Los telescopios Webb y Hubble de la NASA afirman la tasa de expansión del universo, el rompecabezas persiste
Cuando intentas resolver uno de los mayores enigmas de la cosmología, debes revisar tres veces tu tarea. El enigma, llamado "Tensión de Hubble", es que el ritmo actual de expansión del universo es más rápido de lo que los astrónomos esperan que sea, basándose en las condiciones iniciales del universo y nuestra comprensión actual de la evolución del universo.
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| Esta imagen de NGC 5468, una galaxia situada a unos 130 millones de años luz de la Tierra, combina datos de los telescopios espaciales Hubble y James Webb. Esta es la galaxia más lejana en la que Hubble ha identificado estrellas variables cefeidas. Estos son hitos importantes para medir la tasa de expansión del universo. La distancia calculada a partir de las Cefeidas se ha correlacionado cruzadamente con una supernova de tipo Ia en la galaxia. Las supernovas de tipo Ia son tan brillantes que se utilizan para medir distancias cósmicas mucho más allá del alcance de las cefeidas, extendiendo las mediciones de la tasa de expansión del universo más profundamente en el espacio. Créditos: Imagen: NASA, ESA, CSA, STScI, Adam G. Riess (JHU, STScI) |
Los científicos que utilizan el Telescopio Espacial Hubble de la NASA y muchos otros telescopios encuentran constantemente un número que no coincide con las predicciones basadas en las observaciones de la misión Planck de la ESA (Agencia Espacial Europea) . ¿Resolver esta discrepancia requiere nueva física? ¿O es resultado de errores de medición entre los dos métodos diferentes utilizados para determinar la tasa de expansión del espacio?
Hubble ha estado midiendo el ritmo actual de expansión del universo durante 30 años y los astrónomos quieren eliminar cualquier duda persistente sobre su precisión. Ahora, Hubble y el Telescopio Espacial James Webb de la NASA se han unido para producir mediciones definitivas, fomentando el caso de que algo más, no errores de medición, está influyendo en la tasa de expansión.
"Una vez negados los errores de medición, lo que queda es la posibilidad real y emocionante de que hayamos entendido mal el universo", dijo Adam Riess, físico de la Universidad Johns Hopkins en Baltimore. Riess tiene un Premio Nobel por co-descubrir el hecho de que la expansión del universo se está acelerando debido a un misterioso fenómeno ahora llamado "energía oscura".
Como verificación cruzada, una observación inicial de Webb en 2023 confirmó que las mediciones del Hubble del universo en expansión eran precisas. Sin embargo, con la esperanza de aliviar la tensión del Hubble, algunos científicos especularon que los errores invisibles en las mediciones pueden aumentar y volverse visibles a medida que miramos más profundamente en el universo. En particular, el apiñamiento estelar podría afectar a las mediciones de brillo de estrellas más distantes de forma sistemática.
El equipo SH0ES (Supernova H0 para la ecuación de estado de la energía oscura), dirigido por Riess, obtuvo observaciones adicionales con Webb de objetos que son marcadores críticos de hitos cósmicos, conocidos como estrellas variables cefeidas , que ahora pueden correlacionarse con los datos del Hubble.
"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", dijo Riess.
Las primeras observaciones de Webb del equipo en 2023 lograron demostrar que el Hubble estaba en el camino correcto para establecer firmemente la fidelidad de los primeros peldaños de la llamada escalera de distancias cósmicas.
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| En el centro de estas imágenes, una al lado de la otra, hay una clase especial de estrella utilizada como marcador para medir la tasa de expansión del universo: una estrella variable cefeida. Las dos imágenes están muy pixeladas porque son una vista muy ampliada de una galaxia distante. Cada uno de los píxeles representa una o más estrellas. La imagen del Telescopio Espacial James Webb es significativamente más nítida en longitudes de onda del infrarrojo cercano que la del Hubble (que es principalmente un telescopio de luz ultravioleta visible). Al reducir el desorden con la visión más nítida de Webb, la cefeida se destaca más claramente, eliminando cualquier posible confusión. Webb se utilizó para observar una muestra de Cefeidas y confirmó la precisión de las observaciones anteriores del Hubble que son fundamentales para medir con precisión la tasa de expansión y la edad del universo. Créditos: Imagen: NASA, ESA, CSA, STScI, Adam G. Riess (JHU, STScI) |
Los astrónomos utilizan varios métodos para medir distancias relativas en el universo, según el objeto que se observa. En conjunto, estas técnicas se conocen como la escalera de distancias cósmicas: cada peldaño o técnica de medición se basa en el paso anterior para la calibración.
Pero algunos astrónomos sugirieron que, al avanzar a lo largo del “segundo peldaño”, la escala de distancias cósmicas podría volverse inestable si las mediciones de las Cefeidas se vuelven menos precisas con la distancia. Tales imprecisiones podrían ocurrir porque la luz de una cefeida podría mezclarse con la de una estrella adyacente, un efecto que podría volverse más pronunciado con la distancia a medida que las estrellas se apiñan y se vuelven más difíciles de distinguir unas de otras.
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. La presencia de polvo complica aún más la seguridad de las mediciones en luz visible. Webb corta el polvo y aísla naturalmente las Cefeidas de las estrellas vecinas porque su visión es más nítida que la del Hubble en longitudes de onda infrarrojas.
“La combinación de Webb y Hubble nos brinda lo mejor de ambos mundos. Descubrimos que las mediciones del Hubble siguen siendo fiables a medida que avanzamos en la escala de distancias cósmicas”, dijo Riess.
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 hasta la galaxia más lejana donde las Cefeidas han sido bien medidas –NGC 5468– a una distancia de 130 millones de años luz. “Esto abarca todo el rango en el que realizamos mediciones con el Hubble. Así que hemos llegado al final del segundo peldaño de la escala de distancias cósmicas”, dijo el coautor Gagandeep Anand del Instituto Científico del Telescopio Espacial en Baltimore, que opera los telescopios Webb y Hubble para la NASA.
La confirmación adicional de Hubble y Webb de la tensión del Hubble establece otros observatorios para posiblemente resolver el misterio. El próximo telescopio espacial Nancy Grace Roman de la NASA realizará amplios estudios celestes para estudiar la influencia de la energía oscura, la energía misteriosa que está provocando que se acelere la expansión del universo. El observatorio Euclid de la ESA, con contribuciones de la NASA, está llevando a cabo una tarea similar.
Actualmente es como si la escala de distancias observada por Hubble y Webb hubiera fijado firmemente un punto de anclaje en la orilla de un río, y el resplandor del big bang observado por las mediciones de Planck desde el comienzo del universo estuviera firmemente fijado en el otro lado. Aún no se ha observado directamente cómo fue cambiando la expansión del universo en los miles de millones de años transcurridos entre estos dos puntos finales. "Necesitamos descubrir si nos falta algo sobre cómo conectar el comienzo del universo y el presente", dijo Riess.
Estos hallazgos se publicaron en la edición del 6 de febrero de 2024 de The Astrophysical Journal Letters .
El Telescopio Espacial Hubble ha estado funcionando durante más de tres décadas y continúa realizando descubrimientos innovadores que dan forma a nuestra comprensión fundamental del universo. Hubble es un proyecto de cooperación internacional entre la NASA y la ESA. El Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, gestiona el telescopio. Goddard también lleva a cabo operaciones de misión con Lockheed Martin Space en Denver, Colorado. El Instituto Científico del Telescopio Espacial (STScI) en Baltimore, Maryland, lleva a cabo operaciones científicas del Hubble y Webb para la NASA.
El Telescopio Espacial James Webb es el principal observatorio científico espacial del mundo. Webb está resolviendo misterios en nuestro sistema solar, mirando más allá, hacia mundos distantes alrededor de otras estrellas, y explorando las misteriosas estructuras y orígenes de nuestro universo y nuestro lugar en él. Webb es un programa internacional liderado por la NASA con sus socios, la ESA (Agencia Espacial Europea) y la Agencia Espacial Canadiense.
Contacto con los medios
Ray Villard
Instituto Científico del Telescopio Espacial, Baltimore, Maryland
Christine Pulliam
Instituto Científico del Telescopio Espacial, Baltimore, Maryland
Enlaces y documentos relacionados
El artículo científico de A. Riess et al.
Publicado en NASA el 16 de marzo del 2024, enlace publicación.
