'Puede que no haya un conflicto después de todo' en el debate sobre la expansión del universo

Una estrella gigante roja, Camelopardalis, emite una capa de gas a medida que una capa de helio alrededor de su núcleo comienza a fusionarse. Tales eventos ayudan a los científicos a calcular qué tan rápido se está expandiendo el universo. Crédito: ESA/NASA

Nuestro universo se está expandiendo, pero nuestras dos formas principales de medir qué tan rápido está sucediendo esta expansión han resultado en respuestas diferentes. Durante la última década, los astrofísicos se han ido dividiendo gradualmente en dos bandos: uno que cree que la diferencia es significativa, y otro que piensa que podría deberse a errores en la medición.

Si resulta que los errores están causando el desajuste, eso confirmaría nuestro modelo básico de cómo funciona el universo. La otra posibilidad presenta un hilo que, cuando se tira, sugeriría que se necesita alguna nueva física fundamental para unirlo de nuevo. Durante varios años, cada nueva evidencia de los telescopios ha visto el argumento de un lado a otro, dando lugar a lo que se ha llamado la 'tensión del Hubble'.

Wendy Freedman, una reconocida astrónoma y profesora de la Universidad John y Marion Sullivan en Astronomía y Astrofísica en la Universidad de Chicago, realizó algunas de las mediciones originales de la tasa de expansión del universo que resultaron en un valor más alto de la constante de Hubble. Pero en un nuevo artículo de revisión aceptado en el Astrophysical Journal,Freedman da una visión general de las observaciones más recientes. Su conclusión: las últimas observaciones están empezando a cerrar la brecha.

Es decir, puede que no haya un conflicto después de todo, y nuestro modelo estándar del universo no necesita ser modificado significativamente.

La velocidad a la que el universo se está expandiendo se llama constante de Hubble, llamada así por el exalumno de UChicago Edwin Hubble, SB 1910, Ph.D. 1917, a quien se le atribuye el descubrimiento de la expansión del universo en 1929. Los científicos quieren precisar esta tasa con precisión, porque la constante de Hubble está ligada a la edad del universo y cómo evolucionó con el tiempo.

Una arruga sustancial surgió en la última década cuando los resultados de los dos métodos de medición principales comenzaron a divergir. Pero los científicos todavía están debatiendo la importancia del desajuste.

Una forma de medir la constante de Hubble es observando la luz muy tenue que queda del Big Bang, llamada fondo cósmico de microondas. Esto se ha hecho tanto en el espacio como en tierra con instalaciones como el Telescopio del Polo Sur dirigido por UChicago. Los científicos pueden introducir estas observaciones en su "modelo estándar" del universo temprano y ejecutarlo hacia adelante en el tiempo para predecir cuál debería ser la constante de Hubble hoy en día; obtienen una respuesta de 67,4 kilómetros por segundo por megaparsec.

El otro método es observar estrellas y galaxias en el universo cercano, y medir sus distancias y qué tan rápido se están alejando de nosotros. Freedman ha sido un experto líder en este método durante muchas décadas; en 2001, su equipo realizó una de las mediciones históricas utilizando el telescopio espacial Hubble para obtener imágenes de estrellas llamadas Cefeidas. El valor que encontraron fue de 72. Freedman ha continuado midiendo cefeidas en los años posteriores, revisando más datos del telescopio cada vez; sin embargo, en 2019, ella y sus colegas publicaron una respuesta basada en un método completamente diferente utilizando estrellas llamadas gigantes rojas. La idea era cruzar las Cefeidas con un método independiente.


Las gigantes rojas son estrellas muy grandes y luminosas que siempre alcanzan el mismo brillo máximo antes de desvanecerse rápidamente. Si los científicos pueden medir con precisión el brillo máximo real, o intrínseco, de las gigantes rojas, entonces pueden medir las distancias a sus galaxias anfitrionas, una parte esencial pero difícil de la ecuación. La pregunta clave es qué tan precisas son esas mediciones.

La primera versión de este cálculo en 2019 utilizó una sola galaxia muy cercana para calibrar las luminosidades de las estrellas gigantes rojas. En los últimos dos años, Freedman y sus colaboradores han dirigido los números de varias galaxias y poblaciones estelares diferentes. "Ahora hay cuatro formas independientes de calibrar las luminosidades de la gigante roja, y están de acuerdo dentro del 1% entre sí", dijo Freedman. "Eso nos indica que esta es una muy buena manera de medir la distancia".

"Realmente quería mirar cuidadosamente tanto a las Cefeidas como a las gigantes rojas. Conozco bien sus fortalezas y debilidades", dijo Freedman. "He llegado a la conclusión de que no requerimos una nueva física fundamental para explicar las diferencias en las tasas de expansión locales y distantes. Los nuevos datos de la gigante roja muestran que son consistentes".

El estudiante graduado de la Universidad de Chicago Taylor Hoyt, quien ha estado haciendo mediciones de las estrellas gigantes rojas en las galaxias ancla, agregó: "Seguimos midiendo y probando las estrellas de rama gigante roja de diferentes maneras, y siguen superando nuestras expectativas".

El valor de la constante de Hubble que el equipo de Freedman obtiene de las gigantes rojas es de 69,8 km/s/Mpc, prácticamente el mismo que el valor derivado del experimento del fondo cósmico de microondas. "No se requiere una nueva física", dijo Freedman.

Los cálculos que usan estrellas Cefeidas todavía dan números más altos, pero según el análisis de Freedman, la diferencia puede no ser preocupante. "Las estrellas cefeidas siempre han sido un poco más ruidosas y un poco más complicadas de entender completamente; son estrellas jóvenes en las regiones activas de formación estelar de las galaxias, y eso significa que hay potencial para que cosas como el polvo o la contaminación de otras estrellas deseche sus mediciones", explicó.

En su opinión, el conflicto se puede resolver con mejores datos.

El próximo año, cuando se espera que se lance el telescopio espacial James Webb, los científicos comenzarán a recopilar esas nuevas observaciones. Freedman y sus colaboradores ya han recibido tiempo en el telescopio para un importante programa para hacer más mediciones de estrellas cefeidas y gigantes rojas. "El Webb nos dará una mayor sensibilidad y resolución, y los datos mejorarán muy, muy pronto", dijo.

Pero mientras tanto, ella quería echar un vistazo cuidadoso a los datos existentes, y lo que encontró fue que gran parte de ellos realmente están de acuerdo.

"Así es como procede la ciencia", dijo Freedman. "Pateas los neumáticos para ver si algo se desinfla, y hasta ahora, no hay neumáticos pinchados".

Algunos científicos que han estado buscando un desajuste fundamental podrían sentirse decepcionados. Pero para Freedman, cualquiera de las dos respuestas es emocionante.

"Todavía hay algo de espacio para la nueva física, pero incluso si no la hay, mostraría que el modelo estándar que tenemos es básicamente correcto, lo que también es una conclusión profunda a la que llegar", dijo. "Eso es lo interesante de la ciencia: No sabemos las respuestas de antemano. Estamos aprendiendo sobre la marcha. Es un momento realmente emocionante para estar en el campo".