Completando un maratón de casi 30 años, el telescopio espacial Hubble de la NASA ha calibrado más de 40 "marcadores de hitos" de espacio y tiempo para ayudar a los científicos a medir con precisión la tasa de expansión del universo, una búsqueda con un giro en la trama.

La búsqueda de la tasa de expansión del universo comenzó en la década de 1920 con mediciones realizadas por los astrónomos Edwin P. Hubble y Georges Lemaître. En 1998, esto condujo al descubrimiento de la "energía oscura", una misteriosa fuerza repulsiva que acelera la expansión del universo. En los últimos años, gracias a los datos del Hubble y otros telescopios, los astrónomos encontraron otro giro:una discrepancia entre la tasa de expansión medida en el universo local en comparación con las observaciones independientes justo después del Big Bang, que predicen un valor de expansión diferente.

La causa de esta discrepancia sigue siendo un misterio. Pero los datos del Hubble, que abarcan una variedad de objetos cósmicos que sirven como marcadores de distancia, respaldan la idea de que algo extraño está sucediendo, posiblemente relacionado con una nueva física.

"Estás obteniendo la medida más precisa de la tasa de expansión del universo a partir del patrón oro de los telescopios y los marcadores de millas cósmicas", dijo el premio Nobel Adam Riess del Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial (STScI) y la Universidad Johns Hopkins en Baltimore, Maryland. .

Riess lidera una colaboración científica que investiga la tasa de expansión del universo llamada SHOES, que significa Supernova, H0, para la Ecuación del Estado de la Energía Oscura. "Esto es para lo que se construyó el Telescopio Espacial Hubble, utilizando las mejores técnicas que conocemos para hacerlo. Esta es probablemente la obra maestra del Hubble, porque tomaría otros 30 años de vida del Hubble incluso duplicar este tamaño de muestra", dijo Riess. .

El artículo del equipo de Riess, que se publicará en la edición Special Focus de The Astrophysical Journal informa sobre la finalización de la mayor y probablemente última actualización importante de la constante de Hubble. Los nuevos resultados duplican con creces la muestra anterior de marcadores de distancia cósmica. Su equipo también volvió a analizar todos los datos anteriores, y ahora el conjunto de datos completo incluye más de 1000 órbitas del Hubble.

Cuando la NASA concibió un gran telescopio espacial en la década de 1970, una de las principales justificaciones para el gasto y el extraordinario esfuerzo técnico fue poder resolver las cefeidas, estrellas que se iluminan y se oscurecen periódicamente, vistas dentro de nuestra Vía Láctea y galaxias externas. Las cefeidas han sido durante mucho tiempo el estándar de oro de los marcadores de millas cósmicas desde que la astrónoma Henrietta Swan Leavitt descubrió su utilidad en 1912. Para calcular distancias mucho mayores, los astrónomos usan estrellas en explosión llamadas supernovas Tipo Ia.

Combinados, estos objetos construyeron una "escalera de distancia cósmica" a través del universo y son esenciales para medir la tasa de expansión del universo, llamada constante de Hubble en honor a Edwin Hubble. Ese valor es crítico para estimar la edad del universo y proporciona una prueba básica de nuestra comprensión del universo.

Comenzando justo después del lanzamiento del Hubble en 1990, dos equipos llevaron a cabo el primer conjunto de observaciones de estrellas Cefeidas para refinar la constante de Hubble:el Proyecto Clave HST dirigido por Wendy Freedman, Robert Kennicutt y Jeremy Mould, Marc Aaronson y otro por Allan Sandage y colaboradores, que usaron cefeidas como marcadores de hitos para refinar la medición de la distancia a las galaxias cercanas. A principios de la década de 2000, los equipos declararon "misión cumplida" al alcanzar una precisión del 10 por ciento para la constante de Hubble, 72 más o menos 8 kilómetros por segundo por megaparsec.

En 2005 y nuevamente en 2009, la adición de nuevas y poderosas cámaras a bordo del telescopio Hubble lanzó la "Generación 2" de la investigación constante del Hubble mientras los equipos se disponían a refinar el valor a una precisión de solo el uno por ciento. Este fue inaugurado por el programa ZAPATOS. Varios equipos de astrónomos que utilizan Hubble, incluido SHOES, han convergido en un valor constante de Hubble de 73 más o menos 1 kilómetro por segundo por megaparsec. Si bien se han utilizado otros enfoques para investigar la pregunta constante de Hubble, diferentes equipos han llegado a valores cercanos al mismo número.

El equipo de SHOES incluye líderes desde hace mucho tiempo, el Dr. Wenlong Yuan de la Universidad Johns Hopkins, el Dr. Lucas Macri de la Universidad Texas A&M, el Dr. Stefano Casertano de STScI y el Dr. Dan Scolnic de la Universidad de Duke. El proyecto fue diseñado para poner entre paréntesis al universo al igualar la precisión de la constante de Hubble inferida del estudio de la radiación de fondo cósmico de microondas remanente del amanecer del universo.

"The Hubble constant is a very special number. It can be used to thread a needle from the past to the present for an end-to-end test of our understanding of the universe. This took a phenomenal amount of detailed work," said Dr. Licia Verde, a cosmologist at ICREA and the ICC-University of Barcelona, speaking about the SHOES team's work.

The team measured 42 of the supernova milepost markers with Hubble. Because they are seen exploding at a rate of about one per year, Hubble has, for all practical purposes, logged as many supernovae as possible for measuring the universe's expansion. Riess said, "We have a complete sample of all the supernovae accessible to the Hubble telescope seen in the last 40 years." Like the lyrics from the song "Kansas City," from the Broadway musical Oklahoma, Hubble has "gone about as fur as it c'n go!"

Weird Physics?

The expansion rate of the universe was predicted to be slower than what Hubble actually sees. By combining the Standard Cosmological Model of the Universe and measurements by the European Space Agency's Planck mission (which observed the relic cosmic microwave background from 13.8 billion years ago), astronomers predict a lower value for the Hubble constant:67.5 plus or minus 0.5 kilometers per second per megaparsec, compared to the SHOES team's estimate of 73.

Given the large Hubble sample size, there is only a one-in-a-million chance astronomers are wrong due to an unlucky draw, said Riess, a common threshold for taking a problem seriously in physics. This finding is untangling what was becoming a nice and tidy picture of the universe's dynamical evolution. Astronomers are at a loss for an explanation of the disconnect between the expansion rate of the local universe versus the primeval universe, but the answer might involve additional physics of the universe.

Such confounding findings have made life more exciting for cosmologists like Riess. Thirty years ago they started out to measure the Hubble constant to benchmark the universe, but now it has become something even more interesting. "Actually, I don't care what the expansion value is specifically, but I like to use it to learn about the universe," Riess added.

NASA's new Webb Space Telescope will extend on Hubble's work by showing these cosmic milepost markers at greater distances or sharper resolution than what Hubble can see. + Explora más

Researchers question measurement of the Hubble constant by Nobel laureate Riess' team