Una solución a uno de los grandes misterios de la cosmología

El estudio, realizado por las Universidades de Bonn y St Andrews, sugiere una posible nueva explicación para la inquietud del Hubble.

El universo se está expandiendo. La velocidad de esto se describe mediante lo que se llama la constante de Hubble-Lameter. Pero hay desacuerdo sobre el verdadero tamaño de esta constante: diferentes métodos de medición proporcionan valores contradictorios. Esta llamada “tensión del Hubble” constituye un misterio para los cosmólogos. Ahora investigadores de las universidades de Bonn y St Andrews proponen una nueva solución: utilizando una teoría alternativa de la gravedad, la discrepancia en los valores medidos se puede explicar fácilmente: la fluctuación del Hubble desaparece. El estudio ha sido publicado ahora en Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society (MNRAS).

Comprender la expansión del universo.

La expansión del universo hace que las galaxias se alejen unas de otras. La velocidad a la que lo hacen es proporcional a la distancia entre ellos. Por ejemplo, si la galaxia A está dos veces más lejos de la Tierra que la galaxia B, entonces su distancia a nosotros también aumenta dos veces más rápido. El astrónomo estadounidense Edwin Hubble fue uno de los primeros en reconocer esta conexión.

Para calcular a qué velocidad se alejan dos galaxias una de otra, es necesario saber a qué distancia están. Sin embargo, esto también requiere una constante por la cual se debe multiplicar esta distancia. Se trata de la llamada constante de Hubble-Lameter, que es un parámetro fundamental en cosmología. Su valor puede determinarse, por ejemplo, observando regiones muy distantes del universo. Esto da una velocidad de unos 244.000 kilómetros por hora por hora. megapársec Distancia (un megaparsec equivale a poco más de tres millones de años luz).

(Azul; los puntos amarillos representan galaxias individuales). La Vía Láctea (verde) se encuentra en una región con poca materia. Las galaxias en la burbuja se están moviendo hacia densidades de materia más altas (flechas rojas). Por tanto, el universo parece expandirse más rápidamente dentro de la burbuja. Fuente de la imagen: A.G. Krupa/Universidad de Bonn

Inconsistencia en las mediciones.

“Pero también se pueden observar objetos celestes que están mucho más cerca de nosotros: las llamadas supernovas de clase 1A, que son un tipo particular de estrella en explosión”, explica el profesor Dr. Pavel Krupa del Instituto Helmholtz de Radiación y Física Nuclear de Helmholtz. Universidad. Universidad de Bonn. Es posible determinar con mucha precisión la distancia de la Supernova 1a a la Tierra. También sabemos que los objetos brillantes cambian de color a medida que se alejan de nosotros, y cuanto más rápido se mueven, más fuerte es el cambio. Esto es similar a una ambulancia, cuyas sirenas suenan más profundamente a medida que se alejan de nosotros.

Si ahora calculamos la velocidad de la supernova 1a a partir de su cambio de color y la relacionamos con su distancia, llegamos a un valor diferente para la constante de Hubble-Lameter: poco menos de 264.000 kilómetros por hora por millón de pársec de distancia. “El universo parece expandirse más rápido en nuestra vecindad inmediata (una distancia de unos tres mil millones de años luz) que en su totalidad”, dice Krupa. “Y ese realmente no debería ser el caso”.

Sin embargo, recientemente ha surgido una observación que podría explicar esto. Según esto, la Tierra está situada en una región del espacio donde hay relativamente poca materia, lo que es como una burbuja de aire en un pastel. La densidad de la materia es mayor alrededor de la burbuja. De este material circundante surgen fuerzas gravitacionales que atraen a las galaxias de la burbuja hacia los bordes de la cavidad. “Por eso se están alejando de nosotros más rápido de lo esperado”, explica el Dr. Indranil Banik de la Universidad de St Andrews. Por lo tanto, las anomalías pueden explicarse simplemente por una “caída de densidad” local.

De hecho, otro grupo de investigación midió recientemente la velocidad media de un gran número de galaxias a 600 millones de años luz de distancia. “Se ha descubierto que estas galaxias se alejan de nosotros cuatro veces más rápido de lo que permite el modelo cosmológico estándar”, explica Sergey Mazurenko del grupo de investigación de Krupa, que participó en el estudio actual.

Burbuja en la masa del universo.

Esto se debe a que el Modelo Estándar no prevé densidades o “burbujas” tan bajas; en realidad, no deberían existir. En cambio, el material debe distribuirse uniformemente en el espacio. Sin embargo, si este fuera el caso, sería difícil explicar las fuerzas que empujan a las galaxias a alcanzar su alta velocidad.

“El modelo estándar se basa en la teoría de la naturaleza de la gravedad de Albert Einstein”, dice Krupa. “Sin embargo, las fuerzas gravitacionales pueden comportarse de manera diferente a lo que predijo Einstein”. Grupos de trabajo de las universidades de Bonn y St Andrews utilizaron una teoría de la gravedad modificada en una simulación por ordenador. Esta “Dinámica Newtoniana Modificada” (abreviatura: MOND) fue propuesta hace cuatro décadas por el físico israelí Profesor Dr. Mordehai Milgrom. Todavía hoy se considera una teoría externa. “En nuestros cálculos, MOND predice con precisión la existencia de este tipo de burbujas”, afirma Krupa.

Si se supusiera que la gravedad se comporta realmente según las suposiciones de Milgrom, la tensión de Hubble desaparecería: en realidad sólo habría una constante para la expansión del universo y las desviaciones observadas se deberían a una distribución irregular de la materia.

Referencia: “Resolución simultánea del tensor de Hubble y el flujo masivo observado durante 250 horas −1 megaparsec” por Sergey Mazurenko, Indranil Banik, Pavel Krupa y Moritz Hasselbauer, 2 de noviembre de 2023, Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society.
doi: 10.1093/mnras/stad3357

Además de la Universidad de Bonn, en el estudio también participaron la Universidad de St. Andrews (Escocia) y la Universidad Carolina de Praga (República Checa). El trabajo fue financiado por el Consejo de Instalaciones Científicas y Tecnológicas del Reino Unido.