El telescopio espacial James Webb ha medido la tasa de expansión del universo, y los resultados no son buenas noticias para la mayor crisis en la cosmología.

Entre las estrellas en la galaxia espiral NGC 5584, que se encuentra a 72 millones de años luz de la Tierra, se encuentran las variables Cefeidas y supernovas de Tipo Ia. Estas son utilizadas por los astrónomos como marcadores de distancia confiables para medir la tasa de expansión del universo. Crédito: NASA, ESA, CSA, y A. Riess (STScI).

El universo que nos rodea puede parecer inmutable, pero todo lo que vemos en realidad se está alejando a una tremenda velocidad conocida como la Constante de Hubble, o H0. No está claro qué tan rápido es H0, precisamente, porque diferentes formas de medirla arrojan resultados distintos.

Una forma de hacerlo es observando reliquias del universo temprano, como la luz remanente en el fondo cósmico de microondas o las ondas acústicas congeladas en el tiempo. Otra manera es midiendo las distancias a objetos con una luminosidad intrínseca conocida, como supernovas de Tipo Ia o estrellas variables Cefeidas, cuya luz fluctúa con una regularidad vinculada a su luminosidad intrínseca.

El primer método tiende a arrojar una tasa de expansión de alrededor de 67 kilómetros por segundo por megapársec. El segundo método, alrededor de 73 kilómetros por segundo por megapársec. La discrepancia entre ambos se conoce como la tensión de Hubble.

Estas mediciones se han realizado repetidamente, reduciendo drásticamente las posibilidades de error en cada una de las estimaciones. Sin embargo, sigue existiendo la posibilidad de que haya algo engañoso en al menos una parte de los datos, especialmente porque algunos de los mejores datos que tenemos sobre las estrellas variables Cefeidas provienen de una sola fuente, el telescopio espacial Hubble.

Un diagrama que ilustra la diferencia entre las observaciones del Hubble y del Webb, y cómo combinarlas produce un resultado más confiable. Crédito: NASA, ESA, J. Kang, A. Riess (STScI).

«Las estrellas variables Cefeidas son la herramienta de referencia para medir las distancias de galaxias a cien millones de años luz o más, un paso crucial para determinar la constante de Hubble. Desafortunadamente, las estrellas en las galaxias están agrupadas en un espacio pequeño desde nuestro punto de vista lejano, por lo que a menudo carecemos de la resolución para separarlas de sus vecinas en línea de visión», explica el astrofísico Adam Riess del Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial (STScI) y la Universidad Johns Hopkins.

«Una de las principales justificaciones para construir el Hubble fue resolver este problema… Esto es porque tiene una mejor resolución en la longitud de onda visible que cualquier telescopio terrestre, dado que se encuentra por encima de los efectos de difuminación de la atmósfera de nuestro planeta. Como resultado, puede identificar estrellas variables Cefeidas individuales en galaxias que están a más de cien millones de años luz de distancia y medir el intervalo de tiempo durante el cual cambian su brillo».

Para superar cualquier polvo que obstruye la luz más cercana al espectro óptico, estas observaciones deben llevarse a cabo en el infrarrojo cercano, una parte del espectro electromagnético en la que el Hubble no es particularmente fuerte. Esto significa que aún existía cierta incertidumbre en los datos que obtuvo.

Por otro lado, el flamante James Webb es un potente telescopio infrarrojo, y los datos que recopila no están sujetos a las mismas limitaciones.

Riess y su equipo primero dirigieron el Webb hacia una galaxia con una distancia conocida, para calibrar el telescopio con respecto a la luminosidad de las estrellas variables Cefeidas. Luego observaron Cefeidas en otras galaxias. En total, el telescopio recopiló observaciones de 320 Cefeidas, reduciendo drásticamente el ruido presente en las observaciones de su predecesor.

Mediciones de distancias de estrellas variables Cefeidas tomadas con el Hubble (en gris) y el Webb (en rojo). Crédito: NASA, ESA, CSA, J. Kang, A. Riess (STScI).

A pesar de que los datos del Hubble eran bastante ruidosos, los datos para determinar distancias seguían estando en acuerdo con las observaciones del Webb. Esto significa que no podemos descartar los cálculos de H0 basados en los datos del Hubble; 73 kilómetros por segundo por megapársec siguen siendo válidos por el momento, y el error humano —al menos en este caso— no puede explicar la tensión de Hubble.

Todavía no sabemos qué está causando la tensión. Uno de los principales candidatos es la energía oscura, una misteriosa fuerza no identificada pero aparentemente fundamental que parece ejercer una presión negativa que acelera la expansión del universo. Ahora, con las nuevas mediciones, podríamos estar un poco más cerca de una respuesta.

«Con Webb confirmando las mediciones anteriores, tenemos la evidencia más sólida hasta ahora de que los errores sistemáticos en la fotometría de Cefeidas del Hubble no desempeñan un papel significativo en la tensión actual», dice Riess. «Como resultado, las posibilidades más interesantes siguen en la mesa y el misterio de la tensión se profundiza».

Los resultados han sido aceptados en The Astrophysical Journal y están disponibles en arXiv.

Fuente: Webb/SciAl. Edición: MP.