El universo se expande más rápido de lo previsto: los nuevos datos que desconciertan a los científicos

Astrónomos internacionales lograron la estimación más precisa de la tasa de expansión local del cosmos y confirmaron que la discrepancia con el modelo estándar del universo es demasiado grande para ser casualidad.

Los científicos lograron una de las mediciones más exactas hasta la fecha sobre la velocidad de expansión del universo cercano, un resultado que profundiza el misterio que divide a la cosmología desde hace años.

La nueva estimación indica que el universo se expande más rápido de lo previsto por el modelo cosmológico estándar, confirmando que existe una discrepancia real y persistente entre los dos principales métodos científicos empleados para medir el cosmos.

La reciente colaboración incluye a John Blakeslee del laboratorio NSF NOIRLab, financiado por la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos, y se basó en datos de telescopios de dos programas del NSF NOIRLab.

El principal hallazgo es que “la medición más precisa realizada hasta la fecha demuestra que el Universo se está expandiendo más rápido de lo esperado, lo que acentúa la discrepancia en las observaciones del Hubble”. Este resultado sugiere que la comprensión actual del cosmos podría estar incompleta y que podrían faltar piezas clave en el modelo que explica cómo evolucionó el universo desde el Big Bang.

Una red de distancias y la tensión de Hubble

El debate sobre la velocidad de expansión del universo, conocida como la constante de Hubble (H₀), enfrenta dos métodos científicos opuestos. Uno se basa en el universo local, midiendo distancias a estrellas y galaxias cercanas gracias a estrellas variables cefeidas, supernovas de tipo Ia y otros objetos.

El otro utiliza como referencia la radiación cósmica de fondo de microondas, una huella del universo primitivo, y calcula la tasa de expansión actual bajo el modelo cosmológico estándar. “En principio, ambos enfoques deberían coincidir. En la práctica, no es así”.

Las observaciones del universo local apuntan consistentemente a una tasa de expansión más rápida, alrededor de 73 kilómetros por segundo por megaparsec, mientras que las estimaciones basadas en el universo primitivo arrojan valores más bajos, cercanos a 67 o 68.

Aunque la diferencia numérica puede parecer pequeña, los expertos advierten que “es demasiado grande para explicarse simplemente por casualidad”. Esta diferencia, bautizada como tensión de Hubble, se ha confirmado por numerosos estudios independientes que utilizan diferentes técnicas.

El avance reciente se debe a la Colaboración H0 Distance Network (H0DN), que logró mejorar la precisión de la medición al combinar décadas de observaciones en un sistema único y coordinado. La medición directa más precisa hasta la fecha reporta “un valor de 73,50 ± 0,81 kilómetros por segundo por megaparsec, lo que corresponde a una precisión de poco más del 1 %”.

La investigación fue publicada la semana pasada en la revista Astronomy & Astrophysics y “no se trata simplemente de un nuevo valor de la constante de Hubble, sino de un marco creado por la comunidad que reúne décadas de mediciones de distancia independientes, de forma transparente y accesible”.

El trabajo de la H0DN se basa en un enfoque en red, en el que se conectan y ponderan distintas técnicas de medición.

El equipo invitó a expertos de todos los dominios relevantes de medición de distancias a revisar críticamente los conjuntos de datos disponibles, “que abarcan paralajes, binarias eclipsantes separadas, máseres, cefeidas, la punta de la rama de gigantes rojas, estrellas de la rama asintótica de gigantes ricas en carbono, supernovas de tipo Ia y tipo II, fluctuaciones de brillo superficial, el plano fundamental y relaciones de Tully-Fisher”.

Antes de realizar cualquier cálculo, el grupo votó por los indicadores de primer rango para definir una Red de Distancias de referencia. Luego se incluyeron otros indicadores para poner a prueba la robustez y la sensibilidad de los resultados. El equipo proporcionó software y productos de datos de código abierto para garantizar la transparencia y futuras extensiones de este esfuerzo.

“Este trabajo descarta de hecho las explicaciones de la tensión del Hubble que se basan en un único error pasado por alto en las mediciones de distancia locales”, concluyen los autores. “Si la tensión es real, como sugiere el creciente conjunto de pruebas, podría apuntar a una nueva física que va más allá del modelo cosmológico estándar”, agregaron.

Implicancias para la cosmología y el futuro de la investigación

La persistencia de la tensión de Hubble tiene implicancias profundas para la cosmología. El modelo estándar del universo, conocido como ΛCDM, describe cómo la materia, la energía oscura y la gravedad influyeron en la evolución cósmica desde el Big Bang. Sin embargo, si la tasa de expansión medida localmente es correcta y la tensión se mantiene, “podría apuntar a una nueva física que va más allá del modelo cosmológico estándar”.

Esto plantea preguntas sobre la naturaleza de la energía oscura, la posible existencia de partículas aún desconocidas o incluso la necesidad de revisar la teoría de la gravedad.

“Las implicaciones van más allá de las técnicas de medición. La menor tasa de expansión derivada del universo primitivo depende del modelo cosmológico estándar, que describe cómo ha evolucionado el universo desde el Big Bang. Si ese modelo es incompleto —por ejemplo, si no describe completamente el comportamiento de la energía oscura, las partículas desconocidas o los posibles cambios en la gravedad— sus predicciones sobre la tasa de expansión actual podrían ser inexactas”.

La red de medición de distancias desarrollada en este estudio sienta las bases para investigaciones futuras. Compartir abiertamente los datos y los métodos permite que el sistema se amplíe y se perfeccione a medida que se obtienen nuevas observaciones de instrumentos más avanzados.

Los próximos observatorios y telescopios espaciales proporcionarán mediciones aún más precisas, lo que ayudará a determinar si la discrepancia se resolverá finalmente o si seguirá apuntando hacia fenómenos físicos desconocidos.

El NSF NOIRLab, centro de la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos para la astronomía óptica-infrarroja terrestre, tuvo un rol fundamental en la recolección y análisis de los datos.

El análisis incluyó observaciones del Observatorio Interamericano de Cerro Tololo en Chile y el Observatorio Nacional de Kitt Peak en Arizona, ambos gestionados por el NOIRLab. Estos datos se combinaron con otros provenientes de observatorios terrestres y espaciales, reforzando la fiabilidad del resultado final.

Los científicos coinciden en que un enfoque en red, como el presentado, “es invaluable para permitir mayores avances en las mediciones de la constante de Hubble, ya que proporciona los avances tan necesarios en exactitud y precisión sin depender excesivamente de ningún método, muestra o grupo en particular”. La colaboración internacional, la transparencia en los datos y el desarrollo de nuevas tecnologías serán claves para avanzar en la comprensión del universo.

La medición más precisa de la velocidad de expansión del universo no resolvió la tensión de Hubble. Por el contrario, confirmó que el enigma persiste y que la física podría estar a las puertas de un nuevo paradigma. El universo se expande demasiado rápido y, por ahora, los científicos no pueden explicarlo. La próxima generación de investigaciones buscará la respuesta en los confines del cosmos.