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Constante de Hubble vs modelo estándar de la cosmología

¿Podría la caza de la constante de Hubble anular el modelo estándar de la cosmología?

Constante de Hubble vs modelo estándar de la cosmología
El proyectil de una supernova tipo 1a, que se muestra aquí, fue fotografiado por la cámara de campo ancho 3 del Telescopio Espacial Hubble de la NASA / ESA. Los científicos usan este tipo de supernovas para medir la tasa de expansión del universo. Crédito de la imagen: NASA

Por Ian O'Neill, colaborador de Space.com | 18 de octubre de 2017


Cosmología, tenemos un problema: dos métodos que los científicos usan para medir la expansión del universo producen respuestas diferentes, y los astrónomos no están muy seguros de lo que está sucediendo. Un episodio reciente de la serie de videos ScienceCasts de la NASA exploró este enigma.
Desde 1929, los científicos han sabido que el universo se está expandiendo a una velocidad dictada por la llamada constante de Hubble, o H0, que lleva el nombre del astrónomo de EE. UU. Edwin Hubble. Él y sus colegas se dieron cuenta de que, al observar galaxias distantes, cuanto más lejos se veían en el cosmos, más rápido se alejaban las galaxias de la Tierra. Lo hicieron midiendo el "corrimiento al rojo" de la luz que proviene de esas galaxias, es decir, el grado en que la luz se estira por el movimiento del objeto. Cuanto más largo sea el corrimiento al rojo, más lejos está una galaxia de la Tierra y, por lo tanto, más rápido se está moviendo.

El valor de Hubble se considera una constante fundamental, al igual que la velocidad de la luz, pero los científicos pueden calcular su valor solo midiendo otros fenómenos en el universo, según el video.


link: https://www.youtube.com/watch?time_continue=1&v=9DDnJmcTRZw


Medición de supernovas

Una forma en que los astrónomos calculan la constante de Hubble es buscar supernovas de tipo 1a que se disparan aleatoriamente en otras galaxias. Estas explosiones estelares comienzan con estrellas enanas blancas, que en realidad son partículas muy densas de material sobrante después de que estrellas como el sol de la Tierra se queden sin combustible y colapsen, según el video. Una estrella enana blanca roba gas de un compañero binario y, a medida que el gas se acumula en la superficie de la enana blanca, la estrella alcanza un cierto umbral (conocido como el límite de Chandrasekhar) y luego colapsa, detonando como una supernova.

Debido a que estos tipos de supernovas generan aproximadamente la misma cantidad de luz sin importar dónde se encuentren en el universo, los astrónomos pueden usarlos para medir distancias cósmicas. (Su distancia de la Tierra determina la diferencia entre su brillo real y su brillo aparente, como se ve desde la Tierra). Los objetos que actúan como marcadores de distancia cósmicos muy precisos, llamados "velas estándar", y las supernovas de tipo 1a se utilizan para identificar las ubicaciones de sus galaxias anfitrionas Esto, a su vez, ayuda a los científicos a medir un valor para la constante de Hubble. Como los métodos astronómicos han mejorado, estas mediciones se han vuelto más precisas.

Medición del resplandor del Big Bang.

Otra forma de calcular la constante de Hubble es medir el resplandor del Big Bang, un fenómeno llamado fondo de microondas cósmico, o CMB. A medida que los científicos han mejorado en la observación del CMB a través de los avances en tecnología y técnicas, han estado obteniendo una mejor comprensión de este brillo fantasmal.

Así es como los científicos han tratado de usar el CMB para medir la expansión del universo: hacen uso del hecho de que poco después del Big Bang, hace 13.800 millones de años, cuando la sopa de partículas sobrecalentadas (conocida como plasma) comenzó a enfriarse , este material emitió fotones, dejando una marca indeleble en el borde más externo del universo observable. Utilizando telescopios espaciales como la sonda de anisotropía de microondas Wilkinson de la NASA (WMAP) y el telescopio espacial Planck de Europa, los científicos pueden observar oscilaciones minúsculas en la temperatura del CMB. Estas "anisotropías" ayudan a los investigadores a comprender algunos de los misterios más desconcertantes del universo, como la distribución de la materia oscura y la energía oscura. Las oscilaciones también pueden usarse para calcular H0 comparando estas observaciones precisas con modelos teóricos de cómo el universo se ha expandido y evolucionado.

Un mapa del fondo cósmico de microondas (CMB) de la misión WMAP, con diferencias de color que muestran las fluctuaciones de la temperatura. Los científicos usan el CMB para tratar de medir la tasa de expansión del universo.

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Un mapa del fondo cósmico de microondas (CMB) de la misión WMAP, con diferencias de color que muestran las fluctuaciones de la temperatura. Los científicos usan el CMB para tratar de medir la tasa de expansión del universo. Crédito de la imagen: NASA

El problema

Los valores para la constante de Hubble que se encontraron con estos dos métodos han sido bastante concordantes. Pero a medida que los métodos de observación se han vuelto más precisos, la discrepancia entre los dos se ha vuelto más pronunciada, dijeron los investigadores en el video.

Usando el Telescopio Espacial Hubble para medir la luz de varias supernovas de tipo 1a, un estudio de 2001 reveló una discrepancia del 8 por ciento en el valor de la constante de Hubble en comparación con el método que usa mediciones precisas del CMB. En otras palabras, el Telescopio Espacial Hubble registró una tasa de expansión universal más rápida que las mediciones CMB. Para que la constante de Hubble sea una constante fundamental, debe ser, así, constante, no importa cómo se mida.

Este área activa de investigación está forzando a los científicos a reflexionar sobre si el supuesto de que estos dos métodos deberían estar de acuerdo es incorrecto, según el video. Los científicos plantean la hipótesis de que quizás haya un nuevo tipo de partícula en el universo que sesgue los resultados de uno de los métodos.

O tal vez algo importante en el universo haya cambiado con el tiempo, lo que produciría un resultado diferente del CMB (que mide la expansión hace mucho tiempo) y el método supernova (que mide la expansión más recientemente). Por ejemplo, quizás las propiedades de la materia oscura, un material misterioso que constituye alrededor del 80 por ciento de la materia en el universo, cambian con el tiempo.

Pero, si este es el caso, podría significar que el modelo estándar de cosmología, la descripción básica del universo en el que los físicos están de acuerdo, no es completo (o incluso equivocado) y necesitamos desarrollar un nuevo modelo que describa mejor estos observaciones




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