Un grupo de investigadores plantea utilizar la densidad de energía como herramienta para medir la constante de Hubble. Si su planteamiento es correcto, esto podría ayudar a resolver la tensión de Hubble. Uno de los dilemas más llamativos de la cosmología moderna, que todavía no tiene solución…
La densidad de energía y su papel en la tensión de Hubble
El estudio busca resolver la tensión de Hubble. Hay que recordar que la tensión hace referencia a la discrepancia en el valor de la constante de Hubble. Este, a su vez, es el nombre que se le da al ritmo de la aceleración de la expansión del universo. La tensión existe porque, en función de qué técnica se utilice, obtenemos dos valores diferentes. El método local da un valor que suele encontrarse en torno a 72 km/s/Mpc (kilómetros por segundo por megapársec, es decir, 3,26 millones de años-luz). El método con la radiación de fondo de microondas es de 67 km/s/Mpc.
Alex Krolewski, autor principal del estudio, ha explicado que «la tensión de Hubble entre las mediciones a gran escala en los primeros instantes del universo, y las mediciones locales en el presente, del ritmo de expansión del universo ha llegado al nivel 5 sigma. Es decir, hay una probabilidad de menos del 0.0000003% de que ocurra por casualidad». La diferencia entre ambos métodos es suficientemente importante. Es algo que apunta a que podría haber una laguna en nuestro conocimiento y comprensión del universo tal y como lo conocemos.
El método de medición local recurre a la escalera de distancias cósmica. Utiliza objetos cercanos como las estrellas variables Cefeidas y las supernovas de Tipo 1A como cándelas estándar. Es decir, objetos cuyo brillo está bien entendido. Al medir la distancia a estos objetos, y su desplazamiento al rojo, es posible calcular la constante de Hubble. El método del universo en su infancia consiste en medir la radiación de fondo de microondas y su horizonte de sonido. Es una medida estándar en la cosmología y mide la distancia máxima recorrida por las ondas desonido en la infancia del universo.
Métodos que obligan a realizar suposiciones
Específicamente, esas mediciones especifican la distancia máxima recorrida por las ondas de sonido antes de que la luz y la materia se separasen. Cada método obliga a los investigadores a realizar diferentes suposiciones sobre el Modelo Estándar (también llamado Lambda-CDM). Esto ha llevado a los investigadores a modificar la física del universo en su infancia para reducir el horizonte de sonido. Algo que permite aumentar el valor de la constante de Hubble derivado de los datos de la radiación de fondo de microondas, reduciendo la discrepancia.
El problema es la dependencia del horizonte de sonido y, por tanto, del Modelo Estándar. El objetivo de Krolewski y su equipo es eliminar este inconveniente. Krolewski explica que «nuestro nuevo método, en su lugar, estima la densidad de energía total del universo o la densidad crítica, que está directamente relacionada con el ritmo de expansión. Como dijo John Archibald Wheeler, ‘el espaciotiempo le dice a la materia como moverse; la materia le dice al espaciotiempo cómo curvarse». La técnica de los investigadores es un método completamente nuevo para medir la constante de Hubble.
Lo hace a partir de las observaciones de estructuras a gran escala, con poco desplazamiento al rojo, independientes del horizonte de sonido. El método combina cuatro mediciones independientes para calcular la constante de Hubble. Concretamente, se trata de la densidad física de los fotones a partir de la temperatura CMB, el ratio de bariones a fotones derivado de la abundancia de deuterio en la infancia del universo, la fracción de bariones a partir de la amplitud de las oscilaciones acústicas de bariones en los cúmulos de galaxias, y la densidad geométrica de la materia de las mediciones de Alcock-Paczynski.
La densidad de energía puede ser una herramienta muy útil
«Nuestro método se basa en comenzar a partir de las densidades de energía, bien conocidas, de fotones y materia ordinaria, así como la densidad de energía total del universo», explica Krolewski. La innovación en su método está en la extracción de la fracción de bariones a partir de los datos de apilamiento de las galaxias. Un parámetro que, generalmente, pasa desapercibido en los análisis estándar de datos. Esta medición denota la proporción de materia normal frente a materia total (que incluye la materia oscura) en el universo. El parámetro sería 1 si toda la materia del universo fuese bariónica y cero si fuese solo materia oscura.
El método del horizonte de sonido utiliza datos sobre la distribución de las oscilaciones acústicas de bariones, que son ondas en la distribución de materia. Por otro lado, la medición de la fracción de bariones se centra en la fuerza de estas ondas, haciendo que sea independiente del horizonte de sonido. Los investigadores han utilizado su nuevo método y lo han puesto a prueba con los datos de la Encuesta Espectroscópica de Oscilaciones de Bariones (BOSS DR12) de la Sloan Digital Sky Survey. Su método da una cifra de 67,1 km/s/Mpc para la constante de Hubble (con un margen de error de +6,3/-5,3).
Este valor encaja con ambas mediciones y, por tanto no favorece ningún lado de la tensión. Los investigadores han puesto a prueba su método con imitaciones de encuestas de galaxias, con diferentes modelos cosmológicos y han observado que siempre lograban obtener el valor correcto de la expansión del universo. Estos hallazgos, en cualquier caso, no resuelven la tensión de Hubble de manera definitiva. Será necesario recurrir a futuras campañas de observación y a herramientas como el telescopio Euclid para poder establecer mejores límites…
Estudios
Los estudios son:
A. Krolewski, W. Percival y A. Woodfinden; «A new method to determine H0 from cosmological energy-density measurements». Publicado en la revista Physical Review Letters el 12 de marzo de 2025. Puede consultarse en arXiv, en este enlace.
A. Krolewski y W. Percival; «Measuring the baryon fraction using galaxy clustering». Publicado en la revista Physical Review D el 12 de marzo de 2025. Puede consultarse en este enlace.
Referencias: Phys
