El universo parece estar expandiéndose más rápido de lo previsto

Pruebas recientes sugieren que el universo hoy se está expandiendo más rápido que en sus comienzos, una diferencia que ha puesto en marcha una búsqueda para comprender qué fuerzas cósmicas podrían estar en juego. Si esto se confirma, el índice de cambio -hoy nueve por ciento más rápido de lo que se había proyectado-, nos obligaría a reconsiderar un aspecto fundamental del cosmos.

El resultado, anunciado en un informe publicado en Astrophysical Journal, constituye el dato más reciente en el contexto de una larga controversia sobre la constante de Hubble, una medida clave de la edad y la tasa de expansión del universo.

En los últimos años, numerosos estudios han demostrado que las mediciones de la constante de Hubble a partir de la radiación de fondo de microondas -el tenue resplandor del universo infante-, no coinciden con las estimaciones desde estrellas mucho más jóvenes, como las de nuestra Vía Láctea, incluso después de tomar en cuenta otras misteriosas fuerzas cósmicas como la energía oscura, que está acelerando la expansión del universo.

"[El universo] está superando todas nuestras expectativas con respecto a su expansión, y eso es muy desconcertante", afirma el autor principal del estudio Adam Riess, un astrónomo de la Johns Hopkins University que ganó el Premio Nobel de física en 2011 por ayudar a descubrir la energía oscura.

Hay quienes han sostenido que la discrepancia es un producto de datos incompletos o algunos errores invisibles que inclinan la balanza sistemáticamente. Pero sobre la base de mediciones recientes de nuestro entorno cósmico, realizadas por el telescopio espacial Hubble, Riess y sus colegas afirman que el desfase no solo es real, sino que es más amplio que nunca.

En el nuevo estudio, el equipo de Riess determina que la constante de Hubble tiene un valor de 74,03 kilómetros por segundo por megapársec, con un margen de error de 1,42. Esto entra en conflicto con las mejores estimaciones del Planck, un telescopio de la Agencia Espacial Europea que, hasta la fecha, tomó las medidas más precisas de la radiación de fondo de microondas. Los datos del Planck fijan la constante de Hubble en un valor de unos 67,4 kilómetros por segundo por megapársec, con un margen de error de 0,5. En lenguaje estadístico, la diferencia entre estos dos resultados es de 4,4 sigma, aproximadamente, o existen probabilidades de 1/100.000 de que la discrepancia sea solo una casualidad.

“Como analogía, podemos pensar en un niño de dos años y ver su altura, y después intentar averiguar la altura que tendrá cuando crezca. Podríamos esperar hasta que crezca y medirlo entonces”, afirma Riess. “Si excede mucho esa [extrapolación], tendríamos ante nosotros un verdadero misterio. No estaríamos comprendiendo bien el crecimiento de esta persona”.

¿Cómo se calcula?

Para calcular la constante de Hubble y, por lo tanto, el ritmo de expansión del universo sobre la base de los movimientos de las estrellas, se necesitan dos tipos de datos: la distancia hasta una estrella dada y la velocidad a la que retrocede de nosotros.

Para medir la velocidad relativa de la estrella, los astrónomos buscan cambios en la luz estelar. Para medir la distancia, los astrónomos cuentan con una serie de herramientas, desde la geometría básica hasta minuciosas observaciones de estrellas denominadas variables cefeidas. Estas estrellas que se iluminan y se van apagando de forma regular, y el ritmo de estos pulsos está estrechamente relacionado con el brillo general de la estrella: cuanto más brillante es, más lentamente pulsa.

Los astrónomos pueden utilizar esta relación como regla. Al medir el ritmo de pulso de las cefeidas, pueden averiguar la luminosidad de la estrella y, comparando el brillo absoluto con el que observamos, pueden deducir la distancia de la estrella con respecto a nosotros. Las cefeidas también pueden combinarse con observaciones de determinados tipos de explosiones estelares para medir distancias a cada vez más profundidad en el cosmos.

Los astrónomos llevan años trabajando para crear esta “escalera de distancias cósmicas” e intentan calibrarla constantemente para que cada vez sea más precisa. En este estudio, el equipo de Riess empleó el telescopio espacial Hubble para observar 70 cefeidas de la Gran Nube de Magallanes, una de las galaxias satélites de la Vía Láctea y de forma irregular. Estos nuevos datos les permitieron estimar con más precisión las distancias entre nosotros y los objetos de la Gran Nube de Magallanes, lo que a su vez les permitió inferir la constante de Hubble con mayor precisión.

Equilibrar los datos

Si el universo se expande a más velocidad de la que creíamos, entonces algún tipo de física nueva tendría que aportar ese empuje adicional. ¿Es la energía oscura más exótica y turboalimentada de lo que creíamos? ¿Es la materia oscura más compleja de lo que imaginábamos? ¿Existe otro tipo de partícula invisible en el cosmos, como un “neutrino estéril” que interactúa con otros tipos de materia solo a través de la gravedad?

Y si nuestras cuentas cósmicas están mal, quizá necesitemos llamar a un contable externo, y hay uno que pronto podría estar disponible. En 2017, los científicos detectaron ondas gravitacionales, ondulaciones del mismísimo espacio-tiempo, y la luz desprendida por la colisión de dos estrellas de neutrones. Esta medición histórica permitió a los astrónomos derivar una estimación independiente de la constante de Hubble. Hasta ahora, ese valor encaja justo entre los valores del Planck y los derivados a partir de la escalera de distancias cósmicas.

Sin embargo, la efectividad de emplear dichos fenómenos como “sirenas estándares” para medir la expansión del universo depende de la cantidad de fenómenos de estrellas de neutrones que capten detectores de ondas gravitacionales como el LIGO. Hasta la fecha, los astrónomos solo han confirmado uno, pero en la mañana del 25 de abril es posible que LIGO detectase otro. Así, la localización de los orígenes de las ondas en el firmamento ha resultado problemática, lo que dificulta las mediciones de seguimiento con telescopios.

Riess y otros astrónomos de otras partes del mundo trabajan para que sus mediciones de la constante de Hubble sean aún más precisas, con la esperanza de que incluso la más ligera discrepancia pudiera revelar una nueva gran pista sobre el funcionamiento del universo.

“Hasta un nueve por ciento resulta significativo cuando la incertidumbre es del uno o el dos por ciento”, afirma Riess. “Tenemos la sensación de que el universo aún nos está enseñando cosas”.