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| Imagen de Webb que muestra el aspecto de una supernova con lente. Créditos: NASA, ESA, CSA, STScI |
Hace mucho tiempo que sabemos que el universo se expande. El primer artículo sólido que demostraba la expansión cósmica fue publicado por Edwin Hubble en 1929, basándose en las observaciones realizadas por Vesto Slipher, Milton Humason y Henrietta Leavitt.
Por ello, la tasa de expansión cósmica se conoce como constante de Hubble, o parámetro de Hubble, H0. A partir de este parámetro, se pueden calcular cosas como la edad del universo desde el Big Bang, por lo que conocer el valor de H0 es fundamental para nuestra comprensión de la cosmología moderna.
Al principio, el valor medido del parámetro de Hubble variaba mucho. El valor inicial de Hubble era del orden de 500 (km/s)/Mpc. En la década de 1960, el valor se estabilizó entre 50 y 90 (km/s)/Mpc, donde permaneció durante la mayor parte del siglo XX. Era difícil obtener valores más precisos porque nuestros métodos de cálculo eran limitados.
Todos ellos se basaban en la escala de distancias cósmicas, que utiliza una serie de observaciones para calcular distancias cósmicas cada vez mayores, cada una de las cuales se basa en el método anterior. Pero en las últimas décadas nos hemos vuelto bastante buenos en esto, y el valor de Hubble pareció establecerse alrededor de 70 (km/s)/Mpc. Después de eso, las cosas empezaron a ponerse... problemáticas.
Con satélites como WMAP y Planck empezamos a obtener mapas de alta resolución del fondo cósmico de microondas. A partir de las fluctuaciones de este fondo tenemos una nueva forma de medir H0 y obtener un valor de 67-68 (km/s)/Mpc. Al mismo tiempo, las observaciones de supernovas lejanas y la escala de distancias cósmicas fijan el valor en 73-75 (km/s)/Mpc.
Ambos métodos son bastante precisos y, sin embargo, discrepan por completo. Este desacuerdo se conoce ahora como el problema de la tensión de Hubble, y es el misterio más molesto de la cosmología.
No estamos seguros de cuál es la causa de la tensión de Hubble. Podría significar que uno o más de nuestros métodos de observación son fundamentalmente defectuosos, o podría significar que hay algo sobre la energía oscura y la expansión cósmica que realmente no entendemos.
Pero los astrónomos están generalmente de acuerdo en que una manera de abordar este misterio es buscar formas de medir H0 que sean independientes tanto del fondo cósmico como de la escala de distancias cósmicas. Uno de estos métodos es la lente gravitacional.
Las lentes gravitacionales se producen porque la gravedad deforma el espacio, lo que significa que la trayectoria de la luz puede desviarse por la presencia de una gran masa. Así, por ejemplo, si una galaxia lejana se encuentra detrás de otra más cercana desde nuestro punto de vista, veremos una imagen distorsionada por la gravedad de la galaxia lejana o incluso varias imágenes de la galaxia.
Lo interesante del efecto de imágenes múltiples es que la luz de cada imagen recorre un camino diferente alrededor de la galaxia más cercana, cada una con una distancia diferente. Dado que la velocidad de la luz es finita, esto significa que cada imagen nos da una visión de la galaxia en diferentes momentos de la historia.
Esto no tiene mucha importancia para las galaxias, pero para las supernovas significa que las lentes gravitacionales pueden permitirnos observar la misma supernova varias veces. Calculando la trayectoria de cada imagen de supernova podemos determinar la distancia relativa de cada trayectoria, y cronometrando la aparición de cada imagen podemos determinar la distancia real. Esto nos da una medida que es independiente de la escala de distancias cósmicas, dándonos una nueva forma de medir el parámetro de Hubble.
Este método se ha utilizado un par de veces, pero las incertidumbres de sus valores de Hubble no eran lo suficientemente pequeñas como para abordar la tensión de Hubble. Sin embargo, un nuevo estudio que utiliza este método es lo suficientemente preciso. El trabajo se ha publicado en el servidor de preimpresos arXiv.
El estudio se basa en imágenes del JWST de una supernova de tipo Ia llamada SN H0pe. Se trata de una de las supernovas más distantes jamás observadas y, gracias al cúmulo de galaxias G165, menos distante, el equipo capturó tres imágenes con lente de SN H0pe. Con su temporización, brillo observado y trayectorias calculadas, el equipo calculó H0 a 70-83 (km/s)/Mpc. Este valor sigue teniendo una incertidumbre mayor que otros métodos, pero coincide con el método habitual de la escala de distancias. También discrepa claramente con el método del fondo cósmico de microondas.
A pesar de H0pe, la tensión de Hubble es muy real. En todo caso, este nuevo resultado hace que la cuestión sea aún más problemática. Hay algo sobre la expansión cósmica que no entendemos, y ahora está claro que mejores observaciones no resolverán este misterio por sí solas.