La constante de Hubble o la expansión del Universo..

Las lentes cósmicas apoyan el hallazgo en una expansión más rápida de lo esperado del Universo. 
HE0435-1223

HE0435-1223, ubicado en el centro de la imagen de campo profundo está entre los cinco mejores cuasar de lente descubiertos hasta la fecha. La galaxia de primer plano crea cuatro imágenes casi uniformemente distribuidas del cuasar distante a su alrededor.

Crédito:
ESA/Hubble, NASA, Suyu et al.

Mediante el uso de las galaxias como lentes gravitacionales gigantes, un grupo internacional de astrónomos que utilizan el telescopio espacial Hubble de la NASA/ESA han hecho una medición independiente de la rapidez con la que el Universo se está expandiendo. La tasa de expansión recientemente medida para el Universo local es consistente con los hallazgos anteriores. Estos, sin embargo, están en un intrigante desacuerdo con las mediciones del Universo temprano. Esto insinúa un problema fundamental en el corazón mismo de nuestra comprensión del cosmos.

La constante de Hubble, la velocidad a la que el Universo se está expandiendo, es una de las cantidades fundamentales que describen nuestro Universo. Un grupo de astrónomos de la colaboración H0LiCOW, dirigido por Sherry Suyu (asociado con el Instituto Max Planck de Astrofísica en Alemania, el ASIAA de Taiwán y la Universidad Técnica de Munich), utilizó el telescopio espacial NASA/ESA Hubble y otros telescopios [1] en el espacio y sobre el terreno para observar cinco galaxias con el fin de llegar a una medida independiente de la constante de Hubble [2].

La nueva medición es completamente independiente de otras mediciones de la constante de Hubble en el Universo local que utilizaron estrellas variables Cefeidas y supernovas como puntos de referencia.Sin embargo, el valor medido por Suyu y su equipo, así como los medidos utilizando Cefeidas y supernovas son diferentes de la medición realizada por el satélite ESA Planck. Pero hay una distinción importante: Planck midió la constante de Hubble para el Universo temprano observando el fondo de microondas cósmico.

Este montaje muestra los cinco quasares de lente y las galaxias de primer plano estudiadas por la colaboración H0LICOW. Usando estos objetos los astrónomos pudieron hacer una medida independiente de la constante de Hubble. Calcularon que el Universo se está expandiendo más rápido de lo esperado sobre la base de nuestro modelo cosmológico.
Créditos: ESA/Hubble, NASA, Suyu et al.

Mientras que el valor de la constante de Hubble determinada por Planck se ajusta a nuestra comprensión actual del cosmos, los valores obtenidos por los diferentes grupos de astrónomos para el Universo local están en desacuerdo con nuestro modelo teórico aceptado del Universo. "La tasa de expansión del Universo está empezando a medirse de diferentes maneras con una precisión tan alta que las discrepancias reales pueden apuntar hacia una nueva física más allá de nuestro conocimiento actual del Universo", explica Suyu.

Los objetivos del estudio fueron galaxias masivas situadas entre la Tierra y cuásares muy distantes - núcleos de galaxias increíblemente luminosos. La luz de los cuásares más distantes se dobla alrededor de las enormes masas de las galaxias como resultado de una fuerte lente gravitatoria [3]. Esto crea múltiples imágenes del cuasar de fondo, algunas untadas en arcos extendidos.

Debido a que las galaxias no crean distorsiones perfectamente esféricas en la estructura del espacio y las galaxias y quásares de lente no están perfectamente alineadas, la luz de las diferentes imágenes del cuasar de fondo sigue trayectorias que tienen longitudes ligeramente diferentes. Dado que el brillo de los cuásares cambia con el tiempo, los astrónomos pueden ver las diferentes imágenes parpadeando en diferentes momentos, los retrasos entre ellos dependiendo de las longitudes de los caminos que ha tomado la luz. Estos retrasos están directamente relacionados con el valor de la constante de Hubble. "Nuestro método es la manera más simple y directa de medir la constante de Hubble, ya que sólo utiliza la geometría y la Relatividad General, no hay otras suposiciones", explica el co-líder Frédéric Courbin de EPFL, Suiza

El Hubble en órbita.
El uso de las mediciones precisas de los tiempos entre las múltiples imágenes, así como los modelos de computadora, ha permitido al equipo determinar la constante de Hubble con una precisión impresionantemente alta: 3.8% [4]. "Una medición precisa de la constante de Hubble es uno de los premios más buscados en la investigación cosmológica de hoy", destaca la miembro del equipo Vivien Bonvin, de EPFL, Suiza. Y Suyu añade: "La constante de Hubble es crucial para la astronomía moderna, ya que puede ayudar a confirmar o refutar si nuestra imagen del Universo -compuesta de energía oscura, materia oscura y materia normal- es realmente correcta, o si nos falta algo fundamental."

Notas.
[1] El estudio utilizó, junto con el Telescopio Espacial Hubble de la NASA / ESA, el telescopio Keck, el Very Large Telescope de ESO, el telescopio Subaru, el telescopio Gemini, el telescopio Victor M. Blanco, el telescopio Canadá-Francia-Hawai y el Telescopio Espacial Spitzer de la NASA. Además, se utilizaron datos del telescopio suizo de 1,2 metros Leonhard Euler y del telescopio MPG / ESO de 2,2 metros.

[2] El método del tiempo de retardo de la lente gravitacional que los astrónomos usaron aquí para alcanzar un valor para la constante de Hubble es especialmente importante debido a su casi independencia de los tres componentes que nuestro Universo que consiste en: materia normal, materia oscura y energía oscura. Aunque no está completamente separado, el método sólo depende débilmente de éstos.

[3] La lente gravitacional fue predicha por primera vez por Albert Einstein hace más de un siglo. Toda la materia en el Universo deforma el espacio alrededor de sí, con masas más grandes produciendo un efecto más pronunciado. Alrededor de objetos muy masivos, como las galaxias, la luz que pasa cerca sigue este espacio deformado, pareciendo doblarse de su trayectoria original por una cantidad claramente visible. Esto se conoce como lentes gravitacionales fuertes.

[4] El equipo H0LiCOW determinó un valor para la constante de Hubble de 71,9 ± 2,7 kilómetros por segundo por Megaparsec. En 2016 los científicos que usaron Hubble midieron un valor de 73.24 ± 1.74 kilómetros por segundo por Megaparsec. En 2015, el satélite Planck de la ESA midió la constante con la mayor precisión hasta ahora y obtuvo un valor de 66,93 ± 0,62 kilómetros por segundo por Megaparsec.

Más información.
El Telescopio Espacial Hubble es un proyecto de cooperación internacional entre la ESA y la NASA.
Esta investigación fue presentada en una serie de artículos para aparecer en los Avisos Mensuales de la Real Sociedad Astronómica.

Relación de trabajos.
Los trabajos se titulan de la siguiente manera: "H0LiCOW I. Lentes H0 en el pozo Wellspring de COSMOGRAIL: descripción del programa", por Suyu et al., "H0LiCOW II.Examen espectroscópico y identificación de grupo de galaxias del sistema de lente gravitacional fuerte HE 0435-1223", Por Sluse et al., "H0LiCOW III.Cuantificación del efecto de la masa a lo largo de la línea de visión a la lente gravitacional HE 0435-1223 a través de recuentos de galaxias ponderadas", por Rusu et al., "H0LiCOW IV. -1223 y la medición ciega de su distancia de retardo para la cosmología ", por Wong et al., Y" H0LiCOW V. Nuevos tiempos de COSMOGRAIL de HE 0435-1223: H0 a 3,8% de precisión de lente fuerte en un modelo ΛCDM plano " , De Bonvin et al.

Equipo de científicos.
El equipo internacional se compone de: SH Suyu (Instituto Max Planck de Astrofísica, Alemania, Academia Sinica Instituto de Astronomía y Astrofísica, Taiwán, Universidad Técnica de Munich, Alemania), V. Bonvin (Laboratorio de Astrofísica, EPFL, Suiza), F. Courbin (Laboratorio de Astrofísica, EPFL, Suiza), CD Fassnacht (Universidad de California, Davis, EE.UU.), CE Rusu (Universidad de California, Davis, EE.UU.), D. Sluse (STAR ​​Institute, Bélgica), T. Treu KC Wong (Observatorio Astronómico Nacional de Japón, Instituto Academia Sinica de Astronomía y Astrofísica, Taiwán), MW Auger (Universidad de Cambridge, Reino Unido), X. Ding (Universidad de California, Los Universidad de California, Universidad de California, Estados Unidos, Universidad Normal de Beijing, China), S. Hilbert (Universidad de Exzellenzcluster, Alemania, Ludwig-Maximilians-Universität, Munich, Alemania), PJ Marshall (Universidad de Stanford, EE.UU.), A. Sonnenfeld (Kavli IPMU, La Universidad de Tokio, Japón; Universidad de California, Los Ángeles, EE.UU. Universidad de California, Santa Bárbara, EE.UU.), M. Tewes (Argelander-Institut für Astronomie, Alemania), O. Tihhonova (Laboratorio de Astrofísica, EPFL, Suiza), A. Agnello (ESO, Garching, Alemania), RD Blandford Universidad de Stanford, EE.UU.), GC-F. (Universidad de California, Davis, Estados Unidos, Academia Sinica Instituto de Astronomía y Astrofísica, Taiwán), T. Collett (Universidad de Portsmouth, Reino Unido), LVE Koopmans (Universidad de Groningen, Países Bajos), K. Liao , G. Meylan (Laboratorio de Astrofísica, EPFL, Suiza), C. Spiniello (INAF - Instituto Osservatorio Astronómico de Capodimonte, Italia, Instituto Max Planck de Astrofísica, Garching, Alemania) y A. Yıldırım (Max Planck Instituto de Astrofísica, Garching, Alemania)

Créditos:
NASA, ESA, Suyu (Max Planck Institute for Astrophysics), Auger (University of Cambridge)

Publicado en Hubble el 26 de enero del 2.017.

¿Qué es la constante de Hubble? 
La Constante de Hubble es un número que describe la velocidad de expansión del universo actual. En un Universo en expansión las galaxias más distantes ahora se alejan de nosotros ahora a mayor velocidad que las más próximas, la constante de Hubble establece una relación entre la distancia a la que se encuentra de nosotros una galaxia y la velocidad a la que se aleja.

La velocidad de alejamiento de un objeto distante debida a la expansión del universo se obtiene multiplicando la constante de Hubble por la distancia que nos separa de él: v=Hd, siendo v velocidad, d distancia y H la constante de Hubble.

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