Los telescopios Webb y Hubble sondean la tensión de Hubble
Por: Bethany Downer y Ninja Menning, ESA.
11 de marzo de 2024
Campos NIRCam superpuestos a imágenes en color de Digitized Sky Survey (arriba) e imágenes NIRCam RGB (F090W/F150W/F277W) que muestran las posiciones de las cefeidas (círculos cian) (abajo). Crédito de la imagen: The Astrophysical Journal Letters (2024). DOI: 10.3847/2041-8213/ad1ddd
El ritmo al que se expande el universo, conocido como constante de Hubble, es uno de los parámetros fundamentales para comprender la evolución y el destino final del cosmos. Sin embargo, se observa una diferencia persistente, llamada tensión de Hubble, entre el valor de la constante medida con una amplia gama de indicadores de distancia independientes y su valor predicho a partir del resplandor del Big Bang.
El Telescopio Espacial James Webb de NASA/ESA/CSA (JWST) ha confirmado que el agudo ojo del Telescopio Espacial Hubble estuvo en lo cierto todo el tiempo, borrando cualquier duda persistente sobre las mediciones del Hubble. Una de las justificaciones científicas para construir el Telescopio Espacial Hubble de NASA/ESA fue utilizar su poder de observación para proporcionar un valor exacto de la tasa de expansión del Universo.
Antes del lanzamiento del Hubble en 1990, las observaciones realizadas desde telescopios terrestres arrojaban enormes incertidumbres. Dependiendo de los valores deducidos para la tasa de expansión, el Universo podría tener entre 10 y 20 mil millones de años. Durante los últimos 34 años, Hubble ha reducido esta medición a una precisión de menos del uno por ciento, dividiendo la diferencia con un valor de edad de 13.800 millones de años. Esto se ha logrado refinando la llamada "escalera de distancias cósmicas" midiendo importantes hitos conocidos como estrellas variables cefeidas.
Sin embargo, el valor de Hubble no concuerda con otras mediciones que implican que el Universo se estaba expandiendo más rápido después del Big Bang. Estas observaciones fueron realizadas mediante el mapeo del satélite Planck de la ESA de la radiación cósmica de fondo de microondas, un modelo de cómo evolucionaría la estructura del Universo después de que se enfriara debido al Big Bang. La solución sencilla al dilema sería decir que tal vez las observaciones del Hubble sean erróneas como resultado de cierta inexactitud en sus mediciones de los criterios del espacio profundo.
Luego apareció el Telescopio Espacial James Webb, que permitió a los astrónomos verificar los resultados del Hubble. Las vistas infrarrojas de Webb de las Cefeidas coincidían con los datos de luz óptica del Hubble. Webb confirmó que el ojo agudo del telescopio Hubble estuvo en lo cierto todo el tiempo, borrando cualquier duda persistente sobre las mediciones del Hubble. La conclusión es que la llamada tensión de Hubble entre lo que sucede en el Universo cercano y la expansión del Universo temprano sigue siendo un enigma persistente para los cosmólogos. Puede que haya algo entretejido en el tejido del espacio que aún no entendemos.
¿Resolver esta discrepancia requiere nueva física? ¿O es resultado de errores de medición entre los dos métodos diferentes utilizados para determinar la tasa de expansión del espacio? Hubble y Webb ahora se han asociado para producir mediciones definitivas, fomentando el caso de que algo más, no errores de medición, está influyendo en la tasa de expansión.
Como verificación cruzada, una observación inicial de Webb en 2023 confirmó que las mediciones del Hubble del Universo en expansión eran precisas. Sin embargo, con la esperanza de aliviar la tensión del Hubble, algunos científicos especularon que los errores invisibles en las mediciones pueden aumentar y volverse visibles a medida que miramos más profundamente en el Universo. En particular, el apilamiento estelar podría afectar a las mediciones de brillo de estrellas más distantes de forma sistemática.
Las primeras observaciones de Webb del equipo en 2023 lograron demostrar que el Hubble estaba en el camino correcto para establecer firmemente la fidelidad de los primeros peldaños de la llamada escalera de distancias cósmicas. Los astrónomos utilizan varios métodos para medir distancias relativas en el Universo, según el objeto que se observa. En conjunto, estas técnicas se conocen como la escalera de distancias cósmicas: cada peldaño o técnica de medición se basa en el paso anterior para la calibración.
Pero algunos astrónomos sugirieron que moviéndose hacia afuera a lo largo del “segundo peldaño”, la escala de distancias cósmicas podría volverse inestable si las mediciones de las Cefeidas como indicador se vuelven menos precisas con la distancia. Tales imprecisiones podrían ocurrir porque la luz de una cefeida podría mezclarse con la de una estrella adyacente, un efecto que podría volverse más pronunciado con la distancia a medida que las estrellas se apilan en el cielo y se vuelven más difíciles de distinguir unas de otras.
El desafío observacional es que las imágenes anteriores del Hubble de estas variables Cefeidas más distantes parecen más apiñadas y superpuestas con estrellas vecinas a distancias cada vez mayores entre nosotros y sus galaxias anfitrionas, lo que requiere una cuidadosa explicación de este efecto. La presencia de polvo complica aún más la seguridad de las mediciones en luz visible. Webb corta el polvo y aísla naturalmente las Cefeidas de las estrellas vecinas porque su visión es más nítida que la del Hubble en longitudes de onda infrarrojas.
Las nuevas observaciones de Webb incluyen cinco galaxias anfitrionas de ocho supernovas de Tipo Ia que contienen un total de 1.000 Cefeidas y llegan a la galaxia más lejana donde las Cefeidas han sido bien medidas: NGC 5468, a una distancia de 130 millones de años luz. Juntos, la confirmación de la tensión del Hubble por parte de Hubble y Webb establece otros observatorios para posiblemente resolver el misterio, incluido el próximo Telescopio Espacial Romano Nancy Grace de la NASA y la misión Euclid recientemente lanzada por la ESA.
Fuente:
https://phys.org/news/2024-03-webb-hubble-telescopes-affirm-universe.html