Hace veinte años, Los científicos se sorprendieron al darse cuenta de que nuestro universo no solo se está expandiendo, pero que se está expandiendo más rápido con el tiempo.

Fijar la tasa exacta de expansión, llamada la constante de Hubble en honor al famoso astrónomo y ex alumno de UChicago Edwin Hubble, ha sido sorprendentemente difícil. Desde entonces, los científicos han utilizado dos métodos para calcular el valor, y escupen resultados angustiosamente diferentes. Pero la sorprendente captura del año pasado de ondas gravitacionales que irradian de una colisión de estrellas de neutrones ofreció una tercera forma de calcular la constante de Hubble.

Eso fue solo un punto de datos de una colisión, pero en un nuevo artículo publicado el 17 de octubre en Naturaleza , tres científicos de la Universidad de Chicago estiman que, dada la rapidez con la que los investigadores vieron la primera colisión de estrellas de neutrones, podrían tener una medición muy precisa de la constante de Hubble dentro de cinco a diez años.

"La constante de Hubble te dice el tamaño y la edad del universo; ha sido un santo grial desde el nacimiento de la cosmología. Calcular esto con ondas gravitacionales podría darnos una perspectiva completamente nueva del universo, "dijo el autor del estudio Daniel Holz, un profesor de física de UChicago que fue coautor del primer cálculo de este tipo del descubrimiento de 2017. "La pregunta es:¿Cuándo se convierte en un cambio de juego para la cosmología?"

En 1929, Edwin Hubble anunció que, basándose en sus observaciones de galaxias más allá de la Vía Láctea, parecían alejarse de nosotros, y cuanto más lejos de la galaxia, cuanto más rápido se alejaba. Esta es una piedra angular de la teoría del Big Bang, e inició una búsqueda de casi un siglo de la velocidad exacta a la que esto está ocurriendo.

Para calcular la velocidad a la que se expande el universo, los científicos necesitan dos números. Uno es la distancia a un objeto lejano; la otra es la rapidez con la que el objeto se aleja de nosotros debido a la expansión del universo. Si puede verlo con un telescopio, la segunda cantidad es relativamente fácil de determinar, porque la luz que ves cuando miras una estrella distante se cambia a rojo a medida que retrocede. Los astrónomos han estado usando ese truco para ver qué tan rápido se mueve un objeto durante más de un siglo; es como el efecto Doppler, en el que una sirena cambia de tono cuando pasa una ambulancia.

'Preguntas importantes en los cálculos'

Pero obtener una medida exacta de la distancia es mucho más difícil. Tradicionalmente, Los astrofísicos han utilizado una técnica llamada escalera de distancia cósmica, en el que el brillo de ciertas estrellas variables y supernovas se puede utilizar para construir una serie de comparaciones que lleguen al objeto en cuestión. "El problema es, si rascas debajo de la superficie, hay muchos pasos con muchas suposiciones a lo largo del camino, "Dijo Holz.

Quizás las supernovas utilizadas como marcadores no son tan consistentes como se pensaba. Tal vez estemos confundiendo algunos tipos de supernovas con otros, o hay algún error desconocido en nuestra medición de distancias a estrellas cercanas. "Hay mucha astrofísica complicada que podría alterar las lecturas de varias maneras, " él dijo.

La otra forma importante de calcular la constante de Hubble es observar el fondo cósmico de microondas:el pulso de luz creado al comienzo del universo, que todavía es débilmente detectable. Aunque también es útil, este método también se basa en suposiciones sobre cómo funciona el universo.

Lo sorprendente es que, aunque los científicos que realizan cada cálculo confían en sus resultados, no coinciden. Uno dice que el universo se está expandiendo casi un 10 por ciento más rápido que el otro. "Esta es una cuestión importante en cosmología en este momento, "dijo el primer autor del estudio, Hsin-Yu Chen, luego estudiante de posgrado en UChicago y ahora miembro de la Iniciativa Black Hole de la Universidad de Harvard.

Luego, los detectores LIGO detectaron su primera onda en el tejido del espacio-tiempo por la colisión de dos estrellas el año pasado. Esto no solo sacudió el observatorio, pero el campo de la astronomía en sí:poder sentir la onda gravitacional y ver la luz de las secuelas de la colisión con un telescopio les dio a los científicos una nueva y poderosa herramienta. "Fue una especie de vergüenza de riquezas, "Dijo Holz.

Las ondas gravitacionales ofrecen una forma completamente diferente de calcular la constante de Hubble. Cuando dos estrellas masivas chocan entre sí, envían ondas en el tejido del espacio-tiempo que pueden detectarse en la Tierra. Midiendo esa señal, los científicos pueden obtener una firma de la masa y la energía de las estrellas en colisión. Cuando comparan esta lectura con la fuerza de las ondas gravitacionales, pueden inferir qué tan lejos está.

Esta medida es más limpia y tiene menos suposiciones sobre el universo, lo que debería hacerlo más preciso, Dijo Holz. Junto con Scott Hughes en MIT, sugirió la idea de hacer esta medición con ondas gravitacionales emparejadas con lecturas de telescopio en 2005. La única pregunta es con qué frecuencia los científicos podrían detectar estos eventos, y qué tan buenos serían los datos de ellos.

'Solo se va a poner más interesante'

El documento predice que una vez que los científicos hayan detectado 25 lecturas de colisiones de estrellas de neutrones, medirán la expansión del universo con una precisión del 3 por ciento. Con 200 lecturas, ese número se reduce al 1 por ciento.

"Fue una gran sorpresa para mí cuando entramos en las simulaciones, ", Dijo Chen." Estaba claro que podíamos alcanzar la precisión, y podríamos alcanzarlo rápido ".

Un nuevo número preciso para la constante de Hubble sería fascinante sin importar la respuesta, dijeron los científicos. Por ejemplo, Una posible razón del desajuste en los otros dos métodos es que la naturaleza de la gravedad en sí misma podría haber cambiado con el tiempo. La lectura también podría arrojar luz sobre la energía oscura, una fuerza misteriosa responsable de la expansión del universo.

"Con la colisión que vimos el año pasado, tuvimos suerte, estaba cerca de nosotros, por lo que fue relativamente fácil de encontrar y analizar, "dijo Maya Fishbach, un estudiante graduado de UChicago y el otro autor del artículo. "Las detecciones futuras estarán mucho más lejos, pero una vez que tengamos la próxima generación de telescopios, también deberíamos poder encontrar contrapartes para estas detecciones distantes ".

Está previsto que los detectores LIGO comiencen una nueva ejecución de observación en febrero de 2019, acompañados de sus homólogos italianos en VIRGO. Gracias a una actualización, La sensibilidad de los detectores será mucho mayor, expandiendo el número y la distancia de los eventos astronómicos que pueden captar.

"Solo se pondrá más interesante a partir de aquí, "Dijo Holz.