Traducido por el equipo de SOTT.net en español

Hace más de 90 años, el astrónomo Edwin Hubble observó el primer indicio del ritmo de expansión del universo, denominado constante de Hubble.
NGC 4256
© ESA/Hubble
En la imagen, la supernova de la estrella de tipo Ia 1994D, en la galaxia NGC 4526. La supernova es el punto brillante en la esquina inferior izquierda de la imagen.
Casi inmediatamente, los astrónomos empezaron a discutir sobre el valor real de esta constante y, con el tiempo, se dieron cuenta de que había una discrepancia en este número entre las observaciones del universo temprano y las del universo tardío.

Al principio de la existencia del universo, la luz se movía a través del plasma -todavía no había estrellas- y a partir de las oscilaciones similares a las ondas sonoras creadas por éste, los científicos dedujeron que la constante de Hubble era de aproximadamente 67. Esto significa que el universo se expande unos 67 kilómetros por segundo más rápido cada 3,26 millones de años-luz.

Pero esta observación difiere cuando los científicos observan la vida posterior del universo, después del nacimiento de las estrellas y la formación de las galaxias. La gravedad de estos objetos provoca lo que se llama lente gravitacional, que distorsiona la luz entre una fuente distante y su observador.

Otros fenómenos de este universo tardío son las explosiones extremas y los acontecimientos relacionados con el final de la vida de una estrella. Basándose en estas observaciones de la vida tardía, los científicos calcularon un valor diferente, alrededor de 74. Esta discrepancia se denomina tensión de Hubble.

Ahora, un equipo internacional que incluye a un físico de la Universidad de Michigan ha analizado una base de datos de más de 1.000 explosiones de supernovas, apoyando la idea de que la constante de Hubble podría no ser realmente constante.

En su lugar, podría cambiar en función de la expansión del universo, creciendo a medida que éste se expande. Esta explicación probablemente requiera una nueva física para explicar el aumento de la tasa de expansión, como una versión modificada de la gravedad de Einstein.

Los resultados del equipo se han publicado en The Astrophysical Journal.

"La cuestión es que parece haber una tensión entre los valores más grandes de las observaciones del universo tardío y los valores más bajos de la observación del universo temprano", dijo Enrico Rinaldi, investigador del Departamento de Física de la UM. "La pregunta que nos planteamos en este trabajo es: ¿Y si la constante de Hubble no es constante? ¿Y si realmente cambia?".

Los investigadores utilizaron un conjunto de datos de supernovas -explosiones espectaculares que marcan la etapa final de la vida de una estrella-. Cuando brillan, emiten un tipo específico de luz. En concreto, los investigadores se fijaron en las supernovas de tipo Ia.

Este tipo de estrellas supernovas sirvieron para descubrir que el universo se estaba expandiendo y acelerando, dijo Rinaldi, y se conocen como "candelas estándar", como una serie de faros con la misma bombilla. Si los científicos conocen su luminosidad, pueden calcular su distancia observando su intensidad en el cielo.

A continuación, los astrónomos utilizan lo que se denomina el "corrimiento al rojo" para calcular cómo puede haber aumentado el ritmo de expansión del universo a lo largo del tiempo. Corrimiento al rojo es el nombre del fenómeno que se produce cuando la luz se estira a medida que el universo se expande.

La esencia de la observación original de Hubble es que cuanto más se aleja el observador, más se alarga la longitud de onda - como si se clavara un muelle en una pared y se alejara de él, sosteniendo un extremo en las manos. El corrimiento al rojo y la distancia están relacionados.

En el estudio del equipo de Rinaldi, cada grupo de estrellas tiene un valor de referencia fijo de corrimiento al rojo. Comparando el corrimiento al rojo de cada grupo de estrellas, los investigadores pueden extraer la constante de Hubble para cada uno de los diferentes grupos.

En su análisis, los investigadores separaron estas estrellas basándose en intervalos de corrimiento al rojo. Colocaron las estrellas en un intervalo de distancia en un "grupo", luego un número igual de estrellas en el siguiente intervalo de distancia en otro grupo, y así sucesivamente. Cuanto más cerca de la Tierra está el recipiente, más jóvenes son las estrellas.

"Si es una constante, entonces no debería ser diferente cuando la extraemos de grupos de diferentes distancias. Pero nuestro principal resultado es que realmente cambia con la distancia", dijo Rinaldi. "La tensión de la constante de Hubble puede explicarse por alguna dependencia intrínseca de esta constante con la distancia de los objetos que se utiliza".

Además, los investigadores descubrieron que su análisis de la constante de Hubble que cambia con el corrimiento al rojo les permite "conectar" sin problemas el valor de la constante de las sondas del universo temprano y el valor de las sondas del universo tardío, dijo Rinaldi.

"Los parámetros extraídos siguen siendo compatibles con la comprensión cosmológica estándar que tenemos", dijo. "Pero esta vez sólo se desplazan un poco al cambiar la distancia, y este pequeño desplazamiento es suficiente para explicar por qué tenemos esta tensión".

Los investigadores dicen que hay varias explicaciones posibles para este aparente cambio en la constante de Hubble - una de ellas es la posibilidad de sesgos de observación en la muestra de datos. Para ayudar a corregir los posibles sesgos, los astrónomos están utilizando la Hyper Suprime-Cam del telescopio Subaru para observar supernovas más débiles en una zona amplia. Los datos de este instrumento aumentarán la muestra de supernovas observadas en regiones remotas y reducirán la incertidumbre de los datos.

El equipo fue dirigido por Maria Dainotti, profesora adjunta del Observatorio Astronómico Nacional de Japón y de la Universidad de Posgrado de Estudios Avanzados SOKENDAI de Japón y científica afiliada al Instituto de Ciencias Espaciales de EEUU. Rinaldi es también investigadora del Laboratorio de Física Cuántica Teórica y del programa de Ciencias Teóricas y Matemáticas Interdisciplinarias del instituto de investigación RIKEN de Japón.

Entre sus compañeros de investigación se encuentran Biagio De Simone, antiguo estudiante de máster de la Universidad de Salerno; Tiziano Schiavone, estudiante de posgrado de la Universidad de Pisa; Giovanni Montani, profesor adjunto de la Universidad de Roma "La Sapienza" e investigador de ENEA; y Gaetano Lambiase, profesor de la Universidad de Salerno.

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