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Comencemos diciendo que el universo es grande. Se estima que si miramos en cualquier direcci??n sus regiones visibles m??s lejanas se encuentran a unos 46.000 millones de a??os luz de distancia.
Eso supone tener un di??metro de 540 sextillones de millas (o 54 seguido de 22 ceros).
Pero esta es realmente nuestra mejor suposici??n: nadie sabe exactamente qu?? tan grande es realmente el universo.
Esto se debe a que solo podemos ver hasta donde la luz (o m??s exactamente la radiaci??n de microondas arrojada por el Big Bang) ha viajado desde su origen
Desde que el universo comenz?? a existir hace aproximadamente 13.800 millones de a??os, se ha estado expandiendo.
Pero debido a que tampoco conocemos su edad precisa, resulta complicado precisar hasta qu?? punto se extiende m??s all?? de los l??mites de lo que podemos ver.
Sin embargo, una propiedad que los astr??nomos han intentado utilizar para resolver esto es un n??mero conocido como la constante de Hubble.
“Es una medida de qu?? tan r??pido se est?? expandiendo el universo en el momento actual”, dice Wendy Freedman, astrof??sica de la Universidad de Chicago que ha pasado su carrera midi??ndolo.
“La constante de Hubble establece la escala del universo, tanto su tama??o como su edad”, a??ade.
Hay que pensar en el universo como un globo que se infla.
Como puntos en su superficie, a medida que las estrellas y las galaxias se separan entre s?? m??s r??pidamente, mayor es la distancia entre ellas.
Desde nuestra perspectiva, esto significa es que cuanto m??s lejos est?? una galaxia de nosotros, m??s r??pido se aleja.
Desafortunadamente, cuanto m??s miden los astr??nomos este n??mero, m??s parece desafiar las predicciones basadas en nuestra comprensi??n del universo.
??Qu?? est?? mal?
Un m??todo para medirlo directamente nos da un cierto valor, mientras que otra medici??n, que se basa en nuestra comprensi??n de otros par??metros sobre el universo, dice algo diferente.
O las medidas son incorrectas o hay algo defectuoso en la forma en que pensamos que funciona nuestro universo.
Pero los cient??ficos creen ahora que est??n m??s cerca de encontrar una respuesta en gran parte gracias a nuevos experimentos y observaciones destinadas a descubrir exactamente qu?? es realmente la constante de Hubble.
“A lo que nos enfrentamos como cosm??logos es un desaf??o de ingenier??a: ??c??mo medimos esta cantidad de la manera m??s precisa y exacta posible?“, dice Rachael Beaton, astr??noma que trabaja en la Universidad de Princeton.
Para enfrentar este desaf??o, dice, no solo se requiere conseguir los datos para medir, sino tambi??n verificar las mediciones de tantas formas como sea posible.
“Desde mi perspectiva como cient??fico, esto es m??s como armar un rompecabezas que estar dentro de un misterio al estilo de Agatha Christie”.
La primera medici??n de la constante de Hubble realizada en 1929 por el astr??nomo que le da nombre, Edwin Hubble, la coloc?? en 500 km por segundo por megaparsec (km/s/Mpc).
El p??rsec o parsec es una unidad de longitud utilizada en astronom??a equivalente a 3,26 millones de a??os luz.
Ese valor calculado por el cient??fico significa que por cada megaparsec m??s lejos de la Tierra que miras, las galaxias que ves se alejan de nosotros 500 km/s m??s r??pido que las que est??n a un megaparsec m??s cerca.
M??s de un siglo despu??s de la primera estimaci??n de Hubble de la tasa de expansi??n c??smica, ese n??mero se ha revisado a la baja una y otra vez.
Las estimaciones de hoy lo sit??an entre 67 y 74 km/s/Mpc.
Parte del problema es que la constante de Hubble puede ser diferente dependiendo de c??mo se mida.
Tira y afloja c??smico
La mayor??a de las descripciones de la discrepancia de la constante de Hubble dicen que hay dos formas de medir su valor.
Una observa qu?? tan r??pido se alejan de nosotros las galaxias cercanas, mientras que la segunda usa el fondo c??smico de microondas (CMB), la primera luz que escap?? despu??s del Big Bang.
Todav??a hoy podemos ver esta luz, pero debido a que las partes distantes del universo se alejan de nosotros, la luz se ha estirado en ondas de radio.
Estas se??ales de radio, descubiertas por primera vez en la d??cada de 1960 por accidente, nos dan la idea m??s temprana posible de c??mo era el universo.
Dos fuerzas en competencia, la atracci??n de la gravedad y el empuje hacia afuera de la radiaci??n, jugaron un tira y afloja c??smico con el universo en su infancia.
Esto cre?? perturbaciones que a??n se pueden ver dentro del fondo c??smico de microondas como peque??as diferencias de temperatura.
Usando estas perturbaciones, es posible medir qu?? tan r??pido se expand??a el universo poco despu??s del Big Bang y esto se puede aplicar al Modelo Est??ndar de Cosmolog??a para deducir la tasa de expansi??n actual.
Este Modelo Est??ndar es una de las mejores explicaciones que tenemos de c??mo comenz?? el Universo, de qu?? est?? hecho y qu?? vemos a nuestro alrededor hoy.
Pero hay un problema.
Divergencias
Cuando los astr??nomos intentan medir la constante de Hubble observando c??mo las galaxias cercanas se alejan de nosotros, obtienen una cifra diferente.
“Si el modelo [est??ndar] es correcto, entonces los dos valores, lo que mides hoy localmente y el valor que infieres de las primeras observaciones estar??an en l??nea”, dice Freedman. “Y no lo hacen”.
Cuando el sat??lite Planck de la Agencia Espacial Europea (ESA) midi?? las discrepancias en el CMB, primero en 2014 y luego nuevamente en 2018, el valor que obtuvo para la constante de Hubble es de 67,4 km/s/Mpc.
Pero esto es alrededor de un 9% menos que el valor que los astr??nomos como Freedman han medido al observar galaxias cercanas.
Otras mediciones del CMB en 2020 utilizando el Telescopio de Cosmolog??a de Atacama se correlacionaron con los datos del sat??lite Planck.
“Esto ayuda a descartar que hubo un problema sistem??tico con un par de fuentes de Planck”, dice Beaton.
Si las mediciones de CMB eran correctas, solo dejaba dos posibilidades: o las t??cnicas que utilizan luz de galaxias cercanas estaban apagadas o el Modelo Est??ndar de Cosmolog??a debe cambiarse.
Estrella cefeida
La t??cnica utilizada por Freedman y sus colegas aprovecha un tipo espec??fico de estrella llamada cefeida variable.
Descubiertas hace unos 100 a??os por una astr??noma llamada Henrietta Leavitt, estas estrellas cambian su brillo, haci??ndolo cada vez m??s d??bil y luego m??s brillante durante d??as o semanas.
Leavitt descubri?? que cuanto m??s brillante es la estrella, m??s tiempo tarda en iluminarse, luego se aten??a y luego vuelve a brillar.
Ahora, los astr??nomos pueden saber exactamente qu?? tan brillante es realmente una estrella al estudiar estos pulsos de brillo.
Al medir qu?? tan brillante nos parece en la Tierra y saber que la luz se aten??a en funci??n de la distancia, proporciona una forma precisa de medir la distancia a las estrellas.
Freedman y su equipo fueron los primeros en usar variables cefeidas en galaxias vecinas a la nuestra para medir la constante de Hubble utilizando datos del telescopio espacial Hubble.
En 2001, lo midieron a 72 km/s/Mpc.
Desde entonces, el valor del estudio de las galaxias locales ha rondado el mismo punto.
Utilizando el mismo tipo de estrellas, otro equipo utiliz?? el telescopio espacial Hubble en 2019 para llegar a una cifra de 74 km/s/Mpc.
Luego, solo unos meses despu??s, otro grupo de astrof??sicos utiliz?? una t??cnica diferente que involucraba la luz proveniente de los cu??sares para obtener un valor de 73 km/s/Mpc.
Si estas medidas son correctas, entonces se puede pensar que el universo podr??a crecer m??s r??pido de lo que permiten las teor??as del Modelo Est??ndar de Cosmolog??a.
Podr??a significar que este modelo, y con ??l nuestro mejor intento de describir la naturaleza fundamental del universo, debe actualizarse.
En la actualidad, la respuesta no es segura, pero si resulta ser as??, las implicaciones podr??an ser profundas.
“Podr??a indicarnos que a nuestro modelo est??ndar le falta algo”, dice Freedman.
“Todav??a no sabemos la raz??n por la que esto est?? sucediendo, pero es una oportunidad para avanzar hac??a un descubrimiento”.
Dos consecuencias principales
Si el Modelo Est??ndar est?? equivocado, una de las primera cosas que podr??a significar es que nuestros modelos de de que est?? compuesto el universo, las cantidades relativas de materia bari??nica o “normal”, materia oscura, energ??a oscura y radiaci??n, no son del todo correctas.
Adem??s, si el universo se expande realmente m??s r??pido de lo que pensamos, podr??a ser mucho m??s joven que los 13.800 millones de a??os que actualmente se piensa que tiene.
Una explicaci??n alternativa para la discrepancia es que la parte del universo en la que vivimos es de alguna manera diferente o especial en comparaci??n con el resto del universo, y esa diferencia est?? distorsionando las medidas.
“Est?? lejos de ser una analog??a perfecta, pero puedes pensar en c??mo se modifica la velocidad o la aceleraci??n de tu autom??vil si subes o bajas una colina, incluso si est??s aplicando la misma presi??n al pedal del acelerador”, dice Beaton.
“Creo que es poco probable que sea la causa ??ltima de la discrepancia en la constante de Hubble que vemos, pero tambi??n creo que es importante no ignorar el trabajo realizado en esos resultados“.
Pero los astr??nomos creen que est??n m??s cerca de determinar cu??l es la constante de Hubble y cu??l de las medidas es correcta.
“Lo que es emocionante es que creo que realmente resolveremos esto en un plazo bastante corto, ya sea en un a??o, dos o tres”, dice Freedman.
“Hay tantas cosas que se avecinan en el futuro y que van a mejorar la precisi??n con la que podemos hacer estas mediciones que creo que llegaremos al fondo de esto”.
Una de esas cosas es el observatorio espacial Gaia de la ESA, que se lanz?? en 2013 y ha estado midiendo las posiciones de alrededor de 1.000 millones de estrellas con un alto grado de precisi??n.
Los cient??ficos est??n lo usando para calcular las distancias a las estrellas con una t??cnica llamada paralaje.
A medida que este observatorio espacial orbita alrededor del Sol, su punto de vista en el espacio cambia, al igual que si cierras un ojo y miras un objeto, y luego miras con el otro ojo, el objeto parece estar en un lugar ligeramente diferente.
Telescopio espacial James Webb
Entonces, al estudiar objetos en diferentes ??pocas del a??o durante su ??rbita, Gaia permitir?? a los cient??ficos calcular con precisi??n qu?? tan r??pido se alejan las estrellas de nuestro propio Sistema Solar.
Otra instalaci??n que ayudar?? a responder la pregunta de cu??l es el valor de la constante de Hubble es el telescopio espacial James Webb, que se lanzar?? a fines de 2021.
Al estudiar las longitudes de onda infrarrojas, permitir?? mejores mediciones que no ser??n oscurecidas por el polvo que hay entre nosotros y las estrellas.
Sin embargo, si descubren que la diferencia en la constante de Hubble persiste, ser?? el momento de desarrollar una nueva f??sica.
Y aunque se han ofrecido muchas teor??as para explicar la diferencia, nada encaja del todo con lo que vemos a nuestro alrededor.
Cada teor??a potencial tiene una desventaja.
Por ejemplo, podr??a ser que hubiera otro tipo de radiaci??n en el universo temprano, pero hemos medido el CMB con tanta precisi??n que no parece probable.
Otra opci??n es que la energ??a oscura podr??a cambiar con el tiempo.
“Parec??a una prometedora l??nea de estudio a seguir, pero ahora existen otras limitaciones sobre cu??nto podr??a cambiar la energ??a oscura en funci??n del tiempo”, dice Freedman.
“Tendr??a que hacerlo de una manera realmente artificial y eso no parece muy prometedor”.
Una alternativa es que hab??a energ??a oscura presente en el universo temprano que simplemente desapareci??, pero no hay una raz??n obvia por la que har??a esto.
Todo esto ha obligado a los cient??ficos a lanzar nuevas ideas que podr??an explicar lo que est?? sucediendo.
“La gente est?? trabajando muy duro y es emocionante”, agrega Freedman.
“El hecho de que nadie se haya dado cuenta de cu??l es [la explicaci??n] todav??a no significa que no surgir?? una buena idea”, dice.
Despu??s de todo, dependiendo de lo que revelen estos nuevos telescopios, Beaton y Freedman podr??an encontrarse en medio de un misterio digno de una novela de Agatha Christie.
*Abigail Beall es periodista cient??fica independiente y autora de??”El arte de la astronom??a urbana”.
BBC News
