¿Exactamente qué tan rápido se está expandiendo el universo?
Los científicos aún no están completamente seguros, pero un equipo de astrofísicos liderado por Princeton ha utilizado la fusión de estrellas de neutrones detectada en 2017 para obtener un valor más preciso para esta cifra, conocida como la constante de Hubble. Su trabajo aparece en la actualnúmero de la revista Astronomía de la naturaleza .
"La constante de Hubble es una de las piezas de información más fundamentales que describe el estado del universo en el pasado, presente y futuro", dijo Kenta Hotokezaka, Lyman Spitzer, Jr. Postdoctoral Fellow en el Departamento de Ciencias Astrofísicas de Princeton."Así que nos gustaría saber cuál es su valor".
Actualmente, las dos técnicas más exitosas para estimar la constante de Hubble se basan en observaciones del fondo cósmico de microondas o de estrellas que se hacen pedazos en el universo distante.
Pero esas cifras no concuerdan: las mediciones de las estrellas en explosión, las supernovas de tipo Ia, sugieren que el universo se está expandiendo más rápido de lo predicho por las observaciones de Planck del fondo cósmico de microondas.
"Entonces, o uno de ellos es incorrecto, o los modelos de la física que los sustentan son incorrectos", dijo Hotokezaka. "Nos gustaría saber qué está sucediendo realmente en el universo, por lo que necesitamos una tercera verificación independiente. "
Él y sus colegas: Kento Masuda, becario postdoctoral Sagan de la NASA de Princeton, Ore Gottlieb y Ehud Nakar de la Universidad de Tel Aviv en Israel, Samaya Nissanke de la Universidad de Amsterdam, Gregg Hallinan y Kunal Mooley del Instituto de Tecnología de California, y AdamDeller de la Universidad Tecnológica de Swinburne en Australia, encontró esa verificación independiente mediante la fusión de dos estrellas de neutrones.
Las fusiones de estrellas de neutrones son eventos tremendamente energéticos en los que dos estrellas masivas se azotan entre sí cientos de veces por segundo antes de fusionarse en una colisión extraordinaria que arroja una explosión de ondas gravitacionales y una enorme explosión de material. En el caso del neutrónfusión de estrellas que se detectó el 17 de agosto de 2017, las dos estrellas, cada una del tamaño de Manhattan y con casi el doble de la masa del sol, se movían a una fracción significativa de la velocidad de la luz antes de chocar.
El estallido de ondas gravitacionales de una fusión de estrellas de neutrones crea un patrón distintivo conocido como "sirena estándar". Basándose en la forma de la señal de la onda gravitacional, los astrofísicos pueden calcular qué tan fuertes deberían haber sido las ondas gravitacionales. Luego pueden comparar esoa la fuerza medida de la señal para calcular qué tan lejos ocurrió la fusión.
Pero hay una trampa: esto solo funciona si saben cómo se orientaron las estrellas fusionadas con respecto a los telescopios de la Tierra. Los datos de ondas gravitacionales no pueden distinguir entre fusiones cercanas y de borde, distantes y de frente,o algo intermedio.
Para separar esas posibilidades, los investigadores utilizaron una "película" de radio de súper alta resolución de la bola de fuego del material que quedó después de la fusión de las estrellas de neutrones. Para hacer su película, combinaron datos de radiotelescopios esparcidos por todo el mundo.
"La resolución de las imágenes de radio que hicimos era tan alta, si fuera una cámara óptica, podría ver pelos individuales en la cabeza de alguien a 3 millas de distancia", dijo Deller.
"Al comparar los cambios minúsculos en la ubicación y la forma de esta bala distante de gas emisor de radio con varios modelos, incluido uno desarrollado en supercomputadoras, pudimos determinar la orientación de las estrellas de neutrones que se fusionan", dijo Nakar.
Con esto, calcularon qué tan lejos estaban las estrellas de neutrones que se fusionaban, y luego, comparando eso con la rapidez con que su galaxia anfitriona se aleja de la nuestra, pudieron medir la constante de Hubble.
Después de que la fusión de estrellas de neutrones de 2017 GW170817 fuera registrada por casi todos los instrumentos astronómicos del planeta, los astrofísicos calcularon que el valor constante de Hubble estaba entre 66 y 90 kilómetros por segundo por megaparsec. Usando restricciones estrictas en la orientación de la colisión, publicado el año pasado por Mooley y varios de los mismos coautores, incluido Hotokezaka, el grupo actual de colaboradores pudo precisar esa estimación aún más, entre 65,3 y 75,6 km / s / Mpc.
Si bien esa precisión es "bastante buena", dijo Hotokezaka, todavía no es lo suficientemente buena como para distinguir entre los modelos Planck y Tipo Ia. Él y sus colegas estiman que para obtener ese nivel de precisión, necesitarían datos de 15 colisiones más.como GW170817, con su útil abundancia de datos en todo el espectro electromagnético, o de 50 a 100 colisiones que se detectan solo con ondas gravitacionales.
"Esta es la primera vez que los astrónomos han podido medir la constante de Hubble usando un análisis conjunto de señales de ondas gravitacionales e imágenes de radio", dijo Hotokezaka. "Es notable que solo un evento de fusión nos permitemiden la constante de Hubble con una alta precisión, y este enfoque no se basa ni en el modelo cosmológico Planck ni en la escalera de la distancia cósmica Tipo Ia ".
"Una medición constante de Hubble a partir del movimiento superluminal del chorro en GW170817" por K. Hotokezaka, E. Nakar, O. Gottlieb, S. Nissanke, K. Masuda, G. Hallinan, KP Mooley y AT Deller aparece en la corrientenúmero de la revista Nature Astronomy DOI: 10.1038 / s41550-019-0820-1. La investigación fue apoyada por la Universidad de Princeton, la Fundación de Ciencias de Israel, la Organización de Investigación Científica de los Países Bajos, la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio, laFoundation AST-1654815 y el Australian Research Council FT150100415.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Princeton . Original escrito por Liz Fuller-Wright. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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