Un nuevo conjunto de mediciones de distancia de precisión realizadas con una colección internacional de radiotelescopios ha aumentado en gran medida la probabilidad de que los teóricos necesiten revisar el "modelo estándar" que describe la naturaleza fundamental del Universo.
Las nuevas mediciones de distancia permitieron a los astrónomos refinar su cálculo de la constante de Hubble, la tasa de expansión del Universo, un valor importante para probar el modelo teórico que describe la composición y evolución del Universo. El problema es que las nuevas mediciones exacerban undiscrepancia entre los valores medidos previamente de la constante de Hubble y el valor predicho por el modelo cuando se aplica a las mediciones del fondo cósmico de microondas realizado por el satélite Planck.
"Encontramos que las galaxias están más cerca de lo predicho por el modelo estándar de cosmología, corroborando un problema identificado en otros tipos de mediciones de distancia. Se ha debatido si este problema radica en el modelo mismo o en las mediciones utilizadas para probarlo"Nuestro trabajo utiliza una técnica de medición de distancia completamente independiente de todas las demás, y reforzamos la disparidad entre los valores medidos y los pronosticados. Es probable que el modelo cosmológico básico involucrado en las predicciones sea el problema", dijo James Braatz, de la Radio Nacional.Observatorio de Astronomía NRAO.
Braatz lidera el Proyecto de Cosmología Megamaser, un esfuerzo internacional para medir la Constante de Hubble mediante la búsqueda de galaxias con propiedades específicas que se prestan para producir distancias geométricas precisas. El proyecto ha utilizado la matriz de línea de base muy larga de la Fundación Nacional de Ciencias VLBA, Karl GJansky Very Large Array VLA y Robert C. Byrd Green Bank Telescope GBT, junto con el telescopio Effelsberg en Alemania. El equipo informó sus últimos resultados en el Letras del diario astrofísico .
Edwin Hubble, en honor al cual se llama el Telescopio Espacial Hubble en órbita, calculó por primera vez la tasa de expansión del universo la Constante de Hubble en 1929 midiendo las distancias a las galaxias y sus velocidades de recesión. Cuanto más distante esté una galaxia, mayor serásu velocidad de recesión desde la Tierra. Hoy, el Hubble Constant sigue siendo una propiedad fundamental de la cosmología observacional y un foco de muchos estudios modernos.
Medir las velocidades de recesión de las galaxias es relativamente sencillo. Sin embargo, determinar las distancias cósmicas ha sido una tarea difícil para los astrónomos. Para los objetos en nuestra propia galaxia, la Vía Láctea, los astrónomos pueden obtener distancias midiendo el cambio aparente en la posición del objeto cuando se ven desdelados opuestos de la órbita de la Tierra alrededor del Sol, un efecto llamado paralaje. La primera medida de la distancia de paralaje de una estrella se produjo en 1838.
Más allá de nuestra propia galaxia, los paralaje son demasiado pequeños para medir, por lo que los astrónomos han confiado en objetos llamados "velas estándar", llamadas así porque se supone que se conoce su brillo intrínseco. La distancia a un objeto de brillo conocido se puede calcular en base asobre qué tan oscuro aparece el objeto desde la Tierra. Estas velas estándar incluyen una clase de estrellas llamadas variables Cefeidas y un tipo específico de explosión estelar llamada supernova Tipo Ia.
Otro método para estimar la tasa de expansión consiste en observar quásares distantes cuya luz se dobla por el efecto gravitacional de una galaxia en primer plano en múltiples imágenes. Cuando el cuásar varía en brillo, el cambio aparece en las diferentes imágenes en diferentes momentos. Medir este tiempola diferencia, junto con los cálculos de la geometría de la flexión de la luz, produce una estimación de la tasa de expansión.
Las determinaciones de la constante de Hubble basadas en las velas estándar y los cuásares con lentes gravitacionales han producido cifras de 73-74 kilómetros por segundo la velocidad por megaparsec distancia en unidades favorecidas por los astrónomos.
Sin embargo, las predicciones de la constante de Hubble a partir del modelo cosmológico estándar cuando se aplica a las mediciones del fondo cósmico de microondas CMB, la radiación sobrante del Big Bang, producen un valor de 67.4, una diferencia significativa y preocupante.La diferencia, que según los astrónomos está más allá de los errores experimentales en las observaciones, tiene serias implicaciones para el modelo estándar.
El modelo se llama Lambda Cold Dark Matter, o Lambda CDM, donde "Lambda" se refiere a la constante cosmológica de Einstein y es una representación de la energía oscura. El modelo divide la composición del Universo principalmente entre materia ordinaria, materia oscura y oscuridadenergía, y describe cómo ha evolucionado el Universo desde el Big Bang.
El Proyecto de Cosmología Megamaser se enfoca en galaxias con discos de gas molecular que contienen agua que orbitan agujeros negros supermasivos en los centros de las galaxias. Si el disco en órbita se ve casi de borde desde la Tierra, puntos brillantes de emisión de radio, llamados masers -Análogos de radio a láseres de luz visible: se pueden utilizar para determinar tanto el tamaño físico del disco como su extensión angular y, por lo tanto, a través de la geometría, su distancia. El equipo del proyecto utiliza la colección mundial de radiotelescopios para realizar mediciones de precisión.requerido para esta técnica.
En su último trabajo, el equipo refinó sus mediciones de distancia a cuatro galaxias, a distancias que van desde 168 millones de años luz a 431 millones de años luz. En combinación con mediciones de distancia anteriores de otras dos galaxias, sus cálculos produjeron un valor paraConstante del Hubble de 73,9 kilómetros por segundo por megaparsec.
"Probar el modelo estándar de cosmología es un problema realmente desafiante que requiere las mejores mediciones de la Constante de Hubble. La discrepancia entre los valores predichos y medidos de la Constante de Hubble apunta a uno de los problemas más fundamentales en toda la física, por lo que nos gustaría tener mediciones múltiples e independientes que corroboren el problema y prueben el modelo. Nuestro método es geométrico y completamente independiente de todos los demás, y refuerza la discrepancia ", dijo Dom Pesce, investigador del Centro de Astrofísica.| Harvard y Smithsonian, y autor principal del último artículo.
"El método maser para medir la velocidad de expansión del universo es elegante y, a diferencia de los demás, se basa en la geometría. Al medir posiciones y dinámicas extremadamente precisas en los puntos maser en el disco de acreción que rodea un agujero negro distante, podemos determinarla distancia a las galaxias anfitrionas y luego la tasa de expansión. Nuestro resultado de esta técnica única fortalece el caso de un problema clave en la cosmología observacional ", dijo Mark Reid, del Centro de Astrofísica | Harvard y Smithsonian, y miembro de Megamaser CosmologyGrupo de proyecto.
"Nuestra medición de la Constante de Hubble está muy cerca de otras mediciones recientes, y estadísticamente muy diferente de las predicciones basadas en el CMB y el modelo cosmológico estándar. Todas las indicaciones son que el modelo estándar necesita revisión", dijo Braatz.
Los astrónomos tienen varias formas de ajustar el modelo para resolver la discrepancia. Algunas de estas incluyen presunciones cambiantes sobre la naturaleza de la energía oscura, alejándose de la constante cosmológica de Einstein. Otras miran cambios fundamentales en la física de partículas, como cambiar los números otipos de neutrinos o las posibilidades de interacción entre ellos. Hay otras posibilidades, incluso más exóticas, y por el momento los científicos no tienen evidencia clara de discriminar entre ellos.
"Este es un caso clásico de la interacción entre la observación y la teoría. El modelo Lambda CDM ha funcionado bastante bien durante años, pero ahora las observaciones apuntan claramente a un problema que debe resolverse, y parece que el problema recae en elmodelo ", dijo Pesce.
El Observatorio Nacional de Radioastronomía es una instalación de la National Science Foundation, operada bajo un acuerdo cooperativo de Associated Universities, Inc.
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Materiales proporcionado por Observatorio Nacional de Radioastronomía . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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