El universo parece estar expandiéndose más rápido de previsto

Pruebas recientes sugieren que el universo se expande más rápidamente ahora que en su infancia, una diferencia que ha puesto en marcha una misión para comprender qué fuerzas cósmicas podrían ser las responsables. De confirmarse, el cambio de ritmo —que es un nueve por ciento más rápido de lo que se había estimado— nos obligaría a revisar un aspecto fundamental del cosmos.

El resultado, anunciado en un nuevo informe que se publicará en el Astrophysical Journal, es el más reciente de una larga polémica en torno a la constante de Hubble, una medida clave del ritmo de expansión y la edad 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 infantil— están en desacuerdo con las estimaciones de estrellas mucho más jóvenes, como las de nuestra Vía Láctea, incluso teniendo en cuenta otras fuerzas cósmicas misteriosas como la energía oscura, que acelera la expansión del universo.

«[El universo] supera todas nuestras expectativas para su expansión, algo muy desconcertante», afirma Adam Riess, autor principal del estudio y astrónomo de la Universidad Josh Hopkins cogalardonado con el premio Nobel de Física por su contribución al descubrimiento de la energía oscura.

Hay quien ha sostenido que la discrepancia es un producto de los datos incompletos o algunos errores invisibles que inclinan la balanza sistemáticamente. Pero basándose en 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 tomó las mejores medidas hasta la fecha 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 jerga estadística, la diferencia entre estos dos resultados es de 4,4 sigma, aproximadamente, o unas probabilidades de una entre 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 crezcan. Podríamos esperar hasta que crezcan y medirlo entonces», afirma Riess. «Si excede mucho esa [extrapolación], tendríamos entre manos un misterio real. Algo no va bien en nuestra comprensión del crecimiento de esta persona».

¿Cómo la calcularon?

Para calcular la constante de Hubble y, por lo tanto, el ritmo de expansión del universo basándose en 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 atenúan 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, los astrónomos pueden averiguar la luminosidad de la estrella y, comparando el brillo absoluto con el que observamos, pueden deducir lo lejos que está la estrella de 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 tenga más precisión. Para 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 registros

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 queramos 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. Dicho esto, localizar los orígenes de las ondas en el firmamento ha resultado problemático, lo que complica las mediciones de seguimiento con telescopios.

Por su parte, Riess y otros astrónomos del mundo trabajan para hacer 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 es importante 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».

Este artículo se publicó originalmente en inglés en nationalgeographic.com.