Una explosión de supernova y las fluctuaciones del espacio-tiempo generadas por la fusión de dos estrellas de neutrones han ayudado a los científicos a medir con precisión la tasa de expansión del universo. Las medidas futuras de este tipo ayudarán a resolver la principal paradoja de la cosmología, dicen los científicos en la revista Nature Astronomy.
En 1929, el famoso astrónomo Edwin Hubble demostró que nuestro Universo no se detiene, sino que se expande gradualmente. A finales del siglo pasado, los astrofísicos descubrieron, observando supernovas de tipo I, que no se expande con una velocidad constante, sino con aceleración. La razón de esto hoy se considera "energía oscura", una sustancia misteriosa que hace que el espacio-tiempo se extienda cada vez más rápido.
En junio de 2016, el premio Nobel Adam Riess y sus colegas, que descubrieron este fenómeno, calcularon la tasa exacta de expansión del universo actual utilizando estrellas cefeidas variables en la Vía Láctea y galaxias vecinas, cuya distancia se puede calcular con precisión ultra alta.
Este refinamiento dio un resultado extremadamente inesperado: resultó que dos galaxias, separadas por una distancia de aproximadamente 3 millones de años luz, se dispersan a una velocidad de aproximadamente 73 kilómetros por segundo. Este año, publicaron resultados actualizados de las observaciones, en las que este valor se volvió aún más alto: 74 kilómetros por segundo.
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Las nuevas mediciones de Riesz y sus colegas resultaron ser casi un 10% más altas que los datos obtenidos con los telescopios orbitales WMAP y Planck, 69 kilómetros por segundo, y no se pueden explicar con nuestras ideas actuales sobre la naturaleza de la energía oscura y el mecanismo del nacimiento del Universo.
Estas discrepancias han llevado a los cosmólogos a pensar en dos posibles formas de explicar esta anomalía. Por un lado, es muy posible que las mediciones de Planck o Riesz y sus colegas sean erróneas o incompletas. Por otro lado, es bastante admisible que una tercera sustancia "oscura", diferente de la materia y la energía oscuras, pudiera existir en el Universo primitivo, así como que esta última podría ser inestable y decaer gradualmente.
Kenta Hotokezaka de la Universidad de Princeton (EE. UU.) y sus colegas hicieron este problema aún más agudo y controvertido al realizar las primeras mediciones relativamente precisas de la tasa de expansión del Universo utilizando el observatorio gravitacional LIGO y varios telescopios ópticos "convencionales".
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Las primeras mediciones de este tipo, como apunta el astrofísico, las llevaron a cabo los científicos a finales de 2017, cuando LIGO registró un estallido generado por la fusión de dos estrellas de neutrones, y cientos de telescopios terrestres y espaciales consiguieron localizar su origen en la galaxia NGC 4993 en la constelación de Hydra.
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Las primeras mediciones de LIGO se acercaron a los datos obtenidos por el equipo de Riesz, que muchos científicos consideraron una prueba más de que la tasa de expansión del universo podría cambiar notablemente. Hotokezaka y sus colegas han descubierto que este no es necesariamente el caso al rastrear no solo las ondas gravitacionales, sino también el destello de luz y la liberación de materia generada por este cataclismo.
En estas observaciones, a los científicos les ayudó el hecho de que esta corriente de plasma incandescente, un chorro en el lenguaje de los físicos, no se dirigía directamente a la Tierra, sino algo lejos de ella. Gracias a esto, a los observadores de nuestro planeta les parece que se mueve unas cuatro veces más rápido que la velocidad de la luz, "violando" la teoría de la relatividad, como un rayo de sol o una sombra.
Esta propiedad de las emisiones, unida a las mediciones del "espesor" del chorro en su punto de partida, permiten determinar con mucha precisión la dirección en la que se dirigió en relación con la Tierra y medir su velocidad. Todos estos datos, a su vez, nos permiten especificar la distancia a la fuente de ondas gravitacionales y calcular con mayor precisión cuánto se "estiraron" durante el viaje desde la galaxia NGC 4993 a la Tierra.
Tales refinamientos, como señala Hotokezaka, trajeron una gran sorpresa: el valor de la constante de Hubble se acercó no a las mediciones de Riesz y sus colegas, sino a los resultados de Planck y otros telescopios que observaban el eco de microondas del Big Bang.
Por un lado, esto realmente puede significar que el premio Nobel y sus colegas están equivocados, pero por otro lado, la precisión de las mediciones "gravitacionales" sigue siendo notablemente más baja: es aproximadamente un 7% que la de esos y otros participantes. de esta disputa universal (menos del 2%). Los resultados actuales, enfatiza el científico, corresponden a ambas teorías, pero la situación cambiará en un futuro muy cercano.
Según las estimaciones actuales de los equipos científicos de LIGO y su "primo" italiano ViRGO, ambos observatorios gravitacionales deberían encontrar unos diez eventos de este tipo al año. En consecuencia, en los próximos 2-3 años, podemos esperar que las observaciones de fusiones de estrellas de neutrones nos ayuden a descubrir de manera inequívoca si hay una "nueva física" en la expansión del Universo o no, concluyen los autores del artículo.
