La expansión del universo no siempre tuvo la misma velocidad
El universo se está expandiendo, es decir, todos los objetos que no están sujetos por la gravedad se alejan unos de otros. Sin embargo, la velocidad de la expansión del universo está sujeta a debate. Esta es una de las grandes preguntas de la cosmología. En el modelo comúnmente aceptado, la velocidad de expansión del universo ha sido variable con el tiempo.
Al comienzo de su existencia, el universo habría sufrido una fase de inflación extrema que le habría permitido crecer muy rápidamente. Luego se desaceleró a un ritmo más lento debido al efecto gravitacional de la materia oscura. Esta fase habría durado unos cientos de miles de años. Desde entonces, la expansión del universo se aceleraría nuevamente, esta vez bajo la influencia de la energía oscura.
La constante de Hubble, un estándar para medir la velocidad de expansión del universo
Esta historia se debe en parte a las mediciones de la constante de Hubble, un indicador que describe la tasa de expansión del universo en un momento dado. El problema es que, dependiendo de los instrumentos y métodos científicos utilizados, las mediciones de la constante de Hubble no siempre concuerdan.
Algunos astrofísicos confían en las observaciones del fondo cósmico de microondas (CMB), el fósil de la primera luz del universo emitida cuando el universo tenía 380,000 años. Esto les permite estimar que la constante de Hubble es de 67 km/s por megaparsec. Esto significa que una galaxia a 1 megaparsec, aproximadamente 6,5 millones de años luz, se aleja de nosotros a 67 km/s, mientras que una galaxia a 2 megaparsecs se mueve el doble de rápido.
Estudio muestra que la expansión del universo es más rápida de lo que pensábamos
Cuando se desea realizar mediciones en galaxias reales más o menos distantes, se obtiene una constante de Hubble igual a 74 km/s por megaparsec, y no 67 km/s. Mientras más años pasan, más difícil es conciliar estas dos figuras. Sea testigo de un nuevo estudio publicado por un equipo de astrofísicos de la Universidad de California. Gracias al telescopio espacial Hubble y al observatorio Keck, utilizaron un método que utiliza lentes gravitacionales.
Lo interesante es que, para evitar cualquier sesgo, realizaron un estudio ciego, es decir, ocultaron el resultado hasta que estuvieron seguros de haber eliminado todas las fuentes de errores. Como todos nosotros, los astrónomos pueden estar sujetos a sesgos cognitivos. Pueden ajustar inconscientemente un conjunto de datos para que coincida con un modelo cosmológico. Pero a pesar de estas precauciones adicionales, su resultado no resuelve el dilema. Como todas las mediciones realizadas localmente, obtienen una constante de Hubble de 75 km / s por megaparsec.
¿ Cuál es la verdadera velocidad de la expansión del universo ?
Entre 67 km/s y 75 km/s, la diferencia es demasiado grande para ser considerada como un margen de error. Por lo tanto, los astrofísicos se enfrentan a un dilema. O bien hay un problema con la medición de la tasa de expansión del universo adquirida gracias al fondo cósmico de microondas, que la mayoría de los astrofísicos consideran improbable, o es necesario revisar el modelo estándar de cosmología.
Por ejemplo, las propiedades de la energía oscura pueden haber cambiado con el tiempo, o nuestras observaciones son demasiado imprecisas. Esperemos que la llegada de observatorios más grandes y métodos cada vez más eficientes resuelvan este rompecabezas. Pero si los astrónomos no pueden conciliar estas dos medidas, puede ser necesario volver a examinar en profundidad nuestra historia del universo.
Expansión del universo, energía oscura : los desafíos de DESI
La energía oscura es uno de los acertijos más difíciles de la física moderna. Durante veinte años, una serie de medidas parecen mostrar que la expansión del universo se acelera con el tiempo. Como ninguna de las cuatro fuerzas fundamentales permitidas por la física puede explicar este fenómeno, hasta ahora el fenómeno responsable de esta aceleración se llama energía negra.
Si no entendemos la energía oscura, al menos podemos intentar medir sus efectos. Por eso se creó DESI. Este instrumento científico funcionará desde el telescopio Mayall y su espejo de 4 metros. DESI observará decenas de millones de cuásares y galaxias, que se espera que creen un mapa 3D del universo que abarque hasta 11 mil millones de años luz.
Este mapa de tamaño y precisión sin precedentes debería permitirnos comprender un poco mejor cómo se distribuyen, evolucionan las grandes estructuras del universo y el papel que juega la energía oscura. Esta será una oportunidad para probar complementos o alternativas a la relatividad general. DESI medirá con precisión las distancias en función de las huellas dejadas por las llamadas oscilaciones acústicas de los bariones, es decir, las huellas dejadas por las ondas acústicas, el sonido, en el plasma del universo. Este es el mismo método que utilizará el Observatorio Espacial Europeo Euclides desde el punto L2 Lagrange del sistema Sol-Tierra, a partir de 2022.
Las pruebas de DESI deben comenzar rápidamente. Los equipos que trabajan en el proyecto esperan recuperar datos completos para 2025, lo que puede proporcionar una mejor comprensión de lo que se llama energía oscura.
La expansión del universo podría medirse a través de los quásares
– Noticias del 5 de febrero de 2019 –
La energía oscura es uno de los misterios más importantes de la astronomía moderna. Sabemos desde hace 20 años que la expansión del universo se está acelerando. Nuestro universo crece cada día y crece más y más rápido. Si el universo consistiera enteramente de masa y obedeciera en gran escala solo a la gravedad, solo podría ralentizarse. Pero es lo contrario que parecemos observar.
Se podrían formular varias explicaciones para este fenómeno. Tal vez nuestras medidas estén equivocadas. Sin embargo, cada vez más de ellos están haciendo las mismas conclusiones. Quizás nuestra comprensión de la gravedad a gran escala aún no esté completa. O podemos imaginar que una energía de naturaleza desconocida empuja al universo a crecer. Puede ser un tipo de constante fundamental que es simplemente parte de las leyes de la naturaleza.
El gran problema al tratar de determinar la velocidad de expansión del universo es que no sabemos muy bien cómo medir grandes distancias. Esto se puede hacer con bastante eficiencia durante los últimos períodos observando el brillo de las supernovas tipo 1A. También podemos probar los inicios de la historia del universo gracias al fondo cósmico de microondas (CMB) que nos da una buena imagen de lo que el universo fue 380000 años después del Big Bang. Pero entre estos dos extremos, es difícil evaluar la constante de Hubble, la magnitud que da la velocidad de expansión del universo en un momento dado.
Un equipo italiano cree que ha encontrado una nueva forma de determinar la distancia y, por lo tanto, de medir la velocidad de expansión del universo. Esto implica observar la luminosidad de los quásares, estos núcleos de galaxias extremadamente brillantes que, por lo tanto, son observables desde muy lejos. A diferencia de las supernovas tipo 1A, no todos los quásares tienen la misma magnitud absoluta. Cuando observamos un quásar menos luminoso que otro, no sabemos si es porque está más lejos o si está a la misma distancia pero con menos energía.
Para superar este obstáculo, el equipo italiano comparó la luz de los quásares en dos bandas espectrales diferentes, rayos X y ultravioleta. Al establecer una relación entre estos dos flujos luminosos, encontraron constantes que permiten determinar las distancias. Se estudiaron casi 1600 quásares con este método, lo que nos permitió escribir una historia algo más completa de la expansión del universo.
Los primeros resultados de este estudio sugieren que la energía oscura está ganando intensidad con el tiempo. Así que no solo se está acelerando la expansión del universo, sino que el elemento que lo causa está en constante evolución. Si se confirma este resultado, que podría tomar años, entonces será necesario revisar numerosos modelos que intentan explicar la energía oscura. La energía oscura tendría un papel cada vez más importante en el universo, alejando constantemente las galaxias y las estrellas. En una escala de tiempo suficientemente grande, incluso las partículas que forman los átomos estarían muy separadas, lo que probablemente significaría el fin del tiempo.
La expansión del universo sería cada vez más rápida
– Noticias del 27 de febrero de 2018 –
El telescopio espacial Hubble ha estado operativo durante casi 30 años y continúa entregando resultados muy importantes. Recientes observaciones han demostrado que la aceleración de la expansión del universo es en realidad mucho más rápida de lo esperado. El problema proviene de una comparación de los datos de Hubble con los del observatorio espacial Planck obtenido unos años antes. Las medidas de ambos instrumentos se consideran muy confiables. Ambos buscaron determinar la constante de Hubble, un parámetro que describe la tasa de expansión del universo en un momento dado. Los datos de Planck colocaron esta constante entre 67 km y 69 km por segundo por megaparsec. Planck hizo estas mediciones al estudiar el fondo de microondas cósmico, la primera luz del universo de 13.800 millones de años.
Los nuevos datos de Hubble estiman la constante de Hubble a 63 km por segundo por megaparsec. Hubble ha observado cefeidas, que son estrellas variables mucho más recientes. Entre las dos medidas, hay una diferencia del 9%. El problema es que hay dificultades para explicarlo. La probabilidad de que un error se haya deslizado en una de las dos medidas es increíblemente baja. Estos resultados parecen mostrar que la expansión del universo se ha acelerado en su historia, e incluso más rápido de lo que se pensó originalmente.
Entre las posibles explicaciones está, por supuesto, la energía oscura. Al no estar bien definido, es un parámetro que se puede agregar al modelo estándar de la cosmología para explicar este tipo de observación. Otra posibilidad es una interacción más fuerte de lo esperado entre la materia oscura y los materiales más convencionales. Finalmente, continúan surgiendo nuevos modelos para tratar de proporcionar una explicación para este fenómeno, por ejemplo, radiación negra, neutrinos estériles que se verían afectados solo por la gravedad.
La evidencia más temprana de la aceleración de la expansión del universo es muy reciente, se remonta a finales de la década de 1990, y es probable que se necesiten más décadas de observación y especulación antes de llegar a un consenso sobre el mecanismo que causa esta aceleración. Es por eso que lamentamos la muy probable cancelación de WFIRST porque el instrumento habría permitido mediciones de la constante de Hubble en diferentes edades del universo. Afortunadamente, Europa no ha cancelado Euclid, su futuro observatorio espacial dedicado a la investigación sobre la expansión del universo y la energía oscura. Debería entrar en servicio a principios de la próxima década. Tratará de volver a hacer hasta 10.000 millones de años en el pasado. Los diferentes modelos de energía oscura presentan pequeñas variaciones, por lo que tomará medidas de muy alta precisión para determinar qué pista es la más interesante de seguir.
Imagen de NASA / WMAP Science Team [dominio público], a través de Wikimedia Commons
Fuentes
