Nuevas observaciones del Telescopio Espacial James Webb sugieren que una nueva característica del universo -no un error en las mediciones del telescopio- puede estar detrás del misterio de décadas de por qué el universo se está expandiendo más rápido hoy que hace miles de millones de años en su infancia. .
Los nuevos datos confirman las mediciones de distancias entre estrellas y galaxias cercanas realizadas por el Telescopio Espacial Hubble, ofreciendo una verificación cruzada importante para resolver discrepancias en las mediciones de la misteriosa expansión del universo. Conocida como la atracción del Hubble, la anomalía sigue sin ser explicada ni siquiera por los mejores modelos cosmológicos.
“La discrepancia entre la tasa de expansión observada del universo y las predicciones del modelo estándar sugiere que nuestra comprensión del universo puede ser incompleta. Ahora que los dos telescopios emblemáticos de la NASA confirman mutuamente los hallazgos, debemos abordar esta cuestión (la atracción del Hubble) “Muy en serio: es un desafío, pero una oportunidad increíble para aprender más sobre nuestro universo”, dijo el premio Nobel y autor principal Adam Rees, profesor distinguido de Bloomberg y Johns. Thomas J. Barber, profesor de física y astronomía en la Universidad Hopkins.
Publicado en Diario astrofísicoLa investigación se basa en el descubrimiento de Riess, ganador del Premio Nobel, de que la expansión del universo se está acelerando debido a una misteriosa “energía oscura” que impregna el vasto espacio entre estrellas y galaxias.
El equipo de Riess utilizó la muestra más grande de datos web recopilados durante sus primeros dos años en el espacio para verificar la medición del Telescopio Hubble de la tasa de expansión del universo, un número conocido como la constante de Hubble. Utilizaron tres métodos diferentes para medir las distancias a las galaxias que albergan supernovas, centrándose en distancias previamente medidas por el telescopio Hubble y produciendo las mediciones “locales” más precisas de estos números conocidas. Las observaciones de ambos telescopios están estrechamente alineadas, lo que revela que las mediciones del Hubble son precisas y descarta un error lo suficientemente grande como para atribuir la excitación a un error del Hubble.
Aun así, la constante de Hubble sigue siendo un enigma porque las mediciones basadas en observaciones actuales del universo con telescopios producen valores más altos que las estimaciones realizadas utilizando el “modelo estándar de cosmología”, un marco ampliamente aceptado sobre cómo funciona el universo con datos de las microondas cósmicas. fondo. , radiación débil que quedó del Big Bang.
Mientras que el modelo estándar produce una constante de Hubble de aproximadamente 67 a 68 km/s por megaparsec, las mediciones basadas en observaciones telescópicas dan habitualmente valores más altos de 70 a 76 con un promedio de 73 km/s/mpc. Esta discrepancia ha desconcertado a los cosmólogos durante más de una década porque la diferencia de 5 a 6 km/s/mpc es demasiado grande para explicarla por errores en las técnicas de medición o de observación. (Los megapársecs son distancias enormes. Cada una mide 3,26 millones de años luz, y un año luz es la distancia que recorre la luz en un año: 9,4 billones de kilómetros o 5,8 billones de millas).
Debido a que los nuevos datos de Webb descartan sesgos significativos en las mediciones del Hubble, el entusiasmo del Hubble puede deberse a causas desconocidas o lagunas en la comprensión de la física por parte de los cosmólogos, informó el equipo de Reiss.
“Los datos web son como mirar el universo en alta definición por primera vez y realmente mejoran la relación señal-ruido de las mediciones”, afirmó Xiang Li, estudiante graduado de la Universidad Johns Hopkins que trabajó en la investigación.
El nuevo estudio cubre aproximadamente un tercio de toda la muestra de galaxias del Hubble, utilizando como punto de referencia la distancia conocida a una galaxia llamada NGC 4258. A pesar del pequeño conjunto de datos, el equipo logró una precisión impresionante, mostrando diferencias entre mediciones de menos del 2%, mucho más pequeñas que el tamaño estimado del 8-9% del contraste de tensión del Hubble.
Además de analizar estrellas pulsantes llamadas variables Cefeidas, el estándar de oro para medir distancias cósmicas, el equipo realizó mediciones basadas en estrellas ricas en carbono y gigantes rojas brillantes en la misma galaxia. Todas las galaxias observadas por Webb junto con sus supernovas produjeron una constante de Hubble de 72,6 km/s/mpc, que es aproximadamente el mismo valor de 72,8 km/s/mpc encontrado por Hubble para las mismas galaxias.
El estudio incluyó muestras de datos web de dos grupos que trabajaron de forma independiente para refinar la constante de Hubble, uno del equipo SH0ES de Reese (Supernova, H.0para la ecuación de estado de la energía oscura) y de un programa Carnegie-Chicago Hubble, así como de otros grupos. Las mediciones combinadas realizan la determinación más precisa hasta el momento de la exactitud de las distancias medidas con las estrellas cefeidas del Telescopio Hubble, que son fundamentales para determinar la constante de Hubble.
Aunque la constante de Hubble no tiene ningún efecto práctico sobre el sistema solar, la Tierra o la vida cotidiana, sí revela la evolución del universo a muy gran escala: la vasta extensión del espacio mismo estira galaxias distantes y las aleja unas de otras como pasas. En la masa leudante. Es un valor clave que los científicos utilizan para mapear la estructura del universo, profundizar su comprensión de su estado 13-14 mil millones de años después del Big Bang y calcular otros aspectos fundamentales del universo.
Resolver la tensión de Hubble podría revelar nuevos conocimientos sobre mayores inconsistencias con el modelo cosmológico estándar que han salido a la luz en los últimos años, dijo Mark Kamionkowski, cosmólogo de Johns Hopkins que ayudó a calcular la constante de Hubble y recientemente ayudó a desarrollar una posible nueva explicación. excitación
El Modelo Estándar explica la evolución de las galaxias, el fondo cósmico de microondas del Big Bang, la abundancia de elementos químicos en el universo y muchas otras observaciones importantes basadas en las leyes conocidas de la física. Sin embargo, esto no explica completamente la naturaleza de la materia y la energía oscuras, los misteriosos componentes del universo que se estima representan el 96% de su composición y expansión acelerada.
“Una posible explicación para la tensión de Hubble es si falta algo en nuestra comprensión del universo temprano, como un nuevo componente de la materia -la energía oscura primordial- que le dio al universo un shock inesperado después del Big Bang”. dijo Kamionkowski, que no participó en el nuevo estudio. “Y hay otras ideas, como propiedades interesantes de la materia oscura, partículas exóticas, cambios de masa de electrones o campos magnéticos primitivos que podrían funcionar. Los teóricos tienen licencia para ser bastante creativos”.
Otros autores son Dan Scolnick y Tianrui Wu de la Universidad de Duke; Gagandeep S. del Instituto Científico del Telescopio Espacial. Anand, Stefano Casertano y Rachel Beaton; Louise Breuval, Wenlong Yuan, Yukei S. Murakami, Graeme E. Addison y Charles Bennett de la Universidad Johns Hopkins; Lucas M. Macri del NSF NOIRLab; Carolyn D. del Centro de Astrofísica. Huang | Harvard y Smithsonian; Saurabh Jha de Rutgers, Universidad Estatal de Nueva Jersey; Dillon Brout de la Universidad de Boston; Richard I. de la École Polytechnique Fédérale de Lausanne. Anderson; Alexey V. Filippenko de la Universidad de California, Berkeley; y Anthony Carr de la Universidad de Queensland, Brisbane.
Esta investigación fue apoyada por las subvenciones DE-SC0010007 del Departamento de Energía, la Fundación David y Lucille Packard, la Fundación Templeton, la Fundación Sloan, JWST GO-1685 y GO-2875, HST GO-16744 y GO-17312, y Christopher R. Fondo Redlich.