Gracias a las observaciones del Hubble, nuestro conocimiento de la edad del universo ha mejorado significativamente y ahora se estima en 13.800 millones de años. Sin embargo, los científicos han lidiado desde hace mucho tiempo con el problema de la tensión de Hubble que no es otro que la discrepancia en la tasa de expansión del universo, enfrentando la tasa de expansión basada en las condiciones del universo temprano y nuestra comprensión actual, con tasas más altas o aceleradas observadas a través de los telescopios modernos. En suma, la tensión de Hubble es esa piedra en el zapato cósmico que impide medir la velocidad a la que se expande el universo.
Una diferencia persistente tras una verificación cruzada
El ritmo al que se expande el universo, conocido como constante de Hubble, es uno de los parámetros fundamentales para comprender la evolución y el destino final del cosmos. La expansión del universo hace que las galaxias se alejen unas de otras. La velocidad a la que lo hacen es proporcional a la distancia entre ellas. Ahora, en una nueva investigación publicada en la revista The Astrophysical Journal Letters, los científicos explican cómo han revisado sus datos disponibles hasta tres veces y han demostrado que no existen errores en las mediciones anteriores. ¿Qué significa esto? Que las discrepancias en la velocidad de expansión del universo son reales.
El Telescopio Espacial James Webb de NASA/ESA/CSA ha confirmado que el agudo ojo del Telescopio Espacial Hubble estuvo en lo cierto todo el tiempo, borrando cualquier duda persistente sobre las mediciones del telescopio Hubble. Sencillamente, las cosas no cuadran.
"La combinación de Webb y Hubble nos ofrece lo mejor de ambos mundos. Descubrimos que las mediciones del Hubble siguen siendo fiables a medida que avanzamos en la escala de distancias cósmicas", explican los autores.
Por un lado, las observaciones de la radiación de fondo cósmico de microondas (CMB), una versión del universo primitivo de sólo 379.000 años después del Big Bang, dicen que el universo debería expandirse actualmente a un ritmo de aproximadamente 67,8 kilómetros por segundo por megapársec, lo que significa que cada volumen de espacio de un millón de pársecs (3,26 millones de años luz) de diámetro debería expandirse a un ritmo de 67,8 kilómetros por segundo. Hasta aquí todo parece ir bien, cuadrar. El problema es que este método arroja un valor completamente diferente de la constante de Hubble: alrededor de 73,2 kilómetros por segundo por megapársec. Esta paradoja es la tensión de Hubble y nadie sabe cómo resolverla.
¿Entonces?
Las nuevas observaciones de Webb incluyen cinco galaxias anfitrionas de ocho supernovas de Tipo Ia que contienen un total de 1.000 Cefeidas, y llegan a la galaxia más lejana donde las Cefeidas han sido bien medidas, NGC 5468, a una distancia de 130 millones de años luz.
El desafío observacional es que las imágenes anteriores del Hubble de estas variables Cefeidas más distantes parecen más apiñadas y superpuestas con estrellas vecinas a distancias cada vez mayores entre nosotros y sus galaxias anfitrionas, lo que requiere una cuidadosa explicación de este efecto.
Si las observaciones, tanto del telescopio Hubble como del Webb, han confirmado la precisión de las mediciones del Hubble, ¿qué nos queda? ¿es necesaria una nueva física para resolver este enigma?
"Una vez negados los errores de medición, lo que queda es la posibilidad real y apasionante de que hayamos entendido mal el Universo", dice Adam Riess, físico de la Universidad Johns Hopkins en Baltimore, Estados Unidos, ganador de un premio Nobel por co-descubrir el hecho de que la expansión del universo se está acelerando debido a un misterioso fenómeno que conocemos como 'energía oscura'.
"Ahora hemos abarcado todo el rango de lo que observó el Hubble y podemos descartar un error de medición como la causa de la tensión del Hubble con muy alta confianza", apuntó Riess.
Quizá la respuesta esté en el próximo El próximo telescopio Nancy Grace Roman de la NASA, cuyo lanzamiento -a bordo de un Falcon Heavy- está planeado para mayo de 2027 y que realizará amplios estudios celestes para estudiar la influencia de la energía oscura, la energía misteriosa que está acelerando la expansión del universo. O también el observatorio Euclid de la Agencia Espacial Europea, que también tiene como objetivo estudiar más a fondo la energía oscura y su papel en la expansión del universo.
"Necesitamos descubrir si nos falta algo sobre cómo conectar el comienzo del universo y el presente", concluyó Riess.
El telescopio James Webb revela nuevas pistas sobre el mayor enigma del universo
El reciente trabajo liderado por Adam Riess, publicado en The Astrophysical Journal, aporta avances significativos en el estudio de la tensión de Hubble, y consolida observaciones anteriores, además de abordar aspectos metodológicos que no habían sido explorados en profundidad. Estos hallazgos refuerzan la validez de las mediciones previas y amplían la comprensión del fenómeno desde nuevas perspectivas.
Una de las contribuciones más importantes del nuevo estudio es la ampliación de la muestra analizada. Los datos incluyen 16 supernovas de tipo Ia distribuidas en galaxias anfitrionas cercanas, observadas mediante tres métodos independientes: estrellas cefeidas, gigantes rojas (TRGB) y estrellas de carbono (JAGB). Esta diversidad metodológica fortalece la precisión de las mediciones y reduce significativamente el margen de error, lo cual minimiza la influencia de factores sistemáticos. Según el paper, el JWST alcanza una desviación promedio de solo un 0,03 % al validar las distancias estimadas previamente por el Hubble, lo que representa un nivel de confianza sin precedentes.
Por otra parte, el artículo introduce por primera vez un análisis exhaustivo del sesgo de selección de muestras y su impacto en la constante de Hubble. Riess y su equipo compararon cómo las diferencias en las galaxias seleccionadas para las observaciones influyen en los valores obtenidos, mostrando que estas variaciones no son suficientes para explicar la discrepancia de fondo. Según el estudio, las fluctuaciones en H₀ de hasta 2,5 km/s/Mpc son consistentes con las limitaciones estadísticas de las muestras, pero la diferencia total entre las mediciones locales y las basadas en el fondo cósmico de microondas (CMB) sigue siendo inexplicable.
Finalmente, el nuevo estudio aborda la linealidad de las mediciones en la escala de distancias cósmicas, un aspecto fundamental para garantizar que no haya desviaciones sistemáticas a lo largo de diferentes rangos de distancias. Los resultados muestran una consistencia casi perfecta, con un factor de linealidad de 0,994 ± 0,010, lo que descarta cualquier error multiplicativo o aditivo que pudiera estar detrás de la tensión de Hubble. Este nivel de precisión es crucial, ya que confirma que el problema no radica en las observaciones mismas, sino en nuestro entendimiento del universo.
Referencias:
- “JWST Observations Reject Unrecognized Crowding of Cepheid Photometry as an Explanation for the Hubble Tension at 8σ Confidence” by Adam G. Riess, Gagandeep S. Anand, Wenlong Yuan, Stefano Casertano, Andrew Dolphin, Lucas M. Macri, Louise Breuval, Dan Scolnic, Marshall Perrin and Richard I. Anderson, 6 February 2024, The Astrophysical Journal Letters. DOI: 10.3847/2041-8213/ad1ddd
- Jakobsen, P., Ferruit, P., Oliveira, C., Arribas, S., Bagnasco, G., Barho, R., Beck, T., Birkmann, S., Böker, T., Bunker, A., Charlot, S., Jong, P., Marchi, G., Ehrenwinkler, R., Falcolini, M., Fels, R., Franx, M., Franz, D., Funke, M., Giardino, G., Gnata, X., Holota, W., Honnen, K., Jensen, P., Jentsch, M., Johnson, T., Jollet, D., Karl, H., Kling, G., Köhler, J., Kolm, M., Kumari, N., Lander, M., Lemke, R., López-Caniego, M., Lützgendorf, N., Maiolino, R., Manjavacas, E., Marston, A., Maschmann, M., Maurer, R., Messerschmidt, B., Moseley, S., Mosner, P., Mott, D., Muzerolle, J., Pirzkal, N., Pittet, J., Plitzke, A., Posselt, W., Rapp, B., Rauscher, B., Rawle, T., Rix, H., Rödel, A., Rumler, P., Sabbi, E., Salvignol, J., Schmid, T., Sirianni, M., Smith, C., Strada, P., Plate, M., Valenti, J., Wettemann, T., Wiehe, T., Wiesmayer, M., Willott, C., Wright, R., Zeidler, P., & Zincke, C. (2022). The Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec) on the James Webb Space Telescope. I. Overview of the instrument and its capabilities. Astronomy & Astrophysics. https://doi.org/10.1051/0004-6361/202142663.
- Adam G. Riess et al. (2024). JWST Validates HST Distance Measurements: Selection of Supernova Subsample Explains Differences in JWST Estimates of Local H0. The Astrophysical Journal, 977:120. DOI: 10.3847/1538-4357/ad8c21.
