y que, por tanto, no podemos predecir con nuestros modelos. Las discrepancias han ido ganando importancia en los últimos 5 a 10 años y cuentan con un amplio respaldo entre una serie de mediciones, por lo que es cada vez menos probable que surjan de sesgos experimentales.
La buena noticia para los sabuesos de la cosmología es que disponemos de nuevas herramientas de investigación, tanto en línea ahora como en la próxima década, que podrían ayudar a resolver el rompecabezas. El Telescopio Espacial James Webb (JWST), que ya funciona a un millón de millas de la Tierra, puede observar marcadores de distancia con mayor precisión que el Hubble. Y dentro de varios años comenzarán dos nuevos sondeos con el Telescopio Espacial Roman, cuyo lanzamiento está previsto para 2027, y el Observatorio Vera Rubin, actualmente en construcción en Chile. En 2025, Rubin empezará a escanear el cielo nocturno y, con su amplísimo campo de visión y su inmensa cámara, sondeará exhaustivamente la naturaleza de la energía oscura. Roman mapeará el Universo con un campo de visión 100 veces superior al del Hubble. Experimentos como LIGO, que rastrea las ondas gravitacionales, y las nuevas mediciones del fondo cósmico de microondas pueden ayudar a mejorar las estimaciones del Universo temprano y perfeccionar los modelos.
Aún no tenemos la solución a las discrepancias descubiertas por estos estudios, pero los investigadores actualmente están explorando teorías prometedoras. ¡Estén atentos, el próximo capítulo en esta búsqueda para una mejor compresión de los misterios de nuestro asombroso Universo llegará pronto!
Links:
Hubble press release: https://hubblesite.org/contents/news-releases/2022/news-2022-005
Hubble Paper: https://arxiv.org/pdf/2112.04510.pdf
DES press release: https://news.uchicago.edu/story/scientists-release-newly-accurate-map-all-matter-universe
DES papers at APS: https://physics.aps.org/articles/v16/s12
NSF’s NOIRLab Blog: https://noirlab.edu/public/blog/hubble-constant-result/
