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7 de mayo de 2009

Refinamiento de la constante de Hubble restringe posibles explicaciones de la energía oscura

Imagen: NASA/ESA/A. Riess (STScI/JHU)

Sea lo que sea la energía oscura, las explicaciones para ésta han tenido menos espacio para la duda de acuerdo con las observaciones del telescopio espacial Hubble, el cual ha refinado la medida de la tasa actual de expansión del Universo con una precisión donde el error es más pequeño que el 5%.

El nuevo valor para la tasa de expansión, conocida como la constante de Hubble, o H0 (en homenaje a Edwin Hubble que fuera quien midió por primera vez la expansión del Universo, hace casi cien años), es 74,2 km/seg/mpc (con un margen de error de +/- 3,6). Los resultados son casi coincidentes con una medida anterior realizada por el Hubble de 72 +/- 8 km/seg/mpc, pero ahora dos veces más precisa.

La medición del Hubble, conducida por el equipo de SHOES (por las siglas en inglés para Supernova H0 para la Ecuación de Estado), liderado por Adam Riess, del Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial y de la Universidad John Hopkins, usa un número de refinamientos para racionalizar y reforzar la construcción de una 'escala cósmica de distancias', de mil millones de años luz de largo que los astrónomos utilizan para determinar la tasa de expansión del Universo.

Las observaciones del Hubble de estrellas pulsantes llamadas variables Cefeidas en la galaxia cercana NGC 4258 y en galaxias anfitrionas de recientes supernovas relacionan directamente estos indicadores de distancias. El uso del Hubble para unir estos peldaños de la escala eliminó los errores sistemáticos que son casi inevitables, introducidos por la comparación de medidas de diferentes telescopios.

Riess explica la nueva técnica: "Es como medir un edificio con una gran cinta métrica en lugar de ir moviendo una cinta de un metro de extremo a extremo. Así se evita la combinación de pequeños errores que se hacen todo el tiempo al mover la cinta métrica. Cuanto más grande es el edificio, más grande será el error."

Lucas Macri, profesor de física y astronomía en Texas A&M, y un contribuyente significativo a los resultados, dijo, "las Cefeidas son la columna vertebral de la escala de distancia porque sus períodos de pulsaciones, los cuales son fácilmente observados, se correlacionan directamente con sus luminosidades. Otro refinamiento de nuestra escala es el hecho que observamos las Cefeidas en partes del espectro electromagnético del infrarrojo cercano, donde estas estrellas variables son mejores indicadores de distancia que en las longitudes de onda del visible".

Este nuevo y más preciso valor de la constante de Hubble, fue utilizado para probar y restringir las propiedades de la energía oscura, la forma de energía que produce una fuerza repulsiva en el espacio, la cual está causando la aceleración en la tasa de expansión del Universo.

Comparando la historia de la expansión del Universo entre hoy y cuando sólo tenía, aproximadamente, 380.000 años de edad, los astrónomos fueron capaces de establecer límites a la naturaleza de la energía oscura, la cual está causando que la expansión se acelere. (Las mediciones del lejano y temprano Universo, son derivadas de fluctuaciones en el fondo cósmico de microondas, según la resolución espacial del experimento espacial de anisotropía Wilkinson, WMAP, en 2003).

Su resultado es consistente con la interpretación más simple de la energía oscura: que es matemáticamente equivalente a la constante cosmológica ideada por Albert Einstein, introducida cien años atrás para activar la fábrica de espacio y evitar que el Universo colapse por la acción de la fuerza de gravedad. (Einstein, no obstante, quitó la constante una vez Edwin Hubble descubriera la expansión del Universo).

"Si se pone en una caja todas la formas en que la energía oscura puede diferir de la constante cosmológica, esa caja sería ahora tres veces menor", dice Riess. "Esto es un avance, pero todavía tenemos un largo camino que andar para identificar la naturaleza de la energía oscura".

Aunque la constante cosmológica fue concebida hace mucho, las evidencias observacionales de la energía oscura no llegaron hasta hace 11 años, cuando dos estudios, uno liderado por Riess y Brian Smith, del Observatorio de Mount Stromlo, y el otro por Saul Perlmutter, del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, descubrieron, independientemente, la energía oscura, en parte con observaciones del Hubble. A partir de allí, los astrónomos han continuado las observaciones para describir mejor a la energía oscura.

El abordaje de Riess para restringir las explicaciones alternativas de la energía oscura (si es una constante cosmológica estática o un campo dinámico, como la fuerza repulsiva que empujó a la inflación luego del Big Bang) permite refinar aún más las mediciones de la historia de la expansión del Universo.

Luego que el Hubble fuera lanzado en 1990, la estimación de la constante de Hubble varió en un factor dos. En los últimos años de la década de 1990 el proyecto clave del telescopio espacial Hubble sobre la escala extragaláctica de distancias refinó el valor de la constante de Hubble hasta un error de sólo 10%. Esto fue confirmado por observaciones de variables Cefeidas en longitudes de onda del visual más allá de las grandes distancias a las que había sido obtenida previamente y comparando con mediciones similares desde telescopios en el suelo.

El equipo SHOES utilizó la cámara de infrarrojo cercano y espectrómetro de objetos múltiples NICMOS y la cámara avanzada para relevamientos ACS, ambas del Hubble, para observar 240 estrellas variables Cefeidas en siete galaxias. Una de esas galaxias fue NGC 4258, cuya distancia fue determinada con gran precisión por medio de observaciones con radiotelescopios. Las otras seis galaxias albergaron recientemente supernovas tipo Ia que son indicadores fiables de distancia, incluso para mediciones lejanas en el Universo. Todas las supernovas tipo Ia explotan casi con la misma energía y, por lo tanto, tienen prácticamente el mismo brillo intrínseco.

Observando Cefeidas con propiedades similares en longitudes de onda del infrarrojo cercano en las siete galaxias, y usando el mismo telescopio e instrumento, el equipo fue capaz de calibrar, con mayor precisión, la luminosidad de la supernova. Usando las poderosas capacidades del Hubble, el equipo consiguió saltear algunos de los peldaños más endebles de la anterior escala de distancias que involucraban incertidumbres en el comportamiento de las Cefeidas.

A Riess le gustaría ver la constante de Hubble refinada hasta un valor con un error de no más del 1%, para poner mayores restricciones a las soluciones de la energía oscura.

(mg) (jg)

Más información en:
http://hubblesite.org/