El telescopio Webb reconcilia expansión del universo y modelo estándar

Observaciones con el telescopio espacial James Webb sugieren que no habría conflicto entre el modelo estándar de la física para el Universo y su tasa de expansión, conocida como constante de Hubble.

Durante la última década, los científicos han intentado desentrañar lo que parecía una gran inconsistencia en el universo. El universo se expande con el tiempo, pero la velocidad a la que se expande parece variar según se observe en las primeras etapas de su historia o en la actualidad. De ser cierto, esto habría planteado un grave problema para el modelo estándar que representa nuestra mejor comprensión del universo.

"Esta nueva evidencia sugiere que nuestro Modelo Estándar del universo se mantiene", afirmó en un comunicado la profesora de la Universidad de Chicago, Wendy Freedman, figura destacada en el debate sobre esta tasa de expansión. "Esto no significa que no encontremos en el futuro elementos incoherentes con el modelo, pero por el momento, la constante de Hubble no parece ser la causa", añadió.

Actualmente existen dos enfoques principales para calcular la velocidad de expansión de nuestro universo.

El primer enfoque consiste en medir la luz remanente del Big Bang, que aún viaja por el universo. Esta radiación, conocida como fondo cósmico de microondas, informa a los astrónomos sobre las condiciones en los inicios del universo.

Freedman, profesora de Astronomía y Astrofísica, se especializa en un segundo enfoque: medir la velocidad de expansión del universo en la actualidad, en nuestro entorno astronómico local. Paradójicamente, esto es mucho más complejo que retroceder en el tiempo, ya que medir distancias con precisión es muy difícil.

Durante el último medio siglo, aproximadamente, los científicos han ideado diversas maneras de medir distancias relativamente cercanas. Una de ellas se basa en captar la luz de una clase particular de estrella en su máximo brillo, cuando explota como supernova, al final de su vida.

Si conocemos el brillo máximo de estas supernovas, medir su luminosidad aparente nos permite calcular su distancia. Observaciones adicionales nos indican la velocidad a la que se aleja de nosotros la galaxia donde se produjo la supernova. Freedman también ha sido pionero en otros dos métodos que utilizan lo que sabemos sobre otros dos tipos de estrellas: las gigantes rojas y las estrellas de carbono.

Sin embargo, es necesario aplicar muchas correcciones a estas mediciones antes de poder determinar una distancia definitiva. Los científicos primero deben tener en cuenta el polvo cósmico que atenúa la luz entre nosotros y estas estrellas distantes en sus galaxias anfitrionas. También deben comprobar y corregir las diferencias de luminosidad que puedan surgir a lo largo del tiempo cósmico. Finalmente, es necesario identificar y corregir sutiles incertidumbres en la instrumentación utilizada para realizar las mediciones.

Sin embargo, gracias a avances tecnológicos como el lanzamiento del Telescopio Espacial James Webb, mucho más potente, en 2021, los científicos han podido refinar cada vez más estas mediciones.

"Hemos más que duplicado nuestra muestra de galaxias utilizadas para calibrar las supernovas", afirmó Freedman. La mejora estadística es significativa. Esto refuerza considerablemente el resultado.

El último cálculo de Freedman, que incorpora datos tanto del Telescopio Hubble como del Telescopio Espacial James Webb, arroja un valor de 70,4 kilómetros por segundo por megapársec, con una variación de más o menos un 3 %.

Esto concuerda estadísticamente con las mediciones recientes del fondo cósmico de microondas, que es de 67,4, con una variación de más o menos un 0,7 %. El trabajo se publica en The Astrophysical Journal.

El Webb tiene cuatro veces la resolución del Telescopio Hubble, lo que le permite identificar estrellas individuales previamente detectadas en grupos borrosos. Además, es aproximadamente diez veces más sensible, lo que proporciona una mayor precisión y la capacidad de encontrar objetos de interés incluso más tenues.

"Realmente estamos viendo lo fantástico que es el Telescopio Espacial James Webb para medir con precisión las distancias a las galaxias", afirmó el coautor Taylor Hoyt, del Laboratorio Lawrence Berkeley.

"Usando sus detectores infrarrojos, podemos ver a través del polvo que históricamente ha dificultado la medición precisa de distancias, y podemos medir con mucha mayor precisión el brillo de las estrellas", añadió el coautor Barry Madore, del Instituto Carnegie para la Ciencia.

Freedman explicó que los astrofísicos han estado intentando elaborar una teoría que explique las diferentes tasas de expansión a medida que el universo envejece.

"Ha habido más de 1.000 artículos que intentan abordar este problema, y ha resultado ser extraordinariamente difícil de lograr", afirmó.

Los científicos aún intentan encontrar fisuras en el Modelo Estándar que describe el universo, lo cual podría proporcionar pistas sobre la naturaleza de dos grandes misterios pendientes: la materia oscura y la energía oscura. Pero la constante de Hubble parece cada vez menos el lugar donde buscar.