Investigadores de la Universidad de Waterloo han desarrollado un nuevo método para medir la constante de Hubble, con el objetivo de abordar una de las cuestiones más complejas de la cosmología moderna: la tensión de Hubble. Este estudio, publicado en Physical Review Letters, busca resolver la discrepancia entre los valores de la constante de Hubble (H0) obtenidos mediante el método de la escalera de distancias y el método de fondo cósmico de microondas (CMB, por sus siglas en inglés).
El Dr. Alex Krolewski, primer autor del estudio y investigador postdoctoral en la Universidad de Waterloo, señala que la tensión de Hubble ha alcanzado un nivel de 5-sigma, lo que implica una probabilidad de menos de 0.0000003 de que esta discrepancia se deba al azar. El método de la escalera de distancias proporciona un valor de 73 km/s/Mpc (kilómetros por segundo por megaparsec), mientras que el método CMB ofrece un valor de 67 km/s/Mpc. Esta diferencia resalta una laguna en nuestra comprensión del universo.
Métodos de medición de la constante de Hubble
El método de la escalera de distancias utiliza objetos cercanos, como las estrellas variables de Cepheid y las supernovas tipo Ia, como «candeleros» cuya luminosidad se conoce. Al medir las distancias y los desplazamientos al rojo de estos objetos, se puede calcular la constante de Hubble. En contraste, los métodos que emplean el CMB dependen del horizonte sonoro, que mide la distancia máxima que las ondas sonoras viajaron en el universo temprano antes de la desacoplamiento de la luz y la materia.
Ambos enfoques requieren que los investigadores hagan suposiciones sobre el modelo ΛCDM, el modelo cosmológico más aceptado en la actualidad. Para reducir el horizonte sonoro, algunos investigadores han modificado la física del universo temprano, lo que incrementa el valor de la constante de Hubble derivada de los datos del CMB, disminuyendo la discrepancia. Sin embargo, esta dependencia del horizonte sonoro y del modelo ΛCDM es precisamente lo que el equipo del Dr. Krolewski intenta evitar.
Su nuevo método estima la densidad total de energía del universo, o densidad crítica, que está directamente relacionada con la tasa de expansión. «Como decía John Archibald Wheeler, ‘el espacio-tiempo le dice a la materia cómo moverse; la materia le dice al espacio-tiempo cómo curvarse'», explica Krolewski.
La innovación de su método radica en medir la fracción baryónica a partir de los datos de agrupación de galaxias, un parámetro que suele pasarse por alto en los análisis estándar. Esta medición indica la proporción de materia ordinaria (o baryónica) respecto a la materia total, que incluye la materia oscura. Si toda la materia del universo fuera baryónica, este parámetro sería uno; si toda fuese materia oscura, sería cero.
El enfoque del horizonte sonoro utiliza datos sobre la distribución de las oscilaciones acústicas baryónicas (BAO), que son ondulaciones en la distribución de la materia. En cambio, la medición de la fracción baryónica se centra en la fuerza de estas ondulaciones, independizándose del horizonte sonoro.
Los investigadores aplicaron su enfoque libre de horizonte sonoro a los datos del Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS DR12) del Sloan Digital Sky Survey. El resultado fue un valor de la constante de Hubble de 67.1 km/s/Mpc, con una incertidumbre de +6.3/−5.3. Este valor es consistente con ambas mediciones, sin favorecer a ninguna de las dos partes de la tensión.
Aunque los hallazgos no resuelven por completo la tensión de Hubble, se espera que futuras encuestas, como el Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) y el satélite Euclid, mejoren las restricciones sobre este parámetro. «DESI y Euclid medirán la característica BAO en la distribución de galaxias con una precisión del subporciento. A esta precisión, podremos medir la amplitud de las BAO con mayor exactitud que hasta ahora. Con los datos completos de DESI y Euclid, podremos diferenciar entre los valores locales y los del CMB para la tasa de Hubble», concluye el Dr. Krolewski.
