Un grupo de investigadores plantea utilizar quásares para medir la aceleración de la expansión del universo. Aunque podría parecer una técnica más, de las muchas que se emplean, para un cometido bien conocido, podría tener sus ventajas y arrojar más luz sobre un aspecto muy intrigante del cosmos…
El uso de quásares para medir la expansión y otras técnicas…
Medir la aceleración de la expansión del universo es más complejo de lo que podría parecer. La mayoría de los métodos que se utilizan dependen del modelo. Un ejemplo es el uso de supernovas lejanas. Se compara el brillo estándar de una supernova de tipo Ia con el brillo aparente, determinando así la distancia a la que está. Pero, para poder conocer el brillo estándar, hace falta compararlas con las variables Cefeidas. Se trata de un tipo de estrella variable muy útil. El inconveniente es que su brillo se determina midiendo la distancia a la que están.
Cada escalón de la escalera cósmica de distancias depende del peldaño anterior. Por lo que, aunque las mediciones no tienen por qué ser incorrectas, es posible caer en errores y contradicciones. En los últimos años, ha quedado demostrado que la aceleración de la expansión del universo no concuerda cuando se mide en el universo lejano y cercano. Por lo que, o bien podría haber un error sistemático en los datos, o algo no termina de cuadrar en el modelo cosmológico. Una posible solución sería desarrollar nuevas formas de medir esa aceleración.
A poder ser, debería tratarse de técnicas que no dependan de modelos. En este sentido, se han producido avances al utilizar diferentes métodos, como máseres astronómicos (a grandes rasgos, una fuente natural de emisiones en el espectro de microondas) así como ondas gravitacionales. Ambos han resultado muy prometedores. Ahora, además, un nuevo estudio añade un método muy llamativo. El uso de quásares y la técnica de lentes gravitacionales. A fin de cuentas, son objetos extremadamente brillantes y lejanos.
Los potentes quásares para medir el universo lejano
Los quásares son el producto de agujeros negros supermasivos muy activos en galaxias jóvenes. La luz de los quásares ha viajado durante miles de millones de años hasta llegar a la Tierra. Por tanto, está desplazada hacia el rojo por la expansión del universo durante este tiempo. Así que, en lugar de intentar medir la distancias a estos quásares, el nuevo método que se ha planteado observa los quásares a través de una lente gravitacional. Es decir, aprovechando la presencia de galaxias más cercanas, entre nosotros y el quásar, que actúan como gigantescas lupas.
El mecanismo es sencillo. La gravedad de esa galaxia intermedia curva la luz del quásar a su alrededor. Por ello, es posible, generalmente, ver múltiples imágenes del quásar, en lugar de una sola. Cada una de estas imágenes es el resultado de la luz recorriendo un camino diferente al ser amplificada por la galaxia intermedia. Debido a la lente gravitacional, el recorrido de la luz de cada una de esas imágenes puede llegar a variar en docenas de años-luz. Es decir, las imágenes del quásar pueden tener décadas de diferencia entre sí.
Como el universo siempre está en expansión, un quásar más joven estará menos desplazado al rojo que uno más viejo. La idea es tan sencilla como atractiva. Basta comparar el desplazamiento al rojo de los quásares observados, cerca de una galaxia, para determinar cuánto se ha expandido el universo a lo largo de una década o siglo. Si se hace esto con galaxias a diferentes distancias, se podrá determinar no solo el ritmo de la aceleración de la expansión del universo, sino también si ese ritmo ha cambiado con el paso del tiempo.
No está exento de dificultades
El inconveniente es que comparar este desplazamiento al rojo es muy difícil. La diferencia entre dos imágenes de un mismo quásar puede ser tremendamente pequeña. Como la luz ha recorrido una distancia enorme, su espectro de luz estará difuminado por el gas con el que se ha encontrado en su camino hasta llegar a nosotros. Es un efecto conocido como ensanchamiento Doppler. Provoca que sea imposible comparar desplazamientos al rojo de forma directa. Pero los investigadores plantean una posible solución para evitarlo.
Proponen un método al que han denominado intensidad de correlación de puntos (o motas, intensity correlation speckles en inglés). La técnica utiliza la luz, con el ensanchamiento Doppler, de la imagen de un quásar y la convierte en una línea media. Como dos imágenes que hayan recorrido una lente gravitacional tendrán un ensanchamiento similar al comprimirlas, la diferencia principal estará en su desplazamiento al rojo. Esto permitirá comparar ambas imágenes al observar cómo se interfieren. Es un efecto óptico que tiene un análogo en la música.
Dos notas musicales diferentes pueden interferir para crear un gorjeo (un sonido cuyo tono aumenta y desciende). En principio, el método podría permitir obtener una medición precisa de la evolución de la expansión del universo. Podría incluso permitir resolver el dilema con la constante de Hubble. El siguiente paso sería crear un detector, para telescopios terrestres, que pueda realizar esta medición. Si están en lo cierto, podríamos estar a las puertas de obtener un valor único para la aceleración de la expansión del universo. Pero habrá que ver si realmente sucede…
Estudio
El estudio es R. Merlin, N. Green, I. Szapudi y G. Tarlé; «Intensity correlation speckles as a technique for removing Doppler broadening«. Publicado en la revista Physical Review A el 12 de abril de 2021. Puede consultarse en arXiv, en este enlace.
Referencias: Universe Today
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