Una medición extremadamente precisa de la tasa de expansión del Universo puede obtenerse dentro de cinco a diez años gracias a las ondas gravitacionales.

En un artículo publicado en Nature, científicos de la Universidad de Chicago afirman que, dada la rapidez con que los investigadores vieron la primera colisión de estrellas de neutrones -gracias a los detectores LIGO-, podrían realizar una medición muy precisa de la constante de Hubble en ese plazo de tiempo.

“La constante de Hubble te dice el tamaño y la edad del universo; ha sido un santo grial desde el nacimiento de la cosmología. Calcular esto con ondas gravitacionales podría darnos una perspectiva completamente nueva sobre el universo”, dijo el autor del estudio Daniel Holz, profesor de física y coautor del primer cálculo de este tipo desde el descubrimiento de ondas gravitacionales en 2017 por colisión de estrellas de neutrones. “La pregunta es: ¿cuándo se convierte esto en un hito para la cosmología?”

En 1929, Edwin Hubble anunció que, basándose en sus observaciones de galaxias más allá de la Vía Láctea, parecían alejarse de nosotros, y cuanto más alejada estaba la galaxia, más rápido lo hacía. Esta es una piedra angular de la teoría del Big Bang, y dio inicio a una búsqueda de casi un siglo de la tasa exacta a la que está ocurriendo.

Para calcular la velocidad a la que el universo se está expandiendo, los científicos necesitan dos números. Una es la distancia a un objeto lejano; el otro es lo rápido que se está alejando el objeto de nosotros debido a la expansión del universo. Si puedes verlo con un telescopio, la segunda cantidad es relativamente fácil de determinar, porque la luz que ves cuando miras una estrella distante se desplaza al rojo cuando se aleja. Los astrónomos han estado usando ese truco para ver lo rápido que se mueve un objeto durante más de un siglo; es como el efecto Doppler, en el que una sirena cambia de tono cuando pasa una ambulancia.

Pero obtener una medida exacta de la distancia es mucho más difícil. Tradicionalmente, los astrofísicos han usado una técnica llamada escalera de distancia cósmica, en la cual el brillo de ciertas estrellas variables y supernovas se puede usar para construir una serie de comparaciones que llegan al objeto en cuestión. “El problema es que si rascas debajo de la superficie, hay muchos pasos con muchas suposiciones en el camino”, dijo Holz.

Quizás las supernovas utilizadas como marcadores no son tan consistentes como el pensamiento. Tal vez estamos confundiendo algunos tipos de supernovas con otros, o hay algún error desconocido en nuestra medida de las distancias a las estrellas cercanas. “Hay una gran cantidad de astrofísica complicada allí que podría desviar las lecturas de varias maneras”, dijo.

La otra forma importante de calcular la constante de Hubble es observar el fondo cósmico de microondas: el pulso de luz creado al comienzo del universo, que aún es débilmente detectable. Si bien también es útil, este método también se basa en suposiciones sobre cómo funciona el universo.

Lo sorprendente es que a pesar de que los científicos que realizan cada cálculo tienen confianza en sus resultados, no coinciden. Uno dice que el universo se está expandiendo casi un 10 por ciento más rápido que el otro. “Esta es una pregunta importante en cosmología en este momento”, dijo el primer autor del estudio, Hsin-Yu Chen, luego estudiante de posgrado en la Universidad de Chicago y ahora miembro de la Iniciativa Black Hole de la Universidad de Harvard.

En 2017, los detectores LIGO recogieron su primera onda en la estructura del espacio-tiempo de la colisión de dos estrellas el año pasado. Esto ha sacudido la astronomía: la capacidad de sentir la onda gravitacional y ver la luz de las consecuencias de la colisión con un telescopio les dio a los científicos una herramienta nueva y poderosa.

Las ondas gravitacionales ofrecen una forma completamente diferente de calcular la constante de Hubble. Cuando dos estrellas masivas chocan entre sí, envían ondas en la estructura del espacio-tiempo que se pueden detectar en la Tierra. Al medir esa señal, los científicos pueden obtener una firma de la masa y la energía de las estrellas en colisión. Cuando comparan esta lectura con la fuerza de las ondas gravitacionales, pueden inferir qué tan lejos está.

Esta medida es más limpia y contiene menos suposiciones sobre el universo, lo que debería hacerlo más preciso, dijo Holz. Junto con Scott Hughes en el MIT, sugirió la idea de realizar esta medición con ondas gravitacionales combinadas con lecturas de telescopios en 2005. La única pregunta es con qué frecuencia los científicos podrían detectar estos eventos y qué tan buenos serían los datos de ellos.

El artículo predice que una vez que los científicos hayan detectado 25 lecturas de colisiones de estrellas de neutrones, medirán la expansión del universo con una precisión del 3 por ciento. Con 200 lecturas, ese número se reduce a 1 por ciento.

Un nuevo número preciso para la constante de Hubble sería fascinante sin importar la respuesta, dijeron los científicos. Por ejemplo, una posible razón para el desajuste en los otros dos métodos es que la naturaleza de la gravedad en sí misma podría haber cambiado con el tiempo. La lectura también podría arrojar luz sobre la energía oscura, una fuerza misteriosa responsable de la expansión del universo.

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