Utilizamos cookies propias y de terceros para mejorar nuestros servicios y facilitarte el uso de la web mediante el análisis de tus preferencias de navegación. También compartimos la información sobre el tráfico por nuestra web a los medios sociales y de publicidad con los que colaboramos. Si continúas navegando, consideramos que aceptas nuestra Política de cookies .

11 de Noviembre de 2019
Cosmología

Una nueva técnica para medir la expansión del universo

El método, basado en el estudio de la radiación gamma emitida por galaxias distantes, aporta una pieza más a uno de los mayores rompecabezas de la cosmología actual: ¿cuánto vale exactamente la constante de Hubble?

Recreación artística de una galaxia distante cuyo agujero negro central está emitiendo un potente haz de radiación. Un análisis basado en este tipo de fuentes cósmicas ha permitido obtener una estimación independiente de la constante de Hubble. [ESA/Hubble/NASA/M. Kornmesser.]

Uno de los problemas potencialmente más serios al que se enfrentan hoy los cosmólogos es el de determinar con precisión el valor de la constante de Hubble (H0), el parámetro que dicta la velocidad a la que se expande el universo actual. Desde hace unos años, diferentes métodos para calcularla arrojan valores sustancialmente distintos: una discrepancia que nadie entiende bien y que podría estar indicando que algo falla en el modelo cosmológico estándar, la teoría usada por los físicos para describir el origen y la evolución del universo.

Por un lado, las mediciones basadas en las propiedades del universo primitivo, como las relativas al fondo cósmico de microondas (CMB, la radiación emitida muy poco después de la gran explosión), arrojan un valor para H0 del orden de 67 kilómetros por segundo y por megapársec (km/s/Mpc). Por otro, los estudios relativos a las propiedades del universo más reciente, como los que miden directamente la velocidad a la que se alejan las galaxias relativamente cercanas, obtienen valores más elevados, de unos 74 km/s/Mpc. ¿Se deben tales diferencias a errores sistemáticos en alguno de los métodos o esconden algo más profundo?

Ante esta situación, cada vez se hace más necesario contar con nuevas técnicas para determinar el valor de la constante de Hubble. Eso es justamente lo que ha logrado un trabajo cuyos resultados acaban de publicarse en Astrophysical Journal. A partir del análisis de los rayos gamma emitidos por cientos de galaxias, algunas cercanas y otras muy distantes, los investigadores han obtenido un valor para H0 de unos 68 km/s/Mpc; es decir, en línea con las observaciones basadas en el universo primordial.

La importancia del nuevo estudio reside en que el método empleado para deducir la constante de Hubble es independiente de los usados hasta ahora. En particular, no se basa en la llamada «escalera de distancias cósmicas» (el conjunto de técnicas concatenadas que permiten medir la distancia a la que se encuentran las galaxias y, a partir de ahí, la tasa de expansión del universo) ni tampoco en las propiedades del CMB o en otros atributos del universo temprano. El trabajo, liderado por el astrofísico de la Universidad Complutense de Madrid Alberto Domínguez, se apoya en su lugar en la astrofísica de altas energías, una disciplina poco usada hasta ahora para estudiar las propiedades globales del cosmos.

Atenuación de rayos gamma

En el nuevo trabajo, los investigadores han analizado los rayos gamma procedentes de un gran número de fuentes cósmicas. Estas son en su mayoría blázares: galaxias con un agujero negro supermasivo que emite potentes haces de radiación en dirección a la Tierra. La clave reside en que, en su camino hacia nuestro planeta, una fracción de esos rayos gamma se verá bloqueada por la llamada «luz de fondo extragaláctica» (EBL, por sus siglas enn inglés). Esta radiación es un fondo difuso de luz infrarroja, visible y ultravioleta que, emitida por todas las estrellas del universo a lo largo de toda la historia cósmica, impregna el espacio extragaláctico.

La EBL se comporta como una especie de «niebla» para los rayos gamma ya que, dada la alta energía de estos últimos, algunos de ellos pueden interaccionar con los fotones de la EBL y convertirse en pares electrón-positrón. Como consecuencia, una parte de los fotones gamma se perderá antes de llegar a la Tierra. Dicha atenuación depende de la distancia recorrida por los fotones y de la historia de expansión del universo, por lo que a partir de ella puede calcularse la constante de Hubble.

El mismo método ya fue usado en 2013 en un trabajo preliminar de Domínguez y Francisco Prada, investigador del Instituto de Astrofísica de Andalucía y coautor también del nuevo trabajo. La principal diferencia es que ahora los astrónomos han usado una colección de datos muchísimo mayor, la cual incluye fotones con energías muy distintas y fuentes situadas a todo un abanico de distancias: algunas muy cercanas y otras tan distantes que su luz fue emitida cuando el universo apenas contaba unos 2000 millones de años de edad (su edad actual se estima en unos 14.000 millones de años). Gracias a ello, los investigadores han podido sondear épocas cósmicas muy diferentes y determinar el valor de H0 con una precisión del orden del 5 por ciento.

Domínguez recuerda los principales métodos independientes que existen hoy en día para medir la tasa de expansión cósmica: aquellos basados en la escalera de distancias cósmicas; los que miden las diferencias temporales en la llegada de la luz procedente de cuásares; los derivados de las propiedades del CMB y, desde hace poco, los basados en ondas gravitacionales. «Las dos primeras técnicas atañen al universo más local, y las basadas en el CMB tienen en cuenta el universo global. La nuestra sería una mezcla de ambas, aunque yo diría que tiende a considerar más los aspectos globales», apunta el investigador.

«Parece ser que las medidas basadas en observables cosmológicos tienden a dar valores bajos [de la constante de Hubble], mientras que aquellas basadas en observables locales (cefeidas, supernovas, etcétera) arrojan valores más altos», continúa Domínguez. «Es un problema verdaderamente candente en cosmología y no sabemos la respuesta», concluye el investigador.

Ernesto Lozano Tellechea

Referencia: «A new measurement of the Hubble constant and matter content of the Universe using extragalactic background light γ-ray attenuation». Alberto Domínguez et al. en The Astrophysical Journal, vol. 885, n.o 2, 8 de noviembre de 2019. Una versión gratuita se encuentra disponible en el repositorio arXiv.

Artículos relacionados

Los boletines de Investigación y Ciencia

Elige qué contenidos quieres recibir.