Muchos de nosotros no nos damos cuenta de que el destino del Universo, regido por las leyes de la Teoría General de la Relatividad, y que comenzó con el Big Bang hace 13.800 millones de años, estaba predeterminado desde su nacimiento. Las condiciones iniciales son una carrera entre la expansión primaria, que trabaja para dispersar la materia y la energía hacia los lados, y la gravedad, que trabaja para unir todo, ralentizar la expansión y, si es posible, comprimir el Universo en colapso. Si sabemos cómo se está expandiendo el Universo y cómo sucedió en el pasado, podemos calcular en qué consiste y cuál será su destino, pero solo si somos capaces de
medir con
precisión el pasado.
Esta semana recibí una gran cantidad de preguntas sobre
noticias que informan que el Universo se está expandiendo más rápido de lo previsto. El problema es este: si el destino del Universo depende de la velocidad de expansión, actual y pasada, y lo medimos incorrectamente, ¿pueden nuestras conclusiones acerca del Universo también estar equivocadas? ¿No podría haber energía oscura en él? ¿Podría ser que el Universo no está acelerando en absoluto de nosotros? ¿Puede la velocidad de expansión disminuir y convertirse en una compresión grande en el futuro? Para responder a estas preguntas, debe recurrir a la base científica de lo que está sucediendo.
La forma más sencilla de medir la expansión del universo es observar objetos que conocemos bien. Estas son estrellas individuales, galaxias giratorias, supernovas, etc. Podemos medir su brillo aparente y desplazamiento al rojo. Si conocemos el brillo real de un objeto, y para objetos bien estudiados lo sabemos, y medimos su brillo aparente, podemos calcular qué tan lejos está, al igual que podemos calcular la distancia a una lámpara de 60 vatios midiendo su brillo visible. . Los astrónomos llaman a estos objetos "velas estándar", porque esta idea nació mucho antes que las bombillas. A medida que el universo se expande, medir el desplazamiento al rojo y la distancia nos permite observar cómo se expande el espacio hoy. Y trabajando con distancias cada vez mayores, podemos observar cómo la tasa de expansión ha cambiado con el tiempo.
El concepto funciona para muchos objetos diferentes: estrellas cefeidas variables, fluctuaciones en la superficie de las galaxias espirales, gigantes rojas en evolución, galaxias espirales giratorias y supernovas de tipo Ia; estas últimas se pueden encontrar a las mayores distancias. Se usó una combinación de estos métodos en los años 90 y 2000 para determinar la tasa de expansión del Universo del Hubble con una precisión increíble: 72 ± 7 km / s / Mpc. Este fue un avance en comparación con las estimaciones anteriores, que van desde 50 hasta 100. El telescopio espacial Hubble, que realizó estas mediciones, fue nombrado así debido a la intención de medir la constante de Hubble.
Pero desde ese momento, hemos refinado las mediciones y reducido los errores, lo que condujo a un nuevo problema: diferentes mediciones dan diferentes valores de la tasa de expansión.
Una forma de medir la historia de la expansión del universo es recurrir a la radiación relicta, el resplandor residual del Big Bang. Sus fluctuaciones y algunas propiedades generales nos permiten calcular la tasa de expansión. El satélite Planck nos da un valor de
67 ± 2 km / s / Mpc , que coincide con mediciones anteriores, aumentando la precisión. De los cúmulos de galaxias en las escalas más grandes (oscilaciones acústicas bariónicas) medidas en el Sloan Digital Sky Survey y otros, obtenemos un valor de
68 ± 1 km / s / Mpc . Y estas dos dimensiones nos dan valores que corresponden tanto a las mediciones anteriores como a las demás. Pero si recurrimos a los datos sobre Cefeidas y supernovas, cuando estudiamos Cefeidas y supernovas de tipo Ia en la misma galaxia, obtenemos el mismo valor exacto, que, sin embargo, no coincide con los demás:
73 ± 2 km / s / Mpc .
Es por eso que todo el alboroto está sucediendo. Algunos han comenzado a ofrecer teorías alternativas exóticas, como la
evolución de la energía oscura , mientras que otros ya cuestionan los conceptos básicos de la cosmología. Pero es posible, e incluso probable, que el problema no exista en absoluto. Estos errores no incluyen los errores sistemáticos o las incertidumbres inherentes al proceso de medición. Los datos sobre cefeidas y supernovas nos permiten recrear la escala de distancias cósmicas, en la que cada paso del Universo en expansión se basa en uno anterior más cercano. Si comete un error desde el principio:
• en la medición de paralaje de las cefeidas más cercanas,
• el estándar de estos objetos,
• en relación con el brillo y la distancia de cualquiera de los pasos,
• en el supuesto brillo real de las velas estándar,
• sobre el entorno de los fenómenos detectados,
entonces este error se aplicará a todas las construcciones posteriores. A pesar de la pequeña incertidumbre de esta escala de distancia, debe tenerse en cuenta que hay cuatro métodos independientes para calibrar la constante de Hubble, y cada uno de ellos da un valor diferente, de 71.82 a 75.91, y el error de cada uno es aproximadamente 3.
Se espera que las mediciones de paralaje planificadas mejoren estas incertidumbres y ayuden a comprender los errores sistemáticos que pasan por estas diferencias. Es muy interesante discutir temas inusuales, pero lo más probable es que estos nuevos signos de incertidumbre en la constante de Hubble indiquen una oportunidad para comprender mejor los fenómenos astrofísicos, debido a los cuales obtenemos estos valores y, posiblemente, converger en un solo valor de la velocidad de expansión, uno para todos métodos Si el valor cambia en 73, si permanece alrededor de 70 o salta a 67, el resultado cambiará nuestros parámetros en un pequeño porcentaje, pero no nuestras conclusiones. Quizás el universo no tiene 13.800 millones de años, sino 13.500 millones; quizás sea el 65%, y no el 70%, de energía oscura; tal vez en 40 mil millones de años podría ocurrir la gran ruptura. Pero la imagen principal del universo permanecerá sin cambios. La clave, como siempre, es descubrir los conceptos básicos de los fenómenos y aprender lo que el Universo nos enseña.