Los astrónomos se acercan a la energía oscura con una constante de Hubble refinada

El nombre de “energía oscura” es sólo un marcador para la fuerza – sea la que sea – que provoca que se expanda el universo. Pero los astrónomos tal vez están acercándose a complrender esta fuerza con nuevas observaciones de varias estrellas variables Cefeidas del Telescopio Espacial Hubble, el cual ha refinado las medidas del índice de expansión actual con una precisión en la que el error es menor de un cinco por ciento. El nuevo valor para el índice de expansión, conocido como constante de Hubble, o H0 (por Edwin Hubble que fue el primero en medir la expansión del universo hace casi un siglo), es de 74,2 kilómetros por segundo por megapársec (con un margen de error de ± 3.6). Los resultados concuerdan estrechamente con una medida anterior lograda por Hubble de 72 ± 8 km/s/megapársec, pero ahora tiene el doble de precisión.

La medida de Hubble, llevada a cabo por el Equipo SHOES (Supernova H0 para la Ecuación de Estado) liderado por adam Riess, del Instituto Científico del Telescopio Espacial y la Universidad Johns Hopkins, usa un número de refinamientos para suavizar y reforzar la construcción de una “escalera de distancia”, de mil millones de años de longitud, que los astrónomos usan para determinar el índice de expansión del universo.

Las observaciones de Hubble de las variables pulsantes Cefeidas en un cercano marcador de kilometraje cósmico, la galaxia NGC 4258, y las galaxias anfitrionas de recientes supernovas, vinculan directamente estos indicadores de distancia. El uso de Hubble para pasar estos travesaños de la escalera eliminan los errores sistemáticos que son introducidos casi obligatoriamente al comparar medidas de distintos telescopios.

Riess explica la nueva técnica: “Es como medir un edificio con una larga cinta métrica en lugar de mover una vara de extremo a extremo. Evitas la composición de pequeños errores que hacer cada vez que mueves la vara. Cuanto mayor sea el edificio, mayor será el error”.

Lucas Macri, profesor de física y astronomía en la Universidad de Texas A&M, y significativo contribuyente a los resultados dijo: “Las Cefeidas son la columna vertebral de la escalera de distancia debido a que sus periodos de pulso, que son observados con facilidad, se correlacionan directamente con su luminosidad. Otro refinamiento de nuestra escalera es el hecho que hemos observado las Cefeidas en las partes del infrarrojo cercano del espectro electromagnético donde estas estrellas variables son mejores indicadores de distancia que en las longitudes de onda ópticas”.

Este nuevo valor más preciso de la constante de Hubble se usó para probar y restringir las propiedades de la energía oscura, la forma de energía que produce una fuerza repulsiva en el espacio, la cual está causando que el índice de expansión del universo acelere.

Catalogando la historia de expansión del universo entre hoy y cuando el universo tenía sólo aproximadamente 380 000 años de antigüedad, los astrónomos fueron capaces de colocar límites a la naturaleza de la energía oscura que está causando que la expansión se acelere. (Las medidas para el lejano y primordial universo se derivan de las fluctuaciones del fondo de microondas cósmico, como resolvió la Sonda de Anisotropía de Microondas Winkinson de la NASA, WMAP, en 2003.)

Sus resultados son consistentes con la interpretación más simple de la energía oscura: es decir es matemáticamente equivalente a la constante cosmológica teorizada por Albert Einstein, introducida hace un siglo para empujar el tejido del espacio y evitar que el universo se colapsara bajo el tirón de la gravedad. (No obstante, Einstein, eliminó la constante una vez que se descubrió la expansión del universo por Edwin Hubble.)

“Si pones en una caja todas las formas en las que la constante cosmológica podría diferir de la energía oscura, esa caja sería ahora tres veces menor”, dice Riess. “Eso es un progreso, pero aún tenemos un largo camino que recorrer para descubrir la naturaleza de la energía oscura”.

Aunque la constante cosmológica se concibió hace mucho tiempo, las pruebas observacionales para la energía oscura no han llegado hasta hace 11 años, cuando dos estudios, uno liderado por Riess y Brian Schmidt del Observatorio del Monte Stromlo, y otro por Saul Perlmutter del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, descubrieron la energía oscura de forma independiente, en parte con observaciones de Hubble. Desde entonces los astrónomos han estado realizando observaciones para caracterizar mejor la energía oscura.

La aproximación de Riess para ajustar las explicaciones alternativas para la energía oscura — ya sea una constante cosmológica estática o un campo dinámico (como la fuerza repulsiva que dirigió la inflación tras el Big Bang) — es refinar aún más las medidas de la historia de expansión del universo.

Antes de que se lanzara Hubble en 1990, las estimaciones de la constante de Hubble variaban en un factor de dos. A finales de la década de 1990 el Proyecto Clave del Telescopio Espacial Hubble a Escala de Distancia Extragaláctica refinó el valor de la constante de Hubble a un error de apenas un 10 por ciento. Esto se logró observando las variables Cefeidas en longitudes de onda ópticas a mayores distancias de las obtenidas anteriormente y comparándolas con las medidas similares de telescopios terrestres.

El equipo de SHOES usó la Cámara de Infrarrojo Cercano de Hubble y el Espectrómetro Multiobjeto (NICMOS) y la Cámara Avanzada para Estudios (ACS) para observar 240 estrellas variables Cefeidas en siete galaxias. Una de estas galaxias fue NGC 4258, cuya distancia se determino con gran precisión a través de observaciones con radio telescopios. Las otras seis galaxias albergaron recientemente supernovas de Tipo Ia que son indicadores de distancia fiables para medidas incluso más lejanas en el universo. Las supernovas de Tipo Ia explotan todas con casi la misma cantidad de energía y por tanto el mismo brillo intrínseco.

Observando las Cefeidas con propiedades muy similares en longitudes de onda del infrarrojo cercano en las siete galaxias, y usando el mismo telescopio e instrumentación, el equipo fue capaz de calibrar con mayor precisión la luminosidad de las supernovas. Con las potentes capacidades de Hubble, el equipo fue capaz de sortear algunos de los obstáculos de la anterior escalera de distancia que implicaban incertidumbres en el comportamiento de las Cefeidas.

A Riess finalmente le gustaría ver la constante de Hubble refinada a un valor con un error de nos más de un uno por ciento, para colocar unas restricciones aún más fuertes sobre la energía oscura.

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Autor: Nancy Atkinson
Fecha Original: 7 de mayo de 2009
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Vía Ciencia Kanija