Misterio de la tasa de expansión del universo: los datos del Hubble muestran que «algo extraño» está sucediendo

Universe Expansion Funnel

Una representación de la evolución del universo durante 13,77 mil millones de años. El extremo izquierdo representa el momento más temprano que ahora podemos investigar, cuando un período de «inflación» produjo un estallido de crecimiento exponencial en el universo. (El tamaño está representado por la extensión vertical de la cuadrícula en este gráfico). Durante los siguientes miles de millones de años, la expansión del universo se ralentizó gradualmente a medida que la materia del universo se atraía sobre sí misma a través de la gravedad. Más recientemente, la expansión ha comenzado a acelerarse nuevamente a medida que los efectos repulsivos de la energía oscura han llegado a dominar la expansión del universo. Crédito: Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA

Tres décadas de telescopio espacial Las observaciones convergen en un valor preciso para la constante de Hubble

La historia de la ciencia registrará que la búsqueda de la tasa de expansión del universo fue el gran Santo Grial de la cosmología del siglo XX. Sin ninguna evidencia observacional de que el espacio se expanda, se contraiga o se detenga, no tendríamos idea de si el universo iba o venía. Además, tampoco tendríamos idea de su edad, o de hecho, si el universo era eterno.

El primer acto de esta revelación se produjo cuando, Hace un siglo, el astrónomo estadounidense Edwin Hubble descubrió una miríada de galaxias fuera de nuestra galaxia natal, la «> Vía Láctea . Y las galaxias no se quedaron quietas. Hubble descubrió que cuanto más lejos está una galaxia, más rápido parece alejarse de nosotros. Esto podría interpretarse como la expansión uniforme del espacio. Hubble incluso dijo que estudió las galaxias simplemente como «marcadores del espacio». Sin embargo, nunca estuvo completamente convencido de la idea de un universo en expansión uniforme. Sospechaba que sus medidas podrían ser evidencia de que algo más extraño estaba sucediendo en el universo.

“Está obteniendo la medida más precisa de la tasa de expansión del universo a partir del patrón oro de los telescopios y los marcadores de millas cósmicas. ” — Premio Nobel Adam Riess

Por décadas Después de Hubble, los astrónomos han trabajado duro para determinar la tasa de expansión que arrojaría una edad real para el universo. Esto requirió construir una cadena de escalas de distancia cósmica ensambladas a partir de fuentes en las que los astrónomos tengan una confianza razonable en su brillo intrínseco. El más brillante, y por lo tanto Los marcadores de hitos detectables más lejanos son supernovas de tipo Ia .

Cuando el «>El telescopio espacial Hubble fue lanzado en 1990, la tasa de expansión del universo era tan incierta que su edad podría ser solo de 8 mil millones de años o tan grande como 20 mil millones de años .

Después de 30 años de trabajo meticuloso utilizando el extraordinario poder de observación del telescopio Hubble, numerosos equipos de astrónomos han reducido la tasa de expansión a una precisión de poco más del 1%. Esto se puede usar para predecir que el universo se duplicará en tamaño en 10 mil millones de años.

La medición es unas ocho veces más precisa que la capacidad esperada del Hubble. convertirse en algo más que refinar un número para los cosmólogos. Mientras tanto, se descubrió el misterio de la energía oscura que separa al universo. Para complicar aún más las cosas, la tasa de expansión actual es diferente de lo que se espera que sea, ya que el universo apareció poco después de la big bang.

Crees que esto frustraría a los astrónomos, pero en cambio abre la puerta al descubrimiento de nueva física, y confrontar preguntas imprevistas sobre el funcionamiento subyacente del universo. Y, finalmente, recordándonos que tenemos mucho más que aprender entre las estrellas.

Esta colección de 36 imágenes del Telescopio Espacial Hubble de la NASA presenta galaxias que albergan variables Cefeidas y supernovas. Estos dos fenómenos celestes son herramientas cruciales utilizadas por los astrónomos para determinar la distancia astronómica y se han utilizado para refinar nuestra medición de la constante de Hubble, la tasa de expansión del universo.

Las galaxias que se muestran en esta foto ( desde la fila superior, de izquierda a la fila inferior, a la derecha) son: NGC 7541, NGC 3021, NGC 5643, NGC 3254, NGC 3147, NGC 105, NGC 2608, NGC 3583, NGC 3147, Mrk 1337, NGC 5861, NGC 2525, NGC 1015, UGC 9391, NGC 691, NGC 7678, NGC 2442, NGC 5468, NGC 5917, NGC 4639, NGC 3972, Las antenas de las galaxias, NGC 5584, M106, NGC 7250, NGC 3370, NGC 5728, NGC 4424, NGC 1555 NGC 3982, NGC 1448, NGC 4680, M101, NGC 1365, NGC 7329 y NGC 3447.
Crédito: NASA, ESA, Adam G. Riess (STScI, JHU)

El Hubble alcanza un nuevo hito en la tasa de expansión de Mystery of Universe

«>El telescopio espacial Hubble de la NASA ha completado un maratón de casi 30 años al calibrar más de 40 «marcadores de hitos» de espacio y tiempo para permitir que los científicos calcular con precisión la tasa de expansión del cosmos: una misión con un giro en la trama.

La búsqueda de la tasa de expansión del universo comenzó en la década de 1920 con mediciones realizadas por los astrónomos Edwin P. Hubble y Georges Lemaître. En 1998, esto condujo al descubrimiento de la “ energía oscura «, una misteriosa fuerza repulsiva que acelera la expansión del universo. En los últimos años, gracias a los datos del Hubble y otros telescopios, los astrónomos encontró otro giro extraño : una discrepancia entre la tasa de expansión medida en el universo local en comparación con las observaciones independientes justo después del big bang, que predicen un valor de expansión diferente.

La causa de esta discrepancia sigue siendo misterio. Pero los datos del Hubble, que abarcan una variedad de objetos cósmicos que sirven como marcadores de distancia, respaldan la idea de que algo extraño está sucediendo, posiblemente relacionado con una nueva física.

“. Obtiene la medida más precisa de la tasa de expansión del universo a partir del patrón oro de los telescopios y los marcadores de millas cósmicas”, dijo el premio Nobel Adam Riess del Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial (STScI) y la Universidad Johns Hopkins en Baltimore, Maryland.

Riess lidera una colaboración científica que investiga la tasa de expansión del universo llamada SHOES, que significa Supernova, H0, para la Ecuación de Estado de la Energía Oscura. “Para esto se construyó el telescopio espacial Hubble, utilizando las mejores técnicas que conocemos para hacerlo. Es probable que esta sea la obra magna del Hubble, porque se necesitarían otros 30 años de la vida del Hubble para incluso duplicar el tamaño de la muestra”, dijo Riess. se publicará en el número de enfoque especial de The Astrophysical Journal informa sobre la finalización de la mayor y probablemente última actualización importante de la constante de Hubble. Los nuevos resultados duplican con creces la muestra anterior de marcadores de distancia cósmica. Su equipo también volvió a analizar todos los datos anteriores, con todo el conjunto de datos que ahora incluye más de 1000 órbitas del Hubble.

Cuando la NASA concibió un gran telescopio espacial en la década de 1970, una de las principales justificaciones del gasto y el extraordinario esfuerzo técnico fue poder resolver las cefeidas, estrellas que se iluminan y se oscurecen periódicamente, vistas dentro de nuestra Vía Láctea y galaxias externas. Las cefeidas han sido durante mucho tiempo el estándar de oro de los marcadores de millas cósmicas desde que la astrónoma Henrietta Swan Leavitt descubrió su utilidad en 1912. Para calcular distancias mucho mayores, los astrónomos usan estrellas en explosión llamadas supernovas Tipo Ia.

Combinados, estos objetos construyeron una «escalera de distancia cósmica» a través del universo y son esenciales para medir la tasa de expansión del universo, llamada la constante de Hubble en honor a Edwin Hubble. Ese valor es crítico para estimar la edad del universo y proporciona una prueba básica de nuestra comprensión del universo.

Después del lanzamiento del Hubble en 1990, el primer Dos equipos llevaron a cabo un conjunto de observaciones de estrellas Cefeidas para refinar la constante de Hubble: el Proyecto Clave HST dirigido por Wendy Freedman, Robert Kennicutt y Jeremy Mould, Marc Aaronson y otro por Allan Sandage y colaboradores, que utilizaron Cefeidas como marcadores para refinar la medida de la distancia a las galaxias cercanas. A principios de la década de 2000, los equipos declararon «misión cumplida» al alcanzar un «>precisión del 10 por ciento para la constante de Hubble, 72 más o menos 8 kilómetros por segundo por megaparsec.

En 2005 y nuevamente en 2009, la adición de nuevas y poderosas cámaras a bordo del telescopio Hubble lanzó la «Generación 2» de la investigación constante del Hubble mientras los equipos se disponían a refinar el valor a una precisión de solo el uno por ciento. Esto fue inaugurado por el programa SHOES. Varios equipos de astrónomos que utilizan Hubble, incluido SHOES, han convergido en un valor constante de Hubble de 73 más o menos 1 kilómetro por segundo por megaparsec. Mientras que se han utilizado otros enfoques para investigar la pregunta constante de Hubble, diferentes equipos han llegado a valores cercanos al mismo número.

El equipo de SHOES incluye a los líderes de mucho tiempo, el Dr. Wenlong Yuan de la Universidad Johns Hopkins, el Dr. Lucas Macri de la Universidad de Texas A&M, el Dr. Stefano Casertano de STScI y el Dr. Dan Scolnic de la Universidad de Duke El proyecto fue diseñado para poner entre paréntesis el universo haciendo coincidir el pr ecisión de la constante de Hubble inferida del estudio del fondo cósmico de microondas radiación sobrante del amanecer del universo.

“La constante de Hubble es un número muy especial. Se puede usar para enhebrar una aguja desde el pasado hasta el presente para una prueba de extremo a extremo de nuestra comprensión del universo. Esto requirió una cantidad fenomenal de trabajo detallado”, dijo la Dra. Licia Verde, cosmóloga de ICREA y el ICC-Universidad de Barcelona, ​​hablando sobre el trabajo del equipo SHOES.

El equipo midió 42 de los marcadores de hitos de supernova con el Hubble. Debido a que se las ve explotar a un ritmo de aproximadamente una por año, el Hubble ha registrado, a todos los efectos prácticos, tantas supernovas como sea posible para medir la expansión del universo. Riess dijo: «Tenemos una muestra completa de todas las supernovas accesibles al telescopio Hubble vistas en los últimos 40 años». Como la letra de la canción “Kansas City”, del musical de Broadway Oklahoma, Hubble ha «ido tan furioso como ¡Vamos!”

¿Física rara?

Se predijo que la tasa de expansión del universo sería más lenta de lo que el Hubble realmente ve. Al combinar el Modelo Cosmológico Estándar del Universo y las mediciones de la misión Planck de la Agencia Espacial Europea (que observó el fondo de microondas cósmico reliquia de hace 13.800 millones de años), los astrónomos predicen un valor más bajo para la constante de Hubble: 67,5 más o menos 0,5 kilómetros por segundo por megaparsec, en comparación con la estimación del equipo SHOES de 73.

Dado el gran tamaño de la muestra del Hubble, solo hay una posibilidad entre un millón de astrónomos están equivocados debido a un sorteo desafortunado, dijo Riess, un umbral común para tomar un problema en serio en física. Este hallazgo está desenredando lo que se estaba convirtiendo en una imagen agradable y ordenada de la evolución dinámica del universo. Los astrónomos no saben cómo explicar la desconexión entre la tasa de expansión del universo local y la del universo primigenio, pero la respuesta podría implicar física adicional del universo.

Tales hallazgos confusos han hecho la vida más emocionante para cosmólogos como Riess. Hace treinta años comenzaron a medir la constante de Hubble para comparar el universo, pero ahora se ha convertido en algo aún más interesante. “En realidad, no me importa cuál sea el valor de expansión específicamente, pero me gusta usarlo para aprender sobre el universo”, agregó Riess.

La nueva NASA El Telescopio Espacial Webb ampliará el trabajo del Hubble al mostrar estos marcadores cósmicos de hitos a mayores distancias o con una resolución más nítida de lo que el Hubble puede ver.

Referencia: “A Comprehensive Measurement of el valor local de la constante de Hubble con una incertidumbre de 1 km/s/Mpc del telescopio espacial Hubble y el equipo SH0ES” por Adam G. Riess, Wenlong Yuan, Lucas M. Macri, Dan Scolnic, Dillon Brout, Stefano Casertano, David O Jones, Yukei Murakami, Louise Breuval, Thomas G. Brink, Alexei V. Filippenko, Samantha Hoffmann, Saurabh W. Jha, W. D’arcy Kenworthy, John Mackenty, Benjamin E. Stahl y Weikang Zheng, Aceptado, El diario astrofísico .arXiv:211 2.04510

El Telescopio Espacial Hubble es un proyecto de cooperación internacional entre la NASA y la ESA (Agencia Espacial Europea). El Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, administra el telescopio. El Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial (STScI) en Baltimore, Maryland, lleva a cabo operaciones científicas del Hubble. STScI es operado para la NASA por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía en Washington, DC

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