By: Paul Sutter
A partir de 2014, las mediciones de la constante de Hubble , la tasa de expansión actual del universo, comenzaron a discrepar. Las mediciones tomadas desde el universo distante tenían aproximadamente un 10% de descuento en las mediciones tomadas del universo cercano. Si bien eso no parece mucho (y no lo es, considerando las considerables hazañas de la ciencia necesarias para realizar estas mediciones en primer lugar), las incertidumbres en esas mediciones eran solo de alrededor del 2%.
Una diferencia del 10% con una incertidumbre del 2% es estadísticamente significativa y algo que vale la pena investigar. Desde 2014, ha habido más de 300 propuestas de soluciones a esta ” crisis de la cosmología “. Los cosmólogos no acuerdan universalmente ninguna de estas propuestas y, a medida que continúan las mediciones, la crisis sigue empeorando.
El modelo LCDM
Lo que está en juego aquí es nuestra comprensión moderna de la historia del universo, tal como la encapsula el llamado modelo Lambda-CDM, a menudo abreviado como LCDM. Este modelo hace algunas suposiciones básicas, como cualquier otro modelo científico. El modelo asume que la relatividad general es correcta a escalas cosmológicas y que nuestro universo es homogéneo e isotrópico (el mismo en todas las direcciones). Asume que nuestro universo es geométricamente plano y que hay alguna entidad, llamada materia oscura , que no suele interactuar con la materia normal (esa es la parte “CDM”, para “materia oscura fría”). Y asume que hay otra sustancia, llamada energía oscura (esa es la “Lambda”),
Una vez que se establecen esas suposiciones (y lo están, basadas en numerosas observaciones pasadas), el LCDM tiene solo seis parámetros libres. Necesita hacer varias medidas cosmológicas para obtener esos números, pero una vez que lo haga, el modelo puede predecir todo lo demás sobre el universo, hasta e incluyendo la tasa de expansión actual.
Uno de los mejores lugares para precisar los valores de los seis parámetros libres es el fondo cósmico de microondas (CMB), que es la luz que queda de cuando el universo tenía solo 380.000 años. El CMB es útil porque es grande, fácil de medir y simple de entender.
Armado con mediciones del CMB, como las obtenidas de la misión satelital Planck de la Agencia Espacial Europea, puede completar las incógnitas en el modelo LCDM y tener un buen control sobre básicamente toda la historia del cosmos.
Escaleras a las estrellas
Entonces aquí viene la tensión. Las mediciones del universo temprano nos brindan mucha información sobre los parámetros libres del modelo LCDM. Esas mediciones provienen no solo del CMB, sino también de las llamadas oscilaciones acústicas bariónicas, cambios sutiles en las posiciones de las galaxias que quedaron cuando las ondas de sonido gigantes chocaron en el universo temprano, y la abundancia de elementos de luz.
Independientemente de la combinación de mediciones del universo temprano que realice para completar el modelo LCDM, termina prediciendo un valor de la constante de Hubble en algún lugar alrededor de 68 km / s / Mpc.
Vale genial. Trabajo terminado, ¿verdad? No tan rapido.
También puede intentar medir directamente la constante de Hubble. Para hacer esto, necesitas medir las distancias y velocidades de un montón de objetos. Hay muchas opciones, incluidas las supernovas de Tipo Ia , las propiedades de las galaxias, las variables Mira y ciertos tipos de estrellas gigantes rojas .
Con la excepción del método de la gigante roja, todas las mediciones locales de la constante de Hubble revelan un número mucho más alto, más como 74 km / s / Mpc.
Curiosa o frustrantemente, el método de la gigante roja da un número justo en el medio de los dos extremos, de ahí la crisis.
No hay salida
Tenemos dos formas completamente diferentes de abordar la constante de Hubble. Ambos están bien probados, bien estudiados y bien comprendidos. El modelo LCDM tiene un gran éxito al describir y predecir una gran cantidad de observaciones cosmológicas, por lo que nadie tiene tanta prisa por descartarlo. Las mediciones realizadas con el CMB son exquisitas, con mucho, las mediciones más precisas tomadas en toda la historia de la astronomía.
Por otro lado, las mediciones de supernovas también son legítimas. Y diferentes sondas de la constante de Hubble están dando respuestas comparables.
Universo temprano versus universo tardío, global versus local, gran escala versus pequeña escala; no importa cómo se mida, estas dos perspectivas del universo deberían coincidir, pero no es así. Deberíamos tener un valor común y acordado para la constante de Hubble, pero no es así.
Los cosmólogos están muy interesados en esta “crisis” porque es la primera cosa interesante que sucede en cosmología desde el descubrimiento de la energía oscura hace más de 20 años. Cuando las medidas no concuerdan, es la naturaleza quien nos susurra. Aquí hay espacio, y quizás una oportunidad, para aprender más sobre el cosmos.
Hasta la fecha, ha habido más de 300 propuestas de soluciones a la crisis de la cosmología. Algunos piden física adicional en la era del CMB. Algunos piden que la energía oscura haga algo extraño en el pasado reciente. Algunos alteran la física a un nivel fundamental , arruinando nuestras observaciones de supernovas.
Sin embargo, ninguna propuesta puede explicar la riqueza de la evidencia cosmológica, y no estamos ni cerca de un consenso para una solución.
Personalmente creo que “si es interesante, probablemente esté mal”. La explicación más aburrida de la crisis es que estamos malinterpretando algo sobre la medición de la constante de Hubble a escalas locales.
Pero solo el tiempo lo dirá.
