La tensión entre la constante de Hubble y los datos cosmológicos

Dibujo2016063 hubble constant determination by hubble space telescope reiss et al

La constante de Hubble mide el ritmo de la expansión del universo. El premio Nobel Adam G. Riess y sus colegas han obtenido el valor más preciso hasta ahora, H(0) = 73,02 ± 1,79 km/s/Mpc, con una incertidumbre del 2,4%. Se ha usado la cámara WFC3 (Wide Field Camera 3) del Telescopio Espacial Hubble de la NASA. La importancia del nuevo valor es que difiere a 3,0 sigmas del obtenido gracias al fondo cósmico de microondas, H(0) = 67,6 ± 0,6 km/s/Mpc (Planck TT+lowP+BAO), aunque solo difiere a 2,0 sigmas del valor H(0) = 69,3 ± 0,7 km/s/Mpc (WMAP9+ACT+SPT+BAO).

Hay que recordar que las medidas del fondo cósmico de microondas permiten estimar H(z~1000). Dicho valor debe ser extrapolado hasta H(z=0) usando el modelo cosmológico de consenso ΛCDM con 3 neutrinos. Según Riess y sus colegas la tensión entre las medidas astrofísicas y cosmológicas apunta a errores sistemáticos en estas últimas. Quizás el problema está en la extrapolación. Aunque algunos medios apuntan a nueva física.

El nuevo artículo es Adam G. Riess, Lucas M. Macri, …, Ryan J. Foley, “A 2.4% Determination of the Local Value of the Hubble Constant,” arXiv:1604.01424 [astro-ph.CO]. Ahora es noticia porque ha sido aceptado en The Astrophysical Journal. Más información divulgativa en “Hubble finds Universe may be expanding faster than expected,” HST News, 02 Jun 2016.

Dibujo20160603 geometry cepheid type ia supernovae reiss et al arxiv org

Para obtener el nuevo resultado se han combinado varios métodos para estimar la constante de Hubble que se han desarrollado en los últimos 25 años y que permiten estimar su valor a diferentes escalas de distancia (lo que se llama determinación en escalera). Se combinan los resultados de las medidas espectroscópicas del agua, las estrellas variables de tipo cefeidas y las supernovas tipo Ia. Combinando dichas medidas independientes se logra reducir la incertidumbre en la constante de Hubble de un 3,3% a un 2,4% (parece poco, pero es muy difícil reducirlo mucho más).

Dibujo20160603 Determination of systematic errors in hubble constant reiss et al arxiv org

Más allá del resultado obtenido, lo más importante es la tensión entre estas medidas obtenidas a corta distancia y las medidas cosmológicas obtenidas a las mayores distancias posibles. Hay muchas posibles explicaciones para esta discrepancia (o tensión). Desde física exótica, como la existencia de una radiación oscura (una nueva partícula subatómica que cambie el balance de energía en el universo temprano), hasta errores sistemáticos en la extrapolación del valor de la constante de Hubble desde la época de la reionizacion hasta el presente.

Dibujo20160603 tension with value of hubble constant reiss et al arxiv org

Algunos cosmólogos son partidarios de modificar el modelo cosmológico de consenso que se usa para extrapolar las medidas del fondo cósmico de microondas y obtener el valor de la constante de Hubble. El proceso se puede realizar en cualquiera de sus parámetros. Por ejemplo, se puede usar un modelo de quintaesencia para la energía oscura (lo que equivale a cambiar su ecuación de estado), o se puede introducir una nueva familia de neutrinos (un neutrino estéril adicional), o se puede introducir una pequeña curvatura del espaciotiempo (que dejaría de ser tan plano como predice la inflación). Hay otras opciones, pero en mi opinión aún es muy pronto para que tengamos que considerar estas hipótesis tan radicales.

Dibujo20160603 cosmological parameters variation new hubble constant value reiss et al arxiv org

Me gustaría recordar que los resultados de Planck 2013 mostraban una tensión con los datos de WMAP9. Se propusieron muchas teorías para explicar la tensión, como que WMAP envejeció desde WMAP5 a WMAP9, pero al final todo se resolvió con los resultados de Planck 2015. Todavía no se han publicado los resultados definitivos de Planck (quizás se publiquen en 2017). Me atrevo a conjeturar que dichos datos acabarán resolviendo (o al menos relajando) la tensión con las nuevas medidas de la constante de Hubble.

Analizar datos cosmológicos es muy complicado y se requieren varios años para lograr que los análisis sean del todo finos. Muchas tensiones con datos independientes se resuelven gracias a dichos refinamientos. En mi opinión, este también será el caso. Espero equivocarme (y que haya nueva física encerrada en estas tensiones), pero me temo que todo se resolverá (sin nueva física) y los resultados de Planck 2017 devolverán las aguas a su cauce.


5 Comentarios

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U-95U-95

Me sumo. Excelente artículo, se agradece poder leer de nuevo algo de cosmología.

Ramiro Hum-SahRamiro Hum-Sah

Estas noticias son un gran ejemplo de como funciona la ciencia :) Mil gracias por estas entradas Francis.

Francisco R. Villatoro

Antonio, se llama “constante” de Hubble al valor H(z=0) de la constante de Hubble H(z) que hoy sabemos que es una función de la edad del universo, pero Hubble cuando la descubrió no lo sabía y la llamó constante, de ahí el nombre.

AlbertAlbert

Nuevo estudio de H0 mediante lentes gravitacionales de redshift moderado, (z=1.693), que refuerza la tensión con los valores cosmológicos obtenidos por Planck del CMB, (z=1089.9)
H0LiCOW V. New COSMOGRAIL time delays of HE0435-1223: H0 to 3.8% precision from strong lensing in a flat ΛCDM model:
https://arxiv.org/abs/1607.01790
Saludos.

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