La Cosmología, en crisis: el Universo se expande más deprisa de lo que se creía

En este nuevo trabajo, los investigadores decidieron volver a medir la constante de Hubble , o tasa de expansión del Universo, utilizando un método diferente. Para ello, recurrieron al telescopio espacial Hubble en combinación con el sistema de Óptica Adaptativa del observatorio W. M. Keck, en Hawái, para observar tres sistemas con lentes gravitacionales. Es la primera vez que se utiliza la óptica adaptativa para medir la constante de Hubble.

«Cuando empecé a trabajar en este problema hace más de 20 años -afirma Chris Fassnacht, profesor de Física en la Universidad de Davis y coautor del estudio- la instrumentación disponible limitaba la cantidad de datos útiles que podíamos obtener de las observaciones. Pero en este proyecto estamos utilizando la Óptica Adaptativa del Observatorio Keck por primera vez en el análisis completo. He sabido desde hace muchos años que las observaciones con óptica adaptativa podían contribuir mucho a este esfuerzo».

Para evitar cualquier posible sesgo de los resultados, el equipo llevó a cabo un «análisis ciego»: durante todo el proceso, mantuvieron oculta la respuesta final para todo el mundo, incluso para ellos mismos, hasta que no estuvieron convencidos de que habían tenido en cuenta y corregido todas las posibles fuentes de error. No ver el resultado hasta el final del estudio impidió que ninguno de ellos sintiera la tentación de hacer correcciones y ajustes para llegar al resultado «correcto».

«Cuando pensamos que ya nos habíamos ocupado de todos los posibles problemas de análisis -explica Geoff Chen, autor principal del estudio- desenmascaramos los resultados con el compromiso de que publicaríamos tal cual cualquier resultado que nos encontráramos, incluso si parecía una locura. Fue un momento intenso y emocionante ».

Pero no hubo locuras. Los datos, al contrario, revelaron valores de la constante de Hubble que eran consistentes con las mediciones tomadas de objetos «locales», es decir, cercanos a la Tierra, como las supernovas tipo 1A próximas a nosotros o los sistemas con lentes gravitacionales como las utilizadas por Chen y su equipo.

En realidad, los resultados obtenidos se sumaron a la evidencia creciente de que existe un problema con el modelo estándar de la Cosmología. De hecho, indican que el Universo se expandió muy rápido al principio de su existencia , desaceleró después debido a la atracción gravitatoria de la materia oscura, y volvió a acelerar de nuevo debido al empuje de la misteriosa energía oscura. Y en el momento presente el Universo está, según los investigadores, en plena aceleración.

Durante los últimos años, muchos astrónomos empezaron a utilizar diversas técnicas y a estudiar diferentes partes del Universo para obtener la constante de Hubble, y descubrieron que los valores obtenidos durante las observaciones «distantes» no coinciden con los de las observaciones «locales».

«En eso, precisamente, consiste la crisis de la Cosmología -explica Fassnacht-. Si bien la constante de Hubble es la misma en todas partes en el espacio en un momento dado, no lo es a lo largo del tiempo . Por eso, cuando comparamos los valores que surgen de las varias observaciones y técnicas, estamos comparando el Universo primitivo (usando observaciones distantes) con el Universo tardío o más moderno (usando observaciones locales y cercanas)».

Estas discrepancias podrían deberse a un problema con las mediciones del Fondo Cósmico de Microondas, lo que el equipo considera poco probable, o a que el modelo estándar de la Cosmología debe cambiarse de algún modo usando una nueva física que sea capaz de corregir la discrepancia.

En su estudio, Chen y su equipo obtuvieron mediciones locales de tres conocidos sistemas de cuásares con lentes gravitacionales: PG1115 + 080, HE0435-1223 y RXJ1131- 1231. Los cuásares son galaxias activas extremadamente brillantes , a menudo con chorros masivos alimentados por un agujero negro supermasivo que devora con voracidad el material que lo rodea.

Y aunque los cuásares a menudo están muy lejos, los astrónomos pueden detectarlos a través de lentes gravitacionales, un fenómeno que actúa como una auténtica «lupa» de la naturaleza. Cuando una galaxia suficientemente masiva más cercana a la Tierra se interpone en el camino de la luz de un cuásar muy distante, la galaxia puede actuar como una lente : su campo gravitatorio deforma el espacio a su alrededor, doblando la luz del cuásar de fondo en múltiples imágenes y haciendo que se vea más brillante.

A veces, el brillo del cuásar parpadea, y dado que cada imagen corresponde a una trayectoria ligeramente diferente del cuásar al telescopio, los parpadeos aparecen en momentos ligeramente diferentes para cada imagen; no todos llegan a la Tierra al mismo tiempo.

Con HE0435-1223, PG1115 + 080 y RXJ1131-1231, el equipo midió cuidadosamente esos retrasos, que son inversamente proporcionales al valor de la constante de Hubble. Lo cual permitió a los astrónomos decodificar la luz de estos cuásares distantes y recopilar información sobre cuánto se ha expandido el Universo durante el tiempo que ha durado el viaje de la luz hasta la Tierra.

Chen y su equipo, así como muchos otros grupos en todo el planeta, están haciendo más investigaciones y observaciones para seguir investigando. Y ahora que el equipo de Chen ha demostrado que el sistema de Óptica Adaptativa del Observatorio Keck es tan poderoso como el Hubble, los astrónomos pueden agregar esta metodología a su conjunto de técnicas para medir la Constante de Hubble.

«Ahora - concluye Fassnacht- podemos probar este método con sistemas de cuásar con más lentes para mejorar la precisión de nuestra medición de la constante de Hubble. Quizás esto nos lleve a un modelo cosmológico más completo del Universo ».