¿Cuál es la velocidad de la expansión del universo? Sabemos que el cosmos están en crecimiento desde el Big Bang. Sin embargo, entender cuál es la aceleración, exactamente, es más complicado de lo que podría parecer a priori, porque diferentes métodos dan diferentes respuestas…

La expansión del universo está comprobada

La expansión del universo es más rápida de lo pensado
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El campo ultraprofundo de Hubble, observado en 2012.
Crédito: NASA, ESA, R. Ellis (Caltech), and the HUDF 2012 Team

Hay varias formas diferentes de comprobar la expansión del universo. Como quizá sepas, esto quiere decir que, en el pasado, era mucho más pequeño. Concretamente, hace 13.800 millones de años, todo estaba concentrado en un punto increíblemente denso y caliente. Si avanzamos desde ese momento, lo que nos encontramos es los primeros instantes del universo. Lo que conocemos popularmente como el Big Bang.

La pregunta es evidente, ¿a qué velocidad se expande el universo? Los objetos más lejanos se alejan de nosotros más rápido, así que se utiliza una unidad un tanto extraña para describir la expansión, velocidad por distancia. Si doblas la distancia, la velocidad de un objeto también se aleja. El concepto, como quizá sepas, es lo que se conoce como la llamada Constante de Hubble, que Edwin Hubble intentó calcular a principios del siglo XX.

Desde entonces ha habido varios intentos para refinarla. Está en torno a 70 kilómetros por segundos por megapársec (que se escribe así: 70 km/s/Mpc). Un megapársec es un millón de pársecs o, dicho de otra manera, 3,26 millones de años-luz. La Galaxia de Andrómeda está a menos de un megapársec de nosotros (a 2,5 millones de años-luz). En definitiva, en un universo que se expanda infinitamente, un objeto a 1 megapársec se aleja a 70 km/s. Otro a 10 megapársecs lo hace a 700 km/s… y así sucesivamente.

Diferentes valores para diferentes métodos

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Los tres pasos para medir la constante de Hubble.
Crédito: NASA, ESA, A. Feild (STScI), y A. Riess (STScI/JHU). Traducción: Alex Riveiro/Astrobitácora

Pero lo realmente desconcertante es que hay varias formas de medir la Constante de Hubble. Una es hacerlo de forma local. Es decir, examinando las galaxias más cercanas a la Vía Láctea, y midiendo sus distancias y velocidades. Hay varias formas de determinarlo pero, lo importante, es que con este método, obtenemos que la Constante de Hubble es de 73km/s/Mpc, algo más que la cifra que había mencionado antes.

Otra forma de estudiarlo es observar el universo en sus inicios. Es decir, mirar a las cosas más distantes. Unos 375.000 años tras su formación, el cosmos se había enfriado lo suficiente para volverse transparente. Todavía estaba muy caliente. Hoy en día, vemos lo que queda de aquel calor en todo el firmamento. A medida que el universo siguió expandiéndose se fue enfriando. Hoy en día, lo vemos como un brillo de microondas en todas direcciones.

Ese brillo también nos puede permitir comprender cómo eran las condiciones en el universo en aquel momento. Se puede utilizar para calcular la Constante de Hubble, y se ha hecho. El valor es de 67/km/s/Mpc. Un valor muy diferente al que obtenemos si examinamos las galaxias más cercanas. Pero, ¿por qué? Todos los métodos locales nos dan una cifra similar a la más grande, y los distantes, una más pequeña.

La expansión del universo es más rápida de lo que podemos explicar

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La estrella RS Puppis es una variable Cefeida.
Crédito: NASA / Hubble

En cierto modo, es como si el mismísimo Universo no se pusiese de acuerdo consigo mismo. Aunque hay que decir que esa discrepancia solo se ha hecho evidente en tiempos más recientes. En los primeros cálculos, cuando había mucha margen de error, era posible que el valor real no fuese tan dispar. Hasta no hace mucho, no eramos capaces de obtener cifras precisas para la Constante de Hubble. Pero claro, ¿cuál es la respuesta correcta? ¿una? ¿las dos? ¿ninguna?

Un estudio publicado el 22 de febrero de 2018 está siendo muy intrigante. Apunta a que podríamos estar ante aspectos de la física que todavía no conocemos. En él, se utilizó el Telescopio Espacial Hubble para examinar un tipo de estrella muy particular: las variables Cefeidas. Destacan por expandirse y contraerse a lo largo del tiempo, y subir y bajar de brillo a medida que lo hacen. Son extremadamente regulares.

A principios del siglo pasado se descubrió que su período, el tiempo que tardan en expandirse y contraerse, dependía de la cantidad de energía que emiten. De tal manera que, si puedes calcular el período de una variable Cefeida, puedes determinar su luminosidad. Por extensión, si puedes calcular qué brillo tiene una estrella de este tipo, puedes calcular a qué distancia se encuentra. Es muy importante.

Siguiendo los pasos de Hubble

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Imagen del telescopio Hubble poco después de separarse del transbordador Discovery, en 1990.
Crédito: NASA

Las variables Cefeidas son candelas estándar. Es decir, se utilizan para medir distancias en el espacio. A fin de cuentas, vemos Cefeidas en otras galaxias, por lo que tenemos un método para determinar las distancias a ellas. Sin ir más lejos, ese fue el sistema utilizado por Edwin Hubble para determinar la distancia a alguna de las galaxias más cercanas en la década de 1920. Casi un siglo después, los resultados son mucho más precisos.

El equipo de investigadores observó 7 variables Cefeidas de nuestra propia galaxia y midió su brillo y su distancia con el telescopio Hubble. Después, utilizando el mismo telescopio, observaron Cefeidas de otras galaxias. Algo útil porque permite que todas las observaciones partan de la misma base. Es más difícil obtener los mismos resultados si se utilizan instrumentos diferentes. De ahí el interés de este estudio en particular.

En él, se indica que las distancias a las 7 Cefeidas observadas en la Vía Láctea van desde los 5.500 a los 12.000 años-luz. Una vez hechas esas mediciones, se centraron en las estrellas variables Cefeidas de otras galaxias y llegaron a la conclusión de que el valor local de la Constante de Hubble es de 73.48 ± 1.66 km/s/Mpc. Es decir, solo un 4% más pequeño que el valor obtenido hasta ahora a nivel local.

Comprendiendo por qué la expansión del universo es más rápida de lo pensado

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La galaxia de Andrómeda.
Crédito: Lorenzo Comolli

Lo más importante, sin embargo, es que se ha reducido considerablemente el margen de error. Es decir, estamos ante un valor mucho más exacto. Algo que refuerza la idea de que la cifra que obtenemos al examinar el Universo en su infancia es mucho más pequeña. Es decir, la conclusión es que las cosas eran diferentes en el inicio del universo. De hecho, la posibilidad de que esa discrepancia sea una simple coincidencia es de 1 entre 4.600.

¿A dónde nos lleva todo esto? Lo más obvio es que parece que el Universo se expande más rápido de lo que lo hacía en el pasado, pero esa no es la parte sorprendente de todo esto. Ya sabíamos que la expansión del universo está acelerando. De hecho se descubrió allá por 1998. Lo sorprendente es que los nuevos resultados indican que la aceleración de la velocidad de expansión es mayor de lo que se pensaba.

Las explicaciones para esto son algo más complicadas. Quizá sea un producto de la energía oscura, esa forma de energía, que supone la mayor parte de la composición del universo, que es la responsable de la aceleración. Podría ser más fuerte de lo esperado. Puede que su cantidad aumente con el tiempo, que es una idea que se ha planteado en varias ocasiones. Lo que pasa es que no sabemos qué es la energía oscura.

Una ventana a nuevos conocimientos

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Esta imagen del telescopio Hubble muestra algunas de las galaxias más distantes del universo.
Crédito: NASA

Pero, quizá el universo se expande más rápido debido a otros factores. Podría ser la materia oscura (hablé tanto de la energía como la materia oscura en este artículo). No podemos verla de forma directa y tampoco la comprendemos todo lo bien que nos gustaría. Se estima que es 5 veces más abundante que la materia normal (la que vemos constantemente) del universo. Sabemos que está ahí fuera.

Pero si se comporta de alguna manera extraña, porque a lo mejor interaccione con la materia normal un poco, podría afectar a cómo evoluciona el cosmos a lo largo del tiempo. La respuesta definitiva, sin embargo, es que no sabemos por qué el universo se expande incluso más rápido de lo que se pensaba. Y eso está bien. Porque nos permite recordar que hay mucho que todavía tenemos que comprender.

Mucho del conocimiento que tenemos en la actualidad es muy reciente. Sin ir más lejos, apenas hace un siglo que sabemos que existen otras galaxias. Solo hace dos décadas desde que nos dimos cuenta de que la expansión del universo está acelerando. Estamos comenzando a dar nuestros primeros pasos en este campo. A eso hay que sumarle que nuestra tecnología y nuestras teorías no son perfectas. Tienen sus límites.

Un trabajo incesante

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La galaxia del Triángulo.
Crédito: Alexander Meleg

Lo bueno de la ciencia es que este tipo de hallazgos son los que nos recuerdan por qué es tan importante. Nos ayuda a entender lo que vemos a nuestro alrededor… y también lo que no podemos ver. Hay muchas cosas que todavía no comprendemos, y sería un craso error pensar que estamos, ni siquiera, remotamente cerca de llegar a conocer todo lo que hay que conocer. El universo es un buen recordatorio.

Habrá que ver en qué queda todo esto en el futuro, pero resulta interesante que la Constante de Hubble a nivel local sea más alta de lo que se pensaba hasta ahora. Aunque parezca poco, hay mucha diferencia entre 70 km/s/Mpc y 73 km/s/Mpc. Ya no digamos si lo comparamos con los 67 km/s/Mpc del universo en su infancia. Ese es otro valor, por cierto, que sin duda se refinará en el futuro, cuando entren en funcionamiento instrumentos más potentes que nos permitan observarlo con mayor precisión.

¿Qué aprenderemos a medida que comprendamos por qué la expansión del universo es más rápida de lo que se creía? Es difícil saberlo, pero seguro que será interesante, aunque por ahora toca tener paciencia y prestar mucha atención a los estudios que vayan saliendo próximamente. El estudio mencionado anteriormente, en este artículo, no está disponible. Será publicado próximamente en la revista The Astrophysical Journal.

Referencias: Hubblesite, Bad Astronomy