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Contradicciones en la constante de Hubble

Área: Espacio,Física — viernes, 27 de enero de 2017

Las medidas de la constante Hubble tomadas en el Universo local no coinciden con el valor calculado a partir del fondo cósmico de microondas.

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La constante de Hubble nos dice cómo es la expansión de Universo, nos dice, en concreto, cuál es la velocidad de recesión de las galaxias en función de la distancia a la que se encuentran. Se asume que esta relación es lineal y que la constante de proporcionalidad es precisamente la constante de Hubble o H0.

Cuando se diseñó el telescopio espacial Hubble se hizo con una meta principal en mente: determinar el valor de H0 con una precisión de, al menos, un 10%.

La idea era usar el método de las cefeidas variables, que son unas candelas estándar, para determinar ese valor. Gracias a este método, al Hubble y a otros telescopios, se ha podido recientemente determinar muy bien su valor: 71 km/s por megaparsec (Mpc). Es decir, que una galaxia situada a 3.260.000 años luz se aleja de nosotros a 71 km/s. El doble si está al doble de esa distancia y así sucesivamente. No hace falta decir que no se trata de un movimiento real, sino que el espacio que media entre esa galaxia y nosotros se expande.

Ahora, empleando precisamente el telescopio Hubble, el telescopio Keck, el VLT del ESO, el Subaru y el Gemini, pero usando otro método, en concreto el de las lentes gravitatorias, el equipo internacional H0LiCOW (parecen tener sentido del humor) ha determinado con gran precisión el valor de la constante de Hubble, llegando a un valor de H0=71.9±2.7 km/s por Mpc. Este resultado aparecerá en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Este valor coincide con el obtenido por otros métodos, como el de las cefeidas o en supernovas de tipo Ia. Sin embargo, no coincide con el valor de esa constante calculado a partir de los datos del fondo cósmico de microondas tomados por el satélite Planck y similares, que es de H0=66.93±0.62 km/s por Mpc.

Es decir, las medidas de la constante Hubble tomadas de forma independiente en el Universo local coinciden entre sí, pero estas no coinciden con el valor calculado a partir del FCM. No parece mucha diferencia, pero es suficiente para hacer sospechar a los astrofísicos que hay algo que quizás no comprendamos bien.

Para rizar más el rizo, el valor de H0 medido por la misión Planck encaja con la comprensión actual que tenemos del Cosmos, pero el valor medido por los otros métodos no al no estar en consonaría con los modelos teóricos que tenemos del Universo.

En este caso se ha usado el método de las lentes gravitatorias, algo predicho por la Relatividad General, pero que podemos ahora ver de forma rutinaria. Si una galaxia lo suficientemente masiva se situada entre nosotros y un quasar lejano (el núcleo de una galaxia activa) hará las veces de lente, haciendo converger la luz del quasar lejano, por lo que veremos imágenes de este objeto que de otro modo serían imposibles de ver debido a la gran distancia a la que se encuentra. Todo ello es posible porque la galaxia intermedia curva el espacio y esta región de espacio se comporta como una lente, pues la luz no puede abandonar el espacio por donde viaja.

Como las galaxias intermedias no crean una distorsión perfectamente esférica del espacio que las rodea y la alineación tampoco es perfecta se pueden tener varias imágenes del quasar lejano que vienen por distintos caminos de distinta longitud (ver foto de cabecera). Como los quasars pueden variar su brillo en el tiempo, se puede determinar entonces los distintos tiempos correspondientes a cada imagen. Estos tiempos o retrasos permiten determinar la constante de Hubble. Es decir, esta constante es calculada en el universo local, aunque la referencia usada sea remota (el quasar).

La ventaja de este método es que además es casi independiente de las proporciones que haya de materia ordinaria, oscura y energía oscura. El equipo H0LiCOW ha estudiado tres de estos casos.

La constante de Hubble es crucial en la moderna Cosmología y su valor puede confirmar o refutar los modelos e ideas que tengamos del Universo, además de determinar la edad del mismo.

La discrepancia podría ser una pista de una nueva física más allá del modelo cosmológico estándar. La medida tomada por Planck descansa en ciertos supuestos, como, por ejemplo, que el Universo sea plano. Quizás alguna o algunas de esas suposiciones sean falsas. O puede ser que todo se deba a fluctuaciones estadísticas en los datos.

En Astrofísica, cuando las barras de error disminuyen siempre se puede ver algo interesante. Así que el equipo H0LiCOW planea reducir el error actual (3,8%) mucho más estudiando 100 casos de lentes gravitatorias.

Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=5298

Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
Foto: NASA, ESA, Suyu (Max Planck Institute for Astrophysics), Auger (University of Cambridge).

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
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15 Comentarios

  1. Dr. Thriller:

    Supongamos que nuestras estimaciones de distancias cósmicas tienen errores acumulativos, eso afectaría a la constante y además en la misma forma a todos los métodos basados en la distancia (¿deberían percibirse tales errores precisamente de este cálculo?), lo que no sé es si también en esa hipótesis afectaría en la misma magnitud a los cálculos sobre el FCM.

  2. Tomás:

    Mi problema es que nunca he confiado en las candelas estándar, pero algo no debo comprender de ellas cuando son tan utilizadas; claro que tampoco tenemos otra cosa. Así que a esperar la confirmación de uno u otro valor.

  3. lluís:

    “Con el calor calculado”. Supongo que quiere decir con el “valor calculado”. HolyCRAP!, da la sensación de que cada vez tenemos menos cosas claras. Lo del Universo plano, se tenía ( o se tiene) bastante asumido. En fin, así es la ciencia, y como que todo lo que tenemos son modelos, pues iremos recorriendo un camino que vaya usted a saber si tiene final.

  4. NeoFronteras:

    Demasiado cerca en el teclado, gracias.

  5. Tomás:

    Naturalmente que no tiene final. En ese aspecto es “a crap holy”

  6. Cosme:

    O sea que si se equivocaron en esto, puede que dios exista :D

  7. Tomás:

    No hay equivocación. Puede que sea un valor, que sea otro, que sean los dos o que no sea ninguno. En cualquier caso ese dios sería cuántico xD.

  8. petrus:

    La constante medida sobre el FCM tal vez implique estar usando datos de y en la época inicial, mientras los datos con cefeidas, más próximas, señalan el valor de la constante en un universo muy posterior. Si la constante ahora es mayor, tal vez solo indique que el universo se expande un poco más deprisa que en sus inicios… como ya nos temíamos.

  9. Albert:

    Petrus, la “constante” de Hubble es constante para todos los puntos del espacio en un tiempo cosmológico determinado, pero NO es constante en el tiempo. En mala hora se le llamó “constante” de Hubble, nombre que induce a equívocos, últimamente se utiliza más la denominación de Parámetro de Hubble.
    Voy a intentar resumir muy brevemente lo que dice el post esperando que sea útil a quien tenga dudas.
    1) El satélite Planck midió en el fondo cósmico de microondas CMB (que se originó cuando el Universo tenía 385 millones de años), cosas como la densidad bariónica, la densidad total de materia (bariones + materia oscura), el camino óptico hasta la reionización, la amplitud de fluctuación escalar, el índice espectral escalar, etc, …
    Con estos valores medidos, se aplican las ecuaciones de la Relatividad General y se CALCULA que:
    – El Parámetro de Hubble cuando el Universo tenía 385 millones de años y se generó el CMB, valía alrededor de H = 1510000 (km/s)/Mpc
    -Y que el Parámetro de Hubble ahora debe valer Ho = 67 (km/s)/Mpc
    2) Por otro lado, las medidas directas del parámetro de Hubble ahora, (como por ejemplo la medida que origina el post, que es mediante lentes gravitacionales o mediante Cefeidas), proporcionan:
    – La medida directa determina que ahora, aproximadamente, Ho = 71 (km/s)/Mpc
    – Aplicando las ecuaciones de la Relatividad General se CALCULA que cuando el Universo tenía 385 Maños el parámetro de Hubble valía H = 1600000 (km/s)/Mpc
    La tensión está entre 67 y 71 o bien entre 1510000 y 1600000, como tu prefieras.
    Nadie duda de que el valor de H, (que ya veis que de constante tiene poco), era 22500 veces mayor cuando se originó el CMB que ahora.
    Ojalá esta información sea útil y aclaratoria, saludos.

  10. NeoFronteras:

    Albert:
    Una corrección, el FCM se formó cuando en universo tenía 380.000 años, no a los 380 millones de años.

  11. Albert:

    Ups, sí, perdón, las prisas. Quise poner 385 mil años y me colé poniendo 385 millones, gracias por la corrección don Neo.
    El resto de cifras son correctas.
    Saludos.

  12. NeoFronteras:

    Es que la contante de Hubble nunca es constante, no es más que la aproximación a una recta en un punto (la pendiente en un momento dado) de la curva que describe el radio de universo frente al tiempo según el modelo cosmológico estándar (o así me lo explicaron en su día cuando estudiaba estas cosas). Si no se hace esa corrección es como comparar el precio de un kilo de naranjas ahora frente al que tenía en 1970 sin efectuar el ajuste en moneda constante.

    De todos modos la diferencia encontrada no parece muy grande. Veremos que pasa cuando se afine la precisión en un futuro.

  13. Miguel Ángel:

    Maese Albert:

    Vuelvo a felicitarte por tus aportaciones: muy bien apuntaladas y, además, asequibles para legos en la materia como el que escribe. No sé si ya te dedicas a la docencia, pero tienes una vena didáctica admirable.
    Por tu forma de escribir, intuyo que eres más joven que la media de los que comentamos aquí: diría que entre 25 y 40 años.

    Saludos y/o abrazos.

  14. Tomás:

    Me sumo al 13 de Miguel Ángel.
    Ciertamente es mejor llamarle parámetro, a una “constante” que disminuye con la expansión del universo, pero que mantiene su valor en todo el espacio conforme este se expande.

    A Neo: Por tu 12 deduzco que te refieres a una curva tipo y = f(x) siendo x = 1/t. Es decir que, en la actualidad la pendiente disminuye más lentamente y que en el futuro aún minorará más despacio.

    Saludos.

  15. NeoFronteras:

    Estimado Miguel Ángel:
    Al final todo modelo cosmológico bajo la RG se puede reducir a tomar una distancia arbitrariamente grade a la que se llama radio de universo y se denota por R. Se pude entonces calcular un función simple R(t) que da la evolución de la expansión del Universo según el modelo usado. Para un universo abierto esa R crecerá por siempre. Para un universo abierto, plano y sin energía oscura esa R crecerá asintóticamente de forma lineal. Si es cerrado entonces esa R llegará un punto en el decrecerá hasta hacerse cero.
    Es el típico diagrama que se suele usar en estos casos y que aparece por todos los lados.

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