Los científicos están desconcertados: ¿Qué pasa con el universo?

Los científicos están desconcertados: ¿Qué pasa con el universo?

El universo no parece correcto. De repente parece. . . fuera de control.

Ese es el extraño mensaje de los astrónomos y físicos, que se preguntan si necesitan revisar la historia cósmica.

El universo es inimaginablemente grande y sigue creciendo. Pero los astrónomos no pueden ponerse de acuerdo sobre qué tan rápido está creciendo, y cuanto más estudian el problema, más están en desacuerdo. Algunos científicos llaman a esto una 'crisis' en cosmología. Un término menos dramático en circulación es 'la tensión constante de Hubble'.

Hace nueve décadas, el astrónomo Edwin Hubble demostró que el universo es órdenes de magnitud más vasto de lo que se imaginaba anteriormente, y que todo el kit y el kaboodle se están expandiendo. La tasa de esa expansión es un número llamado Constante de Hubble.

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Sin embargo, es un número resbaladizo. Las mediciones que utilizan diferentes técnicas han producido resultados diferentes, y los números no muestran signos de convergencia incluso cuando los investigadores refinan sus observaciones.

Nadie está entrando en pánico. Al contrario, los teóricos están intrigados. Esperan que la confusión de Hubble Constant sea el presagio de un posible descubrimiento importante: algo de 'nueva física'.

“Cada vez que hay una discrepancia, algún tipo de anomalía, todos nos emocionamos mucho”, dijo Katherine Mack, física de la Universidad Estatal de Carolina del Norte que coescribió un artículo reciente que examina el tema.

La constante de Hubble es una característica central de cualquier teoría sobre la evolución y el destino final del universo. Este número puede tener un efecto nulo en la existencia humana diaria, pero hay mucho en juego cosmológicamente.

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'¿A dónde va a ir todo? ¿Cómo va a terminar todo? Esa es una gran pregunta ', dijo Mack.

Una estimación ampliamente respaldada de la expansión cósmica utiliza la radiación de fondo que impregna el espacio: la luz emitida cuando el universo era joven. Eso da una constante de Hubble de aproximadamente 67 kilómetros por segundo por megaparsec. (Un parsec es una distancia de un poco más de tres años luz. Según esta estimación, una galaxia a un millón de parsecs de la Tierra se aleja a 67 kilómetros, o unas 42 millas, por segundo, y una galaxia dos veces más distante se aleja a 134 kilómetros por segundo).

Pero otra medición cuidadosamente calibrada, basada en la luz emitida por las estrellas en explosiónsupernovasha obtenido una constante de Hubble de 73.

No se trata de herraduras o granadas de mano: el cierre no cuenta. La gente quiere la constante de Hubble real, real y que expanda el universo, y nadie está ansioso por redondearla a la decena más cercana.

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Este verano, mientras los líderes en el campo se reunieron en Santa Bárbara, California, para discutir la 'tensión', la física Wendy Freedman de la Universidad de Chicago presentó una nueva estimación de la constante que se basó en el examen de estrellas gigantes rojas. Su número: 70. Pero los defensores del 67 y el 73 se mantuvieron firmes. La tensión permaneció. Freedman le dijo a The Washington Post: 'No puede haber tres números diferentes'.

De hecho, hay más que eso. El 23 de octubre, investigadores de la Universidad de California en Davis publicaron un artículo que analizaba tres lentes gravitacionales - en el que las galaxias masivas funcionan como lupas para las cosas detrás de ellas en el espacio más profundo. Su número: 77.

Podría ser simplemente que algunas de las mediciones se basan en suposiciones erróneas. Imagínese dos cañones de alta velocidad que den medidas sorprendentemente diferentes de la bola rápida de Max Scherzer. Una explicación obvia y aburrida es que una de las pistolas de velocidad necesita ser recalibrada.

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Es concebible, por ejemplo, que los astrónomos no hayan tenido plenamente en cuenta la forma en que el polvo cósmico puede interferir con las observaciones, lo que no sería la primera vez que sucede. Pero la posibilidad más deliciosa es que haya algo nuevo por descubrir sobre la forma en que evolucionó el universo.

Una idea flotando es que podría haber habido algo llamado Energía Oscura Temprana que distorsionó la apariencia de la radiación de fondo.

“La nueva física podría ser que hay alguna forma de energía que actuó en los primeros momentos de la evolución del universo. Obtendría una inyección de energía que luego tendría que desaparecer ', dijo Freedman.

'Si se trata de física nueva, es muy emocionante', dice Jo Dunkley, profesor de física en Princeton. Pero agregó: “Simplemente no estoy dispuesta todavía a dar la opinión de que se trata de una nueva física. Soy más escéptico de nuestra capacidad para comprender nuestras incertidumbres de medición '.

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Medir la constante de Hubble requiere conocer la distancia a los objetos que observamos en el espacio. Esto es duro. De un vistazo, es imposible saber si una estrella es inusualmente brillante debido a su luminosidad absoluta o simplemente porque está relativamente cerca.

Un número modesto de estrellas que están relativamente cerca cambian su posición aparente en el contexto de estrellas y galaxias más distantes a medida que la Tierra orbita alrededor del sol. Eso permite la triangulación y una medición precisa de su distancia. Ese es el primer peldaño de la escala de distancias utilizada por los astrónomos; los peldaños más altos no son tan resistentes.

Las “velas estándar” más confiables para medir distancias cósmicas han sido las estrellas variables Cefeidas, que emiten un brillo intenso. A principios del siglo XX, Henrietta Swan Leavitt, una desconocida empleada del Observatorio de la Universidad de Harvard, descubrió que las estrellas intrínsecamente más brillantes tienen períodos más largos. Esta información, la ley de Leavitt, permite a los astrónomos conocer la luminosidad absoluta de las cefeidas y luego medir la distancia a la estrella en función de cuán brillante o débil parece.

En 1924, Edwin Hubble anunció que había encontrado una estrella variable Cefeida en la nebulosa espiral de Andrómeda. Eso reveló que Andrómeda no es una nube de material que acecha en nuestra propia galaxia, sino que es una galaxia separada, un vasto remolino de estrellas a una distancia tremenda. Innumerables nebulosas enigmáticas vistas por los astrónomos revelaron repentinamente su verdadera naturaleza, como galaxias, esparcidas por un universo muy grande.

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A finales de esa década, Hubble y su colega Milton Humason revelaron que la luz de las galaxias distantes se desplazó hacia el rojo, lo que significa que estas galaxias se están alejando de nosotros. Además, el corrimiento al rojo aumentó con la distancia. El universo nos estaba diciendo que se está expandiendo.

(Un error común es que estas galaxias están volando a través del espacio alejándose unas de otras. Pero es el espacio mismo el que se está expandiendo, como un caramelo estirado. Y para ser claros: la constante de Hubble en cuestión es la tasa de expansión en nuestro universo 'local'. , no la tasa de expansión cuando la radiación de fondo se emitió por primera vez hace miles de millones de años. Con el tiempo, la constante de Hubble no es constante).

Otra sorpresa llegó en 1998. La visión ortodoxa de la cosmología era que la expansión se estaba desacelerando, pero dos equipos de investigadores anunciaron que habían descubierto que la expansión se había acelerado.

Los teóricos han ido ensamblando gradualmente un modelo estándar de cosmología. En el Modelo Estándar, solo alrededor del 5 por ciento del universo está compuesto de materia ordinaria, la materia de la que están hechos las rocas, los árboles, las ranas y los seres humanos. Otro 25 por ciento, aproximadamente, es materia oscura, que no emite radiación y se conoce solo por la forma en que su gravedad afecta el movimiento y la configuración de las galaxias. El resto es energía oscura, el factor impulsor de la aceleración de la expansión cósmica.

En los albores del siglo XXI, este modelo estándar parecía pasar todas las pruebas de observación. Y cualquier disparidad en la medición de la constante de Hubble seguramente se resolvería con más observaciones, asumieron los científicos. Incluso habían precisado la edad del universo con precisión: 13,8 mil millones de años.

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'Nos sentimos realmente bien', dijo Adam Riess, profesor de física y astronomía en la Universidad Johns Hopkins que compartió el Premio Nobel de física 2011 por el descubrimiento de la aceleración del universo. Añadió, en broma: 'Deberíamos haber dejado de tomar datos'.

Riess continúa estudiando las supernovas y ha refinado sus estimaciones de la constante de Hubble. Su último número publicado es 73,5, más o menos 1,4. Y Riess señala que una técnica completamente diferente, escudriñando siete lentes gravitacionales, ha producido una estimación de la constante de Hubble promedio de 73,7.

Mientras tanto, las estimaciones del equipo detrás del telescopio espacial Planck, que estudió la radiación cósmica de fondo de microondas, continúan centrándose en 67.

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Entonces la disparidad persiste. Eso deja abierta, dijo Riess, la tentadora posibilidad: “Nadie se equivoca. Algo más está sucediendo en el universo '.

Advirtió contra tratar de intuir qué podría ser ese algo.

'Estamos programados para usar nuestra intuición para comprender las cosas que nos rodean', dijo Riess. “La mayor parte del universo está hecha de cosas que son completamente diferentes a nosotros. Esta adherencia a la intuición a menudo es tremendamente infructuosa en el universo '.

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