Investigadores explotan la lente gravitacional para ver qué tan rápido se expande realmente el universo

MADRID, 5 Dic. (EUROPA PRESS) -

Recientemente, investigadores de la Universidad de Tokio (Japón), han logrado medir la expansión del universo utilizando técnicas innovadoras y nuevos datos de los telescopios más modernos.

Tal y como se recoge en 'Astronomy and Astrophysics', su método aprovecha la forma en que la luz de objetos extremadamente distantes toma múltiples vías para llegar hasta nosotros. Las diferencias en estas vías ayudan a mejorar los modelos sobre lo que sucede a las escalas cosmológicas más grandes, incluida la expansión.

Existe una importante y no resuelta controversia en cosmología respecto a la velocidad de expansión del universo, y resolverla podría revelar nueva física. Los astrónomos buscan constantemente nuevas formas de medir esta expansión por si acaso existen errores desconocidos en los datos de marcadores convencionales como las supernovas.

El universo es grande y se está haciendo cada vez más grande. Si bien no se sabe cuán grande es, si se conoce a qué velocidad se expande. Sin embargo, no es sencillo, ya que la expansión parece más rápida cuanto más lejos observamos. Por cada 3,3 millones de años luz (o un megapársec) de distancia, vemos cosas a esa distancia alejarse a una velocidad creciente de unos 73 kilómetros por segundo. En otras palabras, la tasa de expansión del universo es de 73 kilómetros por segundo por megapársec (km/s/Mpc), también conocida como la constante de Hubble.

Existen diferentes maneras de determinar la constante de Hubble, pero hasta ahora, todas se han basado en las llamadas escalas de distancia. Se trata de fenómenos como las supernovas o las estrellas variables cefeidas, que se cree que se comprenden lo suficiente como para que su presencia, incluso en otras galaxias, nos permita obtener mediciones precisas sobre ellas, incluyendo sus distancias. Tras observar suficientes de estas estrellas a lo largo de las décadas, la constante de Hubble se ha visto cada vez más limitada. Sin embargo, siempre ha existido cierta duda sobre este método, por lo que los cosmólogos agradecen las mejoras.

En su último artículo, un equipo de astrónomos, entre ellos el profesor adjunto del proyecto Kenneth Wong y el investigador postdoctoral Eric Paic, del Centro de Investigación para el Universo Temprano de la Universidad de Tokio, demostró con éxito un método conocido como cosmografía de retardo temporal que, según creen, puede mitigar la dependencia de las escalas de distancia y debería tener ramificaciones en otras áreas de la cosmología.

"Para medir la constante de Hubble mediante cosmografía de retardo temporal, se necesita una galaxia muy masiva que pueda actuar como una lente", comenta Wong. "La gravedad de esta 'lente' desvía la luz de los objetos que se esconden tras ella, por lo que vemos una versión distorsionada de ellos. Esto se denomina efecto de lente gravitacional. Si las circunstancias son las adecuadas, veremos múltiples imágenes distorsionadas, y cada una habrá tomado un camino ligeramente diferente para llegar hasta nosotros, con tiempos distintos.

Al buscar cambios idénticos en estas imágenes que estén ligeramente desfasadas, podemos medir la diferencia de tiempo que tardaron en llegar hasta nosotros. Combinar estos datos con estimaciones de la distribución de la masa de la lente galáctica que los distorsiona nos permite calcular la aceleración de objetos distantes con mayor precisión. La constante de Hubble que medimos se encuentra dentro de los rangos admitidos por otros métodos de estimación".

En cuanto a por qué los investigadores se esfuerzan tanto solo para encontrar una cifra que ya conocen, esto tiene que ver con algo crucial para comprender la historia del universo, que actualmente sigue sin resolverse. Ese valor de 73 km/s/Mpc para la constante de Hubble es correcto basándose en observaciones de objetos cercanos, pero existen otras formas de medir la tasa de expansión cósmica que también pueden analizar datos del pasado distante, en particular la radiación que impregna el universo resultante del Big Bang, también conocida como el fondo cósmico de microondas (CMB).

Por ello, cuando los investigadores utilizan el CMB para calcular la constante de Hubble, obtienen un valor inferior de 67 km/s/Mpc. Esta discrepancia se denomina tensión de Hubble, y el trabajo de Wong, Paic y sus colaboradores ayuda a aclarar su naturaleza, ya que aún existe la duda de si podría ser algo más que el resultado de un error experimental.

"Nuestra medición de la constante de Hubble es más consistente con otras observaciones actuales y menos consistente con las mediciones del universo temprano. Esto evidencia que la tensión de Hubble podría surgir de la física real y no solo de una fuente de error desconocida en los diversos métodos", informa Wong. "Nuestra medición es completamente independiente de otros métodos, tanto del universo temprano como del tardío, por lo que, si existen incertidumbres sistemáticas en estos métodos, no deberíamos vernos afectados por ellas".

"El objetivo principal de este trabajo era mejorar nuestra metodología, y ahora necesitamos aumentar el tamaño de la muestra para mejorar la precisión y determinar con certeza la tensión de Hubble", detalla Paic. "Actualmente, nuestra precisión es de alrededor del 4,5%, y para determinar con precisión la constante de Hubble a un nivel que confirme definitivamente la tensión de Hubble, necesitamos alcanzar una precisión de alrededor del 1% al 2%".

El equipo confía en que tales mejoras de precisión son posibles. El estudio actual utilizó ocho sistemas de lentes de retardo temporal, cada uno de los cuales ocluye un cuásar distante (un agujero negro supermasivo que acumula gas y polvo, lo que le da un brillo intenso), y nuevos datos de los telescopios espaciales y terrestres más recientes, incluido el Telescopio Espacial James Webb. El equipo pretende aumentar el tamaño de la muestra, así como mejorar otras mediciones y descartar cualquier error sistemático aún no explicado.

Una de las mayores fuentes de incertidumbre es que desconocemos con exactitud cómo se distribuye la masa en las galaxias lente. Generalmente se asume que la masa sigue un perfil simple consistente con las observaciones, pero es difícil estar seguro, y esta incertidumbre puede influir directamente en los valores que calculamos -incide Wong-.

La tensión de Hubble es importante, ya que podría indicar una nueva era en la cosmología que revele nueva física. Nuestro proyecto es el resultado de décadas de colaboración entre múltiples observatorios e investigadores independientes, lo que resalta la importancia de la colaboración internacional en la ciencia.