Un grupo de astrónomos dirigido por la Universidad de California, Davis ha obtenido nuevos datos que sugieren que el universo se está expandiendo más rápidamente de lo previsto.

El estudio surge inmediatamente después de un acalorado debate sobre qué tan rápido se está inflando el universo; las mediciones hasta ahora están en desacuerdo.

La nueva medición del equipo de la constante de Hubble, o la tasa de expansión del universo, implicó un método diferente. Utilizaron el Telescopio Espacial Hubble (HST) de la NASA en combinación con el sistema de Óptica Adaptativa (AO) del Observatorio W. M. Keck para observar tres sistemas con lentes gravitacionales. Esta es la primera vez que se utiliza tecnología AO basada en tierra para obtener la Constante de Hubble.

"Cuando comencé a trabajar en este problema hace más de 20 años, la instrumentación disponible limitaba la cantidad de datos útiles que se podían obtener de las observaciones, "dice el coautor Chris Fassnacht, Profesor de Física en UC Davis. "En este proyecto, estamos utilizando el AO del Observatorio Keck por primera vez en el análisis completo. Durante muchos años he sentido que las observaciones de AO podrían contribuir mucho a este esfuerzo ".

Los resultados del equipo se publican en el último número en línea de la Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society .

Para descartar cualquier sesgo, el equipo realizó un análisis ciego; durante el procesamiento, mantuvieron la respuesta final oculta incluso para ellos mismos hasta que se convencieron de que habían abordado tantas posibles fuentes de error como se les ocurriera. Esto les impidió realizar ajustes para llegar al valor "correcto", evitando el sesgo de confirmación.

"Cuando pensamos que nos habíamos ocupado de todos los posibles problemas con el análisis, Desenmascaramos la respuesta con la regla de que tenemos que publicar cualquier valor que encontremos, incluso si es una locura. Siempre es un momento tenso y emocionante "dice el autor principal Geoff Chen, estudiante de posgrado en el Departamento de Física de UC Davis.

El desenmascaramiento reveló un valor que es consistente con las mediciones de la constante de Hubble tomadas de observaciones de objetos "locales" cercanos a la Tierra, como supernovas de Tipo Ia cercanas o sistemas con lentes gravitacionales; El equipo de Chen utilizó estos últimos objetos en su análisis ciego.

Los resultados del equipo se suman a la creciente evidencia de que existe un problema con el modelo estándar de cosmología, que muestra que el universo se estaba expandiendo muy rápido al principio de su historia, luego la expansión se ralentizó debido a la atracción gravitacional de la materia oscura, y ahora la expansión se acelera nuevamente debido a la energía oscura, una fuerza misteriosa.

Este modelo de la historia de expansión del universo se ensambla utilizando medidas tradicionales de la constante de Hubble, que se toman de observaciones "distantes" del fondo cósmico de microondas (CMB), la radiación sobrante del Big Bang cuando comenzó el universo hace 13.800 millones de años.

Recientemente, muchos grupos empezaron a utilizar diversas técnicas y estudiaron diferentes partes del universo para obtener la constante de Hubble y encontraron que el valor obtenido de observaciones "locales" versus "distantes" no concuerda.

"Ahí radica la crisis de la cosmología, ", dice Fassnacht." Si bien la constante de Hubble es constante en todas partes del espacio en un momento dado, no es constante en el tiempo. Entonces, cuando comparamos las constantes de Hubble que surgen de varias técnicas, estamos comparando el universo temprano (usando observaciones distantes) con el tardío, parte más moderna del universo (utilizando local, observaciones cercanas) ".

Esto sugiere que hay un problema con las mediciones del CMB, lo que el equipo dice que es poco probable, o el modelo estándar de cosmología debe cambiarse de alguna manera utilizando nueva física para corregir la discrepancia.

Metodología

Usando el sistema AO del Observatorio Keck con la Cámara de Infrarrojo Cercano, instrumento de segunda generación (NIRC2) en el telescopio Keck II, Chen y su equipo obtuvieron mediciones locales de tres conocidos sistemas de cuásares con lentes:PG1115 + 080, HE0435-1223, y RXJ1131-1231.

Los quásares son extremadamente brillantes, galaxias activas, a menudo con chorros masivos impulsados ​​por un agujero negro supermasivo que devora vorazmente el material que lo rodea.

Aunque los quásares suelen estar muy lejos, los astrónomos pueden detectarlos a través de lentes gravitacionales, un fenómeno que actúa como lupa de la naturaleza. Cuando una galaxia suficientemente masiva más cercana a la Tierra se interpone en el camino de la luz de un cuásar muy distante, la galaxia puede actuar como una lente; su campo gravitacional deforma el espacio mismo, doblando la luz del cuásar de fondo en múltiples imágenes y haciéndola lucir más brillante.

A veces, el brillo del cuásar parpadea, y dado que cada imagen corresponde a una longitud de trayectoria ligeramente diferente desde el cuásar hasta el telescopio, los parpadeos aparecen en momentos ligeramente diferentes para cada imagen; no todos llegan a la Tierra al mismo tiempo.

Con HE0435-1223, PG1115 + 080, y RXJ1131-1231, el equipo midió cuidadosamente esos retrasos, que son inversamente proporcionales al valor de la constante de Hubble. Esto permite a los astrónomos decodificar la luz de estos cuásares distantes y recopilar información sobre cuánto se ha expandido el universo durante el tiempo que la luz ha estado en camino a la Tierra.

"Uno de los ingredientes más importantes en el uso de lentes gravitacionales para medir la constante de Hubble son las imágenes sensibles y de alta resolución, ", dijo Chen." Hasta ahora, las mejores mediciones de la constante Hubble basadas en lentes, todas involucradas usando datos de HST. Cuando nos despegamos encontramos dos cosas. Primero, teníamos valores consistentes con mediciones anteriores que se basaban en datos HST, demostrando que los datos AO pueden proporcionar una alternativa poderosa a los datos HST en el futuro. En segundo lugar, descubrimos que la combinación de los datos de AO y HST dio un resultado más preciso ".

Próximos pasos

Chen y su equipo, así como muchos otros grupos en todo el planeta, están haciendo más investigaciones y observaciones para seguir investigando. Ahora que el equipo de Chen ha demostrado que el sistema AO del Observatorio Keck es tan poderoso como el HST, Los astrónomos pueden agregar esta metodología a su conjunto de técnicas al medir la Constante de Hubble.

"Ahora podemos probar este método con más sistemas de cuásares con lentes para mejorar la precisión de nuestra medición de la constante de Hubble. Quizás esto nos lleve a un modelo cosmológico más completo del universo, "dice Fassnacht.