Colisión de estrellas de neutrones proporciona nueva forma para medir la expansión del Universo        

Por: Instituto Niels Bohr.

02 de octubre de 2023.

Composición de imágenes, expansión de una supernova y mapa de radiación cósmica de microondas. Crédito de la imagen: Equipo científico de NASA/WMAP.

En los últimos años, la Astronomía se ha visto en cierta crisis: aunque sabemos que el Universo se expande, y aunque sabemos aproximadamente a qué velocidad, las dos formas principales de medir esta expansión no coinciden. Ahora, los astrofísicos del Instituto Niels Bohr sugieren un método novedoso que puede ayudar a resolver esta tensión. Lo sabemos desde que Edwin Hubble y otros astrónomos, hace unos 100 años, midieron las velocidades de varias galaxias circundantes. Las galaxias del Universo son "arrastradas" unas de otras por esta expansión y, por tanto, se alejan unas de otras.

Cuanto mayor es la distancia entre dos galaxias, más rápido se separan, y la velocidad precisa de este movimiento es una de las cantidades más fundamentales de la cosmología moderna. El número que describe la expansión recibe el nombre de "constante de Hubble" y aparece en multitud de ecuaciones y modelos diferentes del Universo y sus constituyentes. Por tanto, para comprender el Universo debemos conocer la constante de Hubble con la mayor precisión posible. Existen varios métodos para medirlo; métodos que son mutuamente independientes pero que afortunadamente dan casi el mismo resultado.

Es decir, casi. El método intuitivamente más fácil de entender es, en principio, el mismo que utilizaron Edwin Hubble y sus colegas hace un siglo: localizar un grupo de galaxias y medir sus distancias y velocidades. En la práctica, esto se hace buscando galaxias con estrellas en explosión, las llamadas supernovas. Este método se complementa con otro método que analiza irregularidades en la llamada radiación cósmica de fondo; una forma antigua de luz que se remonta poco después del Big Bang.

Los dos métodos (el método de la supernova y el método de la radiación de fondo) siempre dieron resultados ligeramente diferentes. Pero cualquier medición conlleva incertidumbres, y hace unos años las incertidumbres eran tan sustanciales que podríamos culparlas por la disparidad. Sin embargo, a medida que las técnicas de medición han mejorado, las incertidumbres han disminuido y ahora hemos llegado a un punto en el que podemos afirmar con un alto grado de confianza que ambas cosas no pueden ser correctas. La raíz de este "problema del Hubble", ya sea que se trate de efectos desconocidos que sesgan sistemáticamente uno de los resultados, o si insinúa una nueva física aún por descubrir, es actualmente uno de los temas más candentes de la Astronomía.

Uno de los mayores desafíos radica en determinar con precisión las distancias a las galaxias. Pero en un estudio liderado por expertos del Instituto Niels Bohr y recientemente publicado en Astronomy & Astrophysics, propuso un método novedoso para medir distancias, contribuyendo así a resolver la disputa en curso. El nuevo método se basa en la fusión de estrellas de neutrones, que derivan en la formación de kilonovas.

A través del estudio detallado de las kilonovas, se ha podido demostrar que se corresponden con explosiones relativamente simétricas, lo cual es increíblemente útil para establecer mecanismos de medición. En ese sentido, a pesar de su complejidad, pueden describirse mediante una sola temperatura, permitiendo a los astrónomos deducir exactamente cuánta luz emiten. Comparando esta luminosidad con la cantidad de luz que llega a la Tierra, los investigadores pueden calcular a qué distancia se encuentra la kilonova. De este modo han obtenido un método novedoso e independiente para calcular la distancia a las galaxias que contienen kilonovas.

Para demostrar su potencial, los astrofísicos aplicaron el método a una kilonova descubierta en 2017. El resultado es una constante de Hubble más cercana al método de radiación de fondo, pero los investigadores aún no se atreven a afirmar si el método de la kilonova puede resolver el problema de la tensión de Hubble. De acuerdo a los investigadores, "hasta ahora sólo tenemos este estudio de caso y necesitamos muchos más ejemplos antes de que podamos establecer un resultado sólido", siendo una notable advertencia, matizando al mismo tiempo que "el método al menos evita algunas fuentes conocidas de incertidumbre y es un sistema muy 'limpio' para estudiar. No requiere calibración ni factor de corrección".

Fuente:

https://phys.org/news/2023-10-colliding-neutron-stars-expansion-universe.html