Utilizando tecnologías y técnicas de vanguardia, un equipo de astrofísicos de la Universidad de Clemson ha agregado un enfoque novedoso para cuantificar una de las leyes más fundamentales del universo.

En un artículo publicado el viernes, 8 de noviembre en El diario astrofísico , Los científicos de Clemson Marco Ajello, Abhishek Desai, Lea Marcotulli y Dieter Hartmann han colaborado con otros seis científicos de todo el mundo para diseñar una nueva medición de la constante de Hubble, la unidad de medida utilizada para describir la tasa de expansión del universo.

"La cosmología se trata de comprender la evolución de nuestro universo:cómo evolucionó en el pasado, qué está haciendo ahora y qué pasará en el futuro, "dijo Ajello, profesor asociado en el departamento de física y astronomía de 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 documento, nuestro equipo analizó los datos obtenidos de los telescopios terrestres y en órbita para llegar a una de las mediciones más recientes hasta ahora de la rapidez con la que se expande el universo ".

El concepto de un universo en expansión fue propuesto por el astrónomo estadounidense Edwin Hubble (1889-1953), que es el homónimo del telescopio espacial Hubble. A principios del siglo XX, Hubble se convirtió en uno de los primeros astrónomos en deducir que el universo estaba compuesto por múltiples galaxias. Su investigación posterior condujo a su descubrimiento más famoso:que las galaxias se alejaban unas de otras a una velocidad proporcional a su distancia.

Hubble estimó originalmente que la tasa de expansión era de 500 kilómetros por segundo por megaparsec, siendo un megaparsec equivalente a unos 3,26 millones de años luz. Hubble concluyó que una galaxia a dos megaparsecs de nuestra galaxia se alejaba dos veces más rápido que una galaxia a solo un megaparsec de distancia. Esta estimación se conoció como la constante de Hubble, lo que demostró por primera vez que el universo se estaba expandiendo. Los astrónomos lo han estado recalibrando, con resultados mixtos, desde entonces.

Con la ayuda de tecnologías vertiginosas, Los astrónomos propusieron mediciones que diferían significativamente de los cálculos originales de Hubble, lo que redujo la velocidad de expansión a entre 50 y 100 kilómetros por segundo por megaparsec. Y en la última década, instrumentos ultra sofisticados, como el satélite Planck, han aumentado la precisión de las medidas originales de Hubble de una manera relativamente espectacular.

En un artículo titulado "Una nueva medición de la constante de Hubble y el contenido de materia del universo utilizando la atenuación de rayos gamma de luz de fondo extragaláctica, "El equipo de colaboración comparó los últimos datos de atenuación de rayos gamma del Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi y los Telescopios Cherenkov Atmosféricos de Imágenes para diseñar sus estimaciones a partir de modelos de luz de fondo extragalácticos. Esta nueva estrategia llevó a una medición de aproximadamente 67,5 kilómetros por segundo por megaparsec. .

Los rayos gamma son la forma de luz más energética. La luz de fondo extragaláctica (EBL) es una niebla cósmica compuesta por todos los rayos ultravioleta, luz visible e infrarroja emitida por las estrellas o por el polvo en sus proximidades. Cuando los rayos gamma y EBL interactúan, dejan una huella observable, una pérdida gradual de flujo, que los científicos pudieron analizar al formular su hipótesis.

"La comunidad astronómica está invirtiendo una gran cantidad de dinero y recursos en hacer cosmología de precisión con todos los diferentes parámetros, incluyendo la constante de Hubble, "dijo Dieter Hartmann, profesor de física y astronomía. "Nuestra comprensión de estas constantes fundamentales ha definido el universo 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 conduce a nuevos conocimientos y descubrimientos ".

Una analogía común de la expansión del universo es un globo salpicado de manchas, con cada punto que representa una galaxia. Cuando se infla el globo, las manchas se separan cada vez más.

"Algunos teorizan que el globo se expandirá a un punto particular en el tiempo y luego volverá a colapsar, "dijo Desai, asistente de investigación graduado en el departamento de física y astronomía. "Pero la creencia más común es que el universo continuará expandiéndose hasta que todo esté tan alejado que no habrá más luz observable. En este punto, el universo sufrirá una muerte fría. Pero esto no es nada de lo que debemos preocuparnos. Si esto pasa, serán billones de años a partir de ahora ".

Pero si la analogía del globo es precisa, Qué es, exactamente, que esta inflando el globo?

"Materia - las estrellas, Los planetas, incluso nosotros, es solo una pequeña fracción de la composición general del universo, "Ajello explicó." La gran mayoría del universo está compuesta de energía oscura y materia oscura. Y creemos que es la energía oscura la que está 'inflando el globo'. La energía oscura aleja las cosas unas de otras. Gravedad, que atrae objetos entre sí, es la fuerza más fuerte a nivel local, razón por la cual algunas galaxias continúan chocando. Pero a distancias cósmicas, la energía oscura es la fuerza dominante ".

Los otros autores colaboradores son el autor principal Alberto Domínguez de la Universidad Complutense de Madrid; Radek Wojtak de la Universidad de Copenhague; Justin Finke del Laboratorio de Investigación Naval en Washington, CORRIENTE CONTINUA.; Kari Helgason de la Universidad de Islandia; Francisco Prada del Instituto de Astrofísica de Andalucía; y Vaidehi Paliya, un ex investigador postdoctoral en el grupo de Ajello en Clemson que ahora está en Deutsches Elektronen-Synchrotron en Zeuthen, Alemania.

"Es notable que estemos usando rayos gamma para estudiar cosmología. Nuestra técnica nos permite usar una estrategia independiente, una nueva metodología independiente de las existentes, para medir propiedades cruciales del universo, "dijo Domínguez, quien también es un ex investigador postdoctoral en el grupo de Ajello. "Nuestros resultados muestran la madurez alcanzada en la última década por el campo relativamente reciente de la astrofísica de alta energía. El análisis que hemos desarrollado allana el camino para mejores mediciones en el futuro utilizando el conjunto de telescopios Cherenkov". que todavía está en desarrollo y será la gama más ambiciosa de telescopios terrestres de alta energía hasta la fecha ".

Muchas de las mismas técnicas utilizadas en el artículo actual se correlacionan con trabajos anteriores realizados por Ajello y sus contrapartes. En un proyecto anterior, que apareció en la revista Ciencias , Ajello y su equipo pudieron medir toda la luz de las estrellas emitida en la historia del universo.

"Lo que sabemos es que los fotones de rayos gamma de fuentes extragalácticas viajan en el universo hacia la Tierra, donde pueden ser absorbidos interactuando con los fotones de la luz de las estrellas, "Ajello dijo." La tasa de interacción depende de la longitud que viajan en el universo. Y la longitud que viajan depende de la expansión. Si la expansión es baja, viajan una pequeña distancia. Si la expansión es grande, viajan una distancia muy grande. Entonces, la cantidad de absorción que medimos dependió en gran medida del valor de la constante de Hubble. Lo que hicimos fue darle la vuelta a esto y usarlo para restringir la tasa de expansión del universo ".