En la mañana del 17 de agosto, 2017, después de viajar durante más de cien millones de años, las réplicas de una colisión masiva en una galaxia lejana, muy lejos finalmente llegó a la Tierra.

Estas ondas en el tejido del espacio-tiempo llamadas ondas gravitacionales, dispararon alarmas en dos detectores ultrasensibles llamados LIGO, enviando textos volando y científicos luchando. Uno de los científicos fue el profesor Daniel Holz de la Universidad de Chicago. El descubrimiento le había proporcionado la información que necesitaba para realizar una nueva e innovadora medición de uno de los números más importantes de la astrofísica:la constante de Hubble, que es la velocidad a la que se expande el universo.

La constante de Hubble contiene las respuestas a grandes preguntas sobre el universo, como su tamaño, edad e historia, pero las dos formas principales de determinar su valor han producido resultados significativamente diferentes. Ahora había una tercera vía que podría resolver una de las preguntas más urgentes de la astronomía, o podría solidificar la sospecha creciente, sostenido por muchos en el campo, que falta algo sustancial en nuestro modelo del universo.

"En un instante, teníamos una nueva, forma completamente independiente de realizar una medición de una de las cantidades más profundas de la física, "dijo Holz." Ese día lo recordaré toda mi vida ".

Mientras LIGO regresa el 1 de abril, Holz y otros científicos se están preparando para obtener más datos que podrían arrojar luz sobre algunas de las preguntas más importantes del universo.

Preguntas universales

Sabemos que el universo se está expandiendo desde hace mucho tiempo (desde que el eminente astrónomo y alumno de UChicago, Edwin Hubble, hizo la primera medición de la expansión en 1929, de hecho) pero en 1998, Los científicos se sorprendieron al descubrir que la tasa de expansión no se está desacelerando a medida que el universo envejece, pero en realidad se acelera con el tiempo. En las siguientes décadas, mientras intentaban determinar con precisión la tasa, se ha hecho evidente que diferentes métodos para medir la tasa producen diferentes respuestas.

Uno de los dos métodos mide el brillo de las supernovas (estrellas en explosión) en galaxias distantes; el otro observa pequeñas fluctuaciones en el fondo cósmico de microondas, la tenue luz que quedó del Big Bang. Los científicos han estado trabajando durante dos décadas para aumentar la exactitud y precisión de cada medición, y descartar cualquier efecto que pueda comprometer los resultados; pero los dos valores todavía discrepan obstinadamente en casi un 10 por ciento.

Debido a que el método de supernova observa objetos relativamente cercanos, y el fondo cósmico de microondas es mucho más antiguo, es posible que ambos métodos sean correctos y que algo profundo en el universo haya cambiado desde el principio de los tiempos.

"No sabemos si uno o ambos métodos tienen algún tipo de error sistemático, o si realmente reflejan una verdad fundamental sobre el universo que falta en nuestros modelos actuales, "dijo Holz." Cualquiera es posible ".

Holz vio la posibilidad de un tercero, Una forma completamente independiente de medir la constante de Hubble, pero dependería de una combinación de suerte y proezas de ingeniería extremas.

La 'sirena estándar'

En 2005, Holz escribió un artículo con Scott Hughes del Instituto de Tecnología de Massachusetts sugiriendo que sería posible calcular la constante de Hubble a través de una combinación de ondas gravitacionales y luz. Llamaron a estas fuentes "sirenas estándar, "un guiño a las" velas estándar ", que se refiere a las supernovas utilizadas para hacer la medición constante de Hubble.

Pero primero se necesitarían años para desarrollar tecnología que pudiera captar algo tan efímero como ondas en el tejido del espacio-tiempo. Eso es LIGO:un conjunto de enormes detectores extremadamente sensibles que están sintonizados para captar las ondas gravitacionales que se emiten cuando sucede algo grande en algún lugar del universo.

El 17 de agosto Las ondas de 2017 provinieron de dos estrellas de neutrones extremadamente pesadas, que habían girado en espiral una y otra alrededor en una galaxia lejana antes de finalmente chocar a una velocidad cercana a la de la luz. La colisión envió ondas gravitacionales a través del universo y también liberó un estallido de luz. que fue captado por telescopios en y alrededor de la Tierra.

Ese estallido de luz fue lo que hizo que el mundo científico se pusiera nervioso. LIGO había recogido lecturas de ondas gravitacionales antes, pero todos los anteriores fueron de colisiones de dos agujeros negros, que no se puede ver con telescopios convencionales.

Pero pudieron ver la luz de las estrellas de neutrones en colisión, y la combinación de ondas y luz abrió un tesoro de riquezas científicas. Entre ellos se encontraban las dos piezas de información que Holz necesitaba para hacer su cálculo de la constante de Hubble.

¿Cómo funciona el método?

Para hacer esta medición de la constante de Hubble (llamada así en honor al científico pionero y alumno de UChicago, Edwin Hubble), necesita saber qué tan rápido un objeto, como un par de estrellas de neutrones recién colisionadas, se aleja de la Tierra, y lo lejos que estaba para empezar. La ecuación es sorprendentemente simple. Tiene este aspecto:la constante de Hubble es la velocidad del objeto dividida por la distancia al objeto, o H =v / d.

Algo contrario a la intuición, la parte más fácil de calcular es qué tan rápido se mueve el objeto. Gracias al resplandor brillante que desprende la colisión, los astrónomos podrían apuntar telescopios al cielo y señalar la galaxia donde colisionaron las estrellas de neutrones. Entonces pueden aprovechar un fenómeno llamado desplazamiento al rojo:cuando un objeto lejano se aleja de nosotros, el color de la luz que emite se desplaza ligeramente hacia el extremo rojo del espectro. Midiendo el color de la luz de la galaxia, pueden usar este enrojecimiento para estimar qué tan rápido se aleja la galaxia de nosotros. Este es un truco centenario para los astrónomos.

La parte más difícil es obtener una medida precisa de la distancia al objeto. Aquí es donde entran las ondas gravitacionales. La señal que captan los detectores LIGO se interpreta como una curva, como esto:

La forma de la señal les dice a los científicos qué tan grandes eran las dos estrellas y cuánta energía desprendía la colisión. Al comparar eso con la fuerza de las olas cuando llegaron a la Tierra, podrían inferir qué tan lejos debían estar las estrellas.

El valor inicial de esta sirena estándar resultó ser de 70 kilómetros por segundo por megaparsec. Eso es justo entre los otros dos métodos, que encuentran alrededor de 73 (del método de supernova) y 67 (del fondo cósmico de microondas).

Por supuesto, eso es solo un único punto de datos. Pero los detectores LIGO se vuelven a encender después de una actualización para aumentar su sensibilidad. Si bien nadie sabe con precisión con qué frecuencia chocan las estrellas de neutrones, Holz es coautor de un artículo en el que se estima que el método de ondas gravitacionales puede proporcionar un revolucionario, medición extremadamente precisa de la constante de Hubble en cinco años.

"Conforme pasé él tiempo, observaremos más y más de estas fusiones binarias de estrellas de neutrones, y utilícelos como sirenas estándar para mejorar constantemente nuestra estimación de la constante de Hubble. Dependiendo de donde caiga nuestro valor, podríamos confirmar un método u otro. O podríamos encontrar un valor completamente diferente, "Dijo Holz." No importa lo que encontremos, será interesante y será un paso importante para aprender más sobre nuestro universo ".