La cuestión de qué tan rápido se está expandiendo el universo ha estado molestando a los astrónomos durante casi un siglo. Diferentes estudios siguen dando diferentes respuestas, lo que hace que algunos investigadores se pregunten si han pasado por alto un mecanismo clave en la maquinaria que impulsa el cosmos.

Ahora, al ser pioneros en una nueva forma de medir la rapidez con la que se expande el cosmos, un equipo dirigido por astrónomos de UCLA ha dado un paso hacia la resolución del debate. La investigación del grupo se publica hoy en Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society .

En el centro de la disputa está la constante de Hubble, un número que relaciona las distancias con los desplazamientos al rojo de las galaxias:la cantidad de luz que se estira a medida que viaja a la Tierra a través del universo en expansión. Las estimaciones de la constante de Hubble oscilan entre 67 y 73 kilómetros por segundo por megaparsec, lo que significa que dos puntos en el espacio separados por 1 megaparsec (el equivalente a 3,26 millones de años luz) se alejan el uno del otro a una velocidad de entre 67 y 73 kilómetros por segundo.

"La constante de Hubble ancla la escala física del universo, "dijo Simon Birrer, becario postdoctoral de UCLA y autor principal del estudio. Sin un valor preciso para la constante de Hubble, los astrónomos no pueden determinar con precisión el tamaño de las galaxias remotas, la edad del universo o la historia de expansión del cosmos.

La mayoría de los métodos para derivar la constante de Hubble tienen dos ingredientes:una distancia a alguna fuente de luz y el corrimiento al rojo de esa fuente de luz. Buscando una fuente de luz que no se haya utilizado en los cálculos de otros científicos, Birrer y sus colegas se volvieron cuásares, fuentes de radiación alimentadas por gigantescos agujeros negros. Y para su investigación, los científicos eligieron un subconjunto específico de cuásares:aquellos cuya luz ha sido desviada por la gravedad de una galaxia intermedia, que produce dos imágenes lado a lado del cuásar en el cielo.

La luz de las dos imágenes toma diferentes rutas hacia la Tierra. Cuando el brillo del quásar fluctúa, las dos imágenes parpadean una tras otra, en lugar de al mismo tiempo. El retraso en el tiempo entre esos dos parpadeos, junto con información sobre el campo gravitacional de la galaxia entrometida, se puede utilizar para rastrear el viaje de la luz y deducir las distancias desde la Tierra hasta el cuásar y la galaxia en primer plano. Conocer los desplazamientos al rojo del cuásar y la galaxia permitió a los científicos estimar la rapidez con la que se expande el universo.

El equipo de UCLA, como parte de la colaboración internacional H0liCOW, había aplicado previamente la técnica para estudiar cuásares con imágenes cuádruples, en el que aparecen cuatro imágenes de un quásar alrededor de una galaxia en primer plano. Pero las imágenes cuádruples no son tan comunes:se cree que los cuásares de doble imagen son unas cinco veces más abundantes que los cuádruples.

Para demostrar la técnica, el equipo dirigido por UCLA estudió un cuásar con doble imagen conocido como SDSS J1206 + 4332; se basaron en datos del telescopio espacial Hubble, el Géminis y W.M. Observatorios Keck, y del Monitoreo Cosmológico de Lentes Gravitacionales, o COSMOGRAIL, red:un programa administrado por la Ecole Polytechnique Federale de Lausanne de Suiza que tiene como objetivo determinar la constante de Hubble.

Tommaso Treu, profesor de física y astronomía de UCLA y autor principal del artículo, dijo que los investigadores tomaron imágenes del cuásar todos los días durante varios años para medir con precisión el tiempo de retraso entre las imágenes. Luego, para obtener la mejor estimación posible de la constante de Hubble, combinaron los datos recopilados en ese cuásar con datos que habían sido recopilados previamente por su colaboración H0liCOW en tres cuásares con imágenes cuádruples.

"La belleza de esta medida es que es muy complementaria e independiente de otras, "Dijo Treu.

El equipo liderado por UCLA elaboró ​​una estimación de la constante de Hubble de aproximadamente 72,5 kilómetros por segundo por megaparsec, una cifra en consonancia con lo que otros científicos habían determinado en una investigación que utilizaba las distancias a las supernovas —estrellas en explosión en galaxias remotas— como medida clave. Sin embargo, Ambas estimaciones son aproximadamente un 8 por ciento más altas que una que se basa en un tenue resplandor de todo el cielo llamado fondo cósmico de microondas. una reliquia de 380, 000 años después del Big Bang, cuando la luz viajó libremente a través del espacio por primera vez.

"Si hay una diferencia real entre esos valores, significa que el universo es un poco más complicado, "Dijo Treu.

Por otra parte, Treu dijo, también podría ser que una medición, o las tres, sean incorrectas.

Los investigadores ahora están buscando más cuásares para mejorar la precisión de su medición constante de Hubble. Treu dijo que una de las lecciones más importantes del nuevo artículo es que los cuásares con imágenes dobles brindan a los científicos muchas más fuentes de luz útiles para sus cálculos de constantes de Hubble. Por ahora, aunque, el equipo dirigido por UCLA está centrando su investigación en 40 quásares con imágenes cuádruples, debido a su potencial para proporcionar información aún más útil que las de doble imagen.