¿Qué tan rápido se está expandiendo el Universo? Esa es una pregunta que los astrónomos no han podido responder con precisión. Tienen un nombre para la tasa de expansión del Universo: La constante de Hubble o la Ley de Hubble. Pero las mediciones siguen obteniendo diferentes valores, y los astrónomos han estado debatiendo sobre este tema durante décadas.
La idea básica detrás de medir la constante de Hubble es observar fuentes de luz distantes, generalmente un tipo de supernovas o estrellas variables denominadas "velas estándar", y medir el desplazamiento al rojo de su luz. Pero no importa cómo lo hagan los astrónomos, no pueden obtener un valor acordado, solo un rango de valores. Un nuevo estudio sobre quásares y lentes gravitacionales podría ayudar a resolver el problema.
Que el Universo se está expandiendo no está en duda. Lo sabemos desde hace unos 100 años. La luz de las galaxias distantes se desplaza hacia el rojo a medida que se alejan de nosotros, y medir ese desplazamiento hacia el rojo ha producido diferentes valores para la expansión universal.
"La constante del Hubble ancla la escala física del universo".
Simon Birrer, académico postdoctoral de la UCLA y autor principal del estudio.
La tasa de expansión se mide en kilómetros por segundo por megaparsec, escrita como (km / s) / Mpc. Entonces, por ejemplo, algo que se expande a una velocidad de 10 (km / s) / Mpc significa que dos puntos en el espacio separados por 1 megaparsec (el equivalente a 3,26 millones de años luz) se alejan uno del otro a una velocidad de 10 kilómetros por segundo.
Cuando se descubrió por primera vez en la década de 1920, se creía que la tasa de expansión era de 625 kps / Mpc. Pero a partir de la década de 1950, una mejor investigación lo midió como menos de 100 kps / Mpc. En las últimas décadas, múltiples estudios han medido la tasa de expansión y han logrado velocidades entre aproximadamente 67 y 77 kps / Mpc.
Pero la ciencia no aceptará una variedad de respuestas para algo que debería tener un valor. No sería ciencia si lo fuera. Entonces, los científicos siguen intentando diferentes formas de medir la Constante de Hubble para ver si pueden hacerlo bien, porque la constante de Hubble es más que una simple medida de la expansión del universo.
"La constante del Hubble ancla la escala física del universo", dijo Simon Birrer, un erudito postdoctoral de la UCLA y autor principal del estudio. Sin un valor preciso para la constante de Hubble, los astrónomos no pueden determinar con precisión el tamaño de las galaxias remotas, la edad del universo o la historia de expansión del cosmos. Así que hacerlo bien es un gran problema.
Un nuevo estudio recién publicado en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society está probando un método novedoso para medir la constante de Hubble. La investigación está dirigida por un equipo de astrónomos en UCLA, y se basa en quásares distantes cuya luz se somete a lentes gravitacionales antes de llegar a la Tierra.
Los cuásares son objetos ultrabrillantes. También se les llama núcleos galácticos activos, porque se cree que son causados por agujeros negros supermasivos en el centro de las galaxias. La radiación electromagnética que emiten es causada por el disco de acreción giratorio alrededor del agujero negro. A medida que el disco de materia alrededor del agujero se acelera, emite una enorme cantidad de energía.
Como los cuásares son tan luminosos, se pueden ver desde grandes distancias. Esto los convierte no solo en objetos de estudio fascinantes, sino también útiles como marcadores para estudiar la Ley de Hubble.
La lente gravitacional ocurre cuando la fuente de luz de un objeto extremadamente distante, cuásares en este estudio, encuentra una galaxia interviniente antes de que llegue a los observadores en la Tierra. La masa extrema de la galaxia es suficiente para doblar la luz, de forma similar a como lo hace una lente de vidrio. El resultado es una especie de efecto de "casa de espejos". La imagen a continuación muestra cómo se ve. El descubrimiento de la lente gravitacional se asocia más estrechamente con Einstein, aunque no fue hasta 1979 cuando se observó.
Este estudio se centró en los cuásares dobles. Un cuásar doble, a veces llamado cuásar gemelo, no son dos cuásares cercanos entre sí, sino más bien un efecto de lente gravitacional. Con un doble cuásar, su luz se dirige alrededor de una galaxia que interviene antes de llegar a la Tierra, produciendo dos imágenes del cuásar. Ningún estudio previo los ha utilizado para tratar de determinar la tasa de expansión del Universo.
A medida que la luz del cuásar se dobla alrededor de la galaxia que interviene, produciendo dos imágenes del mismo cuásar, crea una oportunidad de observación única. La luz que crea las imágenes separadas del quásar recorre un camino diferente a cada imagen. A medida que la luz del cuásar fluctúa, hay un retraso entre el parpadeo en cada una de las dos imágenes.
Al medir el retraso de tiempo entre los parpadeos y al conocer la masa de la galaxia interviniente, el equipo dedujo las distancias entre la Tierra, la galaxia de la lente y el quásar. Conocer los desplazamientos al rojo del cuásar y la galaxia permitió a los científicos estimar qué tan rápido se está expandiendo el universo.
Este estudio se centró en el doble cuásar llamado SDSS J1206 + 4332, y también se basó en datos del Telescopio Espacial Hubble, Gemini y W.M. Observatorios Keck, y de la red de Monitoreo cosmológico de lentes gravitacionales, o COSMOGRAIL. El equipo pasó varios años tomando imágenes diarias del doble cuásar, lo que les proporcionó mediciones muy precisas de la demora entre parpadeos. Cuando se combinó con los otros datos, les dio a los astrónomos una de las mejores mediciones de la constante de Hubble hasta ahora.
"La belleza de esta medición es que es altamente complementaria e independiente de otras", dijo Tommasso Treu, profesor de física y astronomía de la UCLA y autor principal del artículo.
Entonces, ¿qué tan rápido se está expandiendo?
“... el universo es un poco más complicado.
Tommasso Treu, profesor de física y astronomía de la UCLA.
El equipo obtuvo un valor para la Constante de Hubble de 72.5 kilómetros por segundo por megaparsec. Esto lo alinea con otras mediciones que utilizaron supernovas distantes como velas estándar para medir la constante de Hubble. Pero es aproximadamente un 7% más alto que las mediciones que dependen del Fondo de microondas cósmico para medirlo.
Este no es el final del debate sobre la Ley de Hubble. Todavía existe esa molesta diferencia entre los métodos de medición. Qué significa eso? "Si hay una diferencia real entre esos valores, significa que el universo es un poco más complicado", dijo Treu. Treu también dijo que una de las mediciones, o incluso las tres, están equivocadas.
El equipo va a persistir con su método de medición con lentes cuasar. Están buscando 40 cuásares cuádruples para, con suerte, darles una medición aún más precisa de la tasa de expansión del Universo.
Fuentes:
- Documento de investigación: H0LiCOW - IX. Análisis cosmográfico del cuasar SDSS 1206 + 4332 con doble imagen y una nueva medición de la constante de Hubble
- Comunicado de prensa de la UCLA: Ver doble podría ayudar a resolver una disputa sobre qué tan rápido se está expandiendo el universo
- H0LiCOW
- Entrada de Wikipedia: Ley de Hubble
