El análisis realizado por el grupo allana el camino para mejores mediciones en el futuro utilizando telescopios de una serie de telescopios Cherenkov.Utilizando las tecnologías y métodos más modernos, el equipo de astrofísicos de la Universidad de Clemson ha agregado un nuevo enfoque para cuantificar una de las leyes más fundamentales del Universo.
Los científicos de Clemson, Marco Agello, Abhishek Desai, Lea Marcotulli y Dieter Hartmann, junto con otros seis científicos de todo el mundo, han desarrollado una nueva dimensión de la constante de Hubble: la unidad de medida utilizada para describir la velocidad de expansión del Universo.
"La cosmología es una comprensión de la evolución de nuestro universo: cómo se desarrolló en el pasado, qué hace ahora y qué sucederá en el futuro", dijo Agello, profesor asistente de física y astronomía en la Facultad de Ciencias. - Nuestro conocimiento se basa en una serie de parámetros, incluida la constante de Hubble, que nos esforzamos por medir con la mayor precisión posible. En este artículo, nuestro equipo analizó los datos obtenidos de los telescopios orbitales y terrestres para obtener una de las últimas mediciones de la velocidad de expansión del Universo ".
El concepto de un universo en expansión fue presentado por el astrónomo estadounidense Edwin Hubble (1889-1953). A principios del siglo XX, Hubble fue uno de los primeros astrónomos en concluir que el universo está formado por muchas galaxias. Su investigación posterior condujo al descubrimiento más famoso: las galaxias se alejan unas de otras a una velocidad proporcional a la distancia a ellas.
Hubble inicialmente estimó una tasa de expansión de 500 kilómetros por segundo por megaparsec, con un megaparsec equivalente a aproximadamente 3.26 millones de años luz. Hubble concluyó que una galaxia ubicada a dos megaparsec de nuestra galaxia es dos veces más rápida que una galaxia a solo un megaparsec. Esta estimación se conoció como la constante de Hubble, que por primera vez demostró que el universo se está expandiendo.
Con la ayuda de mejorar constantemente las tecnologías, los astrónomos han llegado a mediciones que son significativamente diferentes de los cálculos iniciales del Hubble, reduciendo la velocidad de expansión a 50-100 kilómetros por segundo por megaparsec. Y durante la última década, los instrumentos de última generación, como el satélite de Planck, han mejorado significativamente la precisión de las mediciones iniciales del Hubble.
En un artículo titulado "Una nueva medición de la constante y la sustancia del Hubble en el universo utilizando atenuación de fondo extragaláctica de la radiación gamma", el grupo comparó los últimos datos sobre la atenuación de rayos gamma utilizando el telescopio espacial Fermi y los telescopios atmosféricos de Cherenkov para desarrollar sus estimaciones basadas en modelos Luz de fondo extragaláctica. Esta nueva estrategia condujo a una medición de aproximadamente 67.5 kilómetros por segundo por megaparsec.
Los rayos gamma son la forma de luz de mayor energía. La luz de fondo extragaláctica (EBL) es una niebla cósmica compuesta de toda la luz ultravioleta, visible e infrarroja emitida por las estrellas o el polvo en su vecindad. Cuando los rayos gamma y EBL interactúan, dejan una huella notable: una pérdida gradual de flujo, que los científicos pudieron analizar al formular su hipótesis.
Los científicos Marco Ajello, Abhishek Desai, Lea Marcotulli y Dieter Hartmann, junto con otros seis científicos de todo el mundo, han desarrollado una nueva dimensión para la constante de Hubble."La comunidad astronómica está invirtiendo una gran cantidad de dinero y recursos para crear una cosmología precisa con muchos parámetros diferentes, incluida la constante de Hubble", dijo Dieter Hartmann, profesor de física y astronomía. - Nuestra comprensión de estas constantes fundamentales definió el Universo tal como lo conocemos ahora. Cuando nuestra comprensión de las leyes se vuelve más precisa, nuestra definición del universo también se vuelve más precisa, lo que lleva a nuevas percepciones y descubrimientos ".
Una analogía común para la expansión del Universo es un globo punteado, donde cada punto representa una galaxia. Cuando se infla el globo, las manchas se extienden más y más separadas.
"Algunos teóricos sugieren que el globo se expandirá a un punto específico en el tiempo y luego colapsará nuevamente", dijo Desai, un estudiante graduado en el Departamento de Física y Astronomía. "Pero la creencia más común es que el Universo continuará expandiéndose hasta que todo esté tan separado que no haya más luz observada". En este momento, el universo sufrirá una muerte fría. Pero no tenemos nada de qué preocuparnos. Si eso sucede, entonces en billones de años ".
Pero si la analogía del globo es correcta, entonces, ¿qué está inflando exactamente el globo?
"La materia es estrellas, planetas, incluso nosotros somos solo una pequeña parte de la composición general del Universo", explicó Agello. - La mayor parte del universo consiste en energía oscura y materia oscura. Y creemos que esta energía oscura "infla un globo". La energía oscura empuja las cosas aparte. La gravedad, que atrae objetos entre sí, es una fuerza más fuerte a nivel local, por lo que algunas galaxias continúan colisionando. Pero a distancias cósmicas, la energía oscura es la fuerza dominante ".
“Es genial que usemos rayos gamma para estudiar cosmología. Nuestra metodología nos permite usar una estrategia independiente, una nueva metodología independiente de las existentes, para medir las propiedades más importantes del universo, dijo Domínguez, quien también es investigador en el grupo Agello. - Nuestros resultados muestran la madurez alcanzada en la última década con respecto al campo de la astrofísica de alta energía. El análisis que desarrollamos abre la puerta a mejores mediciones en el futuro utilizando un conjunto de telescopios Cherenkov, que aún está en desarrollo y será el conjunto más ambicioso de telescopios terrestres de alta energía que haya existido ”.
Muchos de estos métodos utilizados en este artículo son consistentes con el trabajo previo realizado por Agello y sus colegas. En un proyecto anterior que apareció en la revista Science, Agello y su equipo pudieron medir toda la luz de las estrellas emitida en la historia del universo.
"Sabemos que los fotones de rayos gamma de fuentes extragalácticas se mueven en el Universo hacia la Tierra, donde pueden ser absorbidos al interactuar con los fotones de luz estelar", dijo Agello. - La velocidad de interacción depende de la duración de su viaje en el universo. Y la longitud que atraviesan depende de la extensión. Si la expansión es pequeña, se mueven una corta distancia. Si la expansión es grande, recorren una gran distancia. Por lo tanto, la cantidad de absorción que medimos dependía mucho del valor de la constante de Hubble. Lo que hicimos fue cambiarlo y usarlo para limitar la tasa de expansión del universo ".
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