¿Evidencia de una nueva Física en el Universo?

Las galaxias en el universo se alejan unas de otras, gracias a la expanción acelerada del Universo.  La tasa a la cual se expande el Universo se llama constante de Hubble y en la actualidad su valor ronda los 73 kilómetros por segundo por megapársecs. 

Recientemente, astrónomos han utilizado el Telescopio Espacial Hubble de la NASA para hacer las mediciones más precisas de la tasa de expansión del universo desde que se calculó por primera vez hace casi un siglo. Curiosamente, los resultados están forzando a los astrónomos a considerar que pueden estar en  evidencia de algo inesperado.

Eso es porque el último hallazgo de Hubble confirma una persistente discrepancia que muestra que el universo se expandirá más rápido ahora de lo que se esperaba. Los investigadores sugieren que puede haber nueva física para explicar la incoherencia.

 "La comunidad realmente está tratando de comprender el significado de esta discrepancia", dijo el investigador principal y Premio Nobel Adam Riess del Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial (STScI) y la Universidad Johns Hopkins, ambos en Baltimore, Maryland. 

El equipo de Riess, que incluye a Stefano Casertano, también de STScI y Johns Hopkins, ha utilizado el Hubble en los últimos seis años para refinar las mediciones de las distancias a las galaxias, usando sus estrellas como marcadores.

El nuevo estudio del equipo amplía la cantidad de estrellas analizadas a distancias hasta 10 veces más alejadas del espacio que los resultados previos de Hubble.

Créditos: NASA, ESA, A. Feild (STScI), and A. Riess (STScI/JHU)

Pero el valor de Riess refuerza la disparidad con el valor esperado derivado de las observaciones de la expansión del universo temprano, 378,000 años después del Big Bang: el evento violento que creó el universo aproximadamente hace 13.800 millones de años. Esas mediciones fueron hechas por el satélite Planck de la Agencia Espacial Europea, que mapea el fondo de microondas cósmico, una reliquia del Big Bang. La diferencia entre los dos valores es de alrededor del 9 por ciento. Las nuevas mediciones de Hubble ayudan a reducir la posibilidad de que la discrepancia en los valores sea una coincidencia de 1 en 5,000.

 El resultado de Planck predijo que el valor de la constante de Hubble ahora debería ser de 67 kilómetros por segundo por megaparsec (3,3 millones de años luz), y no podría ser superior a 69 kilómetros por segundo por megaparsec. Esto significa que por cada 3,3 millones de años luz que una galaxia está más lejos de nosotros, se está moviendo a 67 kilómetros por segundo más rápido. Pero el equipo de Riess midió un valor de 73 kilómetros por segundo por megaparsec, lo que indica que las galaxias se mueven a un ritmo más rápido que lo que implican las observaciones del universo temprano.

 Los datos de Hubble son tan precisos que los astrónomos no pueden descartar la brecha entre los dos resultados como errores en una única medida o método. "Ambos resultados se han probado de múltiples maneras, por lo que salvo una serie de errores no relacionados", explicó Riess, "es cada vez más probable que esto no sea un error sino una característica del universo".

Explicando la discrepancia

Riess delineó algunas posibles explicaciones para el desajuste, todo relacionado con el 95 por ciento del universo que está envuelto en la oscuridad. Una posibilidad es que la energía oscura, que ya se sabe que está acelerando el cosmos, puede alejar a las galaxias una de la otra con una fuerza incluso mayor o creciente. Esto significa que la aceleración misma puede no tener un valor constante en el universo, sino que cambia con el tiempo en el universo. Riess compartió un Premio Nobel por el descubrimiento de 1998 del universo en aceleración.Otra idea es que el universo contiene una nueva partícula subatómica que viaja cerca de la velocidad de la luz. Tales partículas rápidas se denominan colectivamente "radiación oscura" e incluyen partículas previamente conocidas como neutrinos, que se crean en reacciones nucleares y desintegraciones radiactivas. A diferencia de un neutrino normal, que interactúa por una fuerza subatómica, esta nueva partícula se vería afectada solo por la gravedad y recibe el nombre de "neutrino estéril".Otra posibilidad atractiva es que la materia oscura (una forma invisible de materia que no está formada por protones, neutrones y electrones) interactúa más fuertemente con la materia normal o la radiación de lo que se suponía anteriormente.Cualquiera de estos escenarios cambiaría los contenidos del universo temprano, dando lugar a inconsistencias en los modelos teóricos. Estas inconsistencias darían como resultado un valor incorrecto para la constante de Hubble, deducido de las observaciones del cosmos joven. Este valor estaría en desacuerdo con el número derivado de las observaciones de Hubble.Riess y sus colegas todavía no tienen ninguna respuesta a este problema, pero su equipo continuará trabajando para afinar la velocidad de expansión del universo. Hasta ahora, el equipo de Riess, llamado Supernova H0 para la Ecuación de Estado (SH0ES), ha reducido la incertidumbre al 2.3 por ciento. Antes de que se lanzara Hubble en 1990, las estimaciones de la constante de Hubble variaban en un factor de dos. Uno de los objetivos clave de Hubble fue ayudar a los astrónomos a reducir el valor de esta incertidumbre dentro de un error de solo el 10 por ciento. Desde 2005, el grupo ha estado en una búsqueda para refinar la precisión de la constante de Hubble a una precisión que permite una mejor comprensión del comportamiento del universo.

Fuente: NASA
+ info:
https://www.nasa.gov/feature/goddard/2018/improved-hubble-yardstick-gives-fresh-evidence-for-new-physics-in-the-universe