El problema de la constante de Hubble se refuerza

Por Francisco R. Villatoro, el 10 enero, 2022. Categoría(s): Ciencia • Física • Noticias • Physics • Science ✎ 14

El último resultado de la colaboración SH0ES, liderada por Adam G. Riess (premio Nobel de Física en 2011), estima la constante de Hubble en H₀ = 73.04 ± 1.04 km/s/Mpc; valor que está a 5.4 sigmas de la estimación cosmológica, H₀ = 67.4 ± 0.5 km/s/Mpc. Para la calibración se han usado 42 supernovas Ia en 37 galaxias con sendas cefeidas observadas por el telescopio espacial Hubble (el anterior resultado usaba 19); además, en 7 de ellas también se observa el pico de la rama de gigantes rojas (TRGB). La distancia a dichas cefeidas ha sido calibrada usando las paralajes obtenidas por Gaia EDR3, máseres en NGC 4258 y binarias eclipsantes en la Gran Nube de Magallanes. El nuevo resultado parece muy robusto. Cada vez resulta más difícil sostener la sospecha de que el problema tiene su origen en errores sistemáticos en la escalera de distancias.

Recuerda que la constante de Hubble H₀ = H(0) es el valor actual del parámetro de Hubble H(z), cuya variación con el desplazamiento al rojo (z) se describe mediante el modelo cosmológico ΛCDM. El objetivo del proyecto SH0ES (Supernovae and H0 for the Equation of State of dark energy) era usar el telescopio espacial Hubble para determinar la escalera de distancias para la estimación de H₀ usando supernovas Ia; en los próximos años se pretende usar los resultados del recién lanzado telescopio espacial James Webb. La clave de la calibración son las supernovas Ia cercanas (a menos de 20 Mpc) que se observan en galaxias en las que se han observado cefeidas, lo que permite una estimación precisa de su distancia; pero son muy raras, en promedio ocurre una cada década, por ello muchas están estudiadas usando una tecnología fotométrica anticuada. Además, las observaciones de supernovas Ia presentan múltiples sesgos sistemáticos (incluida la posibilidad de que haya varios tipos). A pesar de ello, el equipo de SH0ES es el que más domina las técnicas de análisis necesarias para estimar la escalera de distancias y sus resultados cada vez acumulan mayor significación.

El problema ha llegado para quedarse; la cosmología actual tiene que encontrar una solución; todos deseamos que el James Webb aporte datos que apunten a dicha solución. El nuevo artículo es Adam G. Riess, Wenlong Yuan, …, Weikang Zheng, «A Comprehensive Measurement of the Local Value of the Hubble Constant with 1 km/s/Mpc Uncertainty from the Hubble Space Telescope and the SH0ES Team,» arXiv:2112.04510 [astro-ph.CO] (08 Dec 2021). Recomiendo la lectura de Kylar L. Greene, Francis-Yan Cyr-Racine, «Hubble distancing: Focusing on distance measurements in cosmology,» arXiv:2112.11567 [astro-ph.CO] (21 Dec 2021).

[PS] Para los interesados en propuestas de modelos teóricos que modifiquen el modelo cosmológico para dar cuenta de la discrepancia (hay cientos) recomiendo leer Nils Schöneberg, Guillermo Franco Abellán, …, Julien Lesgourgues, «The H0 Olympics: A fair ranking of proposed models,» arXiv:2107.10291 [astro-ph.CO] (21 Jul 2021), y Eleonora Di Valentino, …, Adam G. Riess, Joseph Silk, «In the Realm of the Hubble tension −a Review of Solutions,» Classical and Quantum Gravivty 38: 153001 (2021), doi: https://doi.org/10.1088/1361-6382/ac086d, arXiv:2103.01183 [astro-ph.CO] (01 Mar 2021). [/PS]

La calibración de las distancias es el punto clave de la escalera de distancia (como conté en mi charla «El abrazo dé la plata…» para Naukas Bibao 2019, LCMF, 24 sep 2019). El tercer escalón es el que usa más datos de supernovas Ia, pero ello no implica que sea el más relevante para el cálculo de la constante de Hubble. Dicho escalón se apoya en la calibración de la distancia a una supernova Ia en función de la magnitud máxima de su brillo. Para dicha calibración se usa el segundo escalón, el que más datos ha ganado con el nuevo artículo. Este escalón se apoya en el primero, la medida mediante de la distancia a cefeidas usando la paralaje, máseres y otras técnicas; este escalón está dominado por la distancia a tres objetos LMC (Gran Nube de Magallanes), M31 (Andrómeda) y N4258 (la galaxia espiral Messier 106).

Me gusta esta figura porque además de ilustrar a la perfección la escalera de distancias, deja muy claro la enorme importancia de esos tres objetos (LMC, M31 y N4258). El telescopio espacial James Webb observará en el infrarrojo medio tanto las cefeidas como los remanentes de las supernovas Ia, lo que reducirá la incertidumbre en los dos primeros escalones (puntos verdes y azules). Se espera mucho de este telescopio, todavía de camino a su órbita halo en el punto de Lagrange L2 del sistema Tierra-Sol. Todos esperamos que su impacto sea revolucionario en cosmología observacional.



14 Comentarios

  1. «este telescopio, todavía de camino a su órbita halo en el punto de Lagrange L2 del sistema Tierra-Sol. Todos esperamos que su impacto sea revolucionario en cosmología observacional.»

    Y tanto. Significaría que el punto L2 es sólido y además se cargaría el telejcopio. 😉

    1. Jajajjj 😀 Pero hablando en serio, a mí me preocupa que haya polvo o pequeños sólidos flotando en el L2 terrestre que, -salvando las diferencias con un L4 de Júpiter- cual satélites troyanos pudieran chocar con el delicado telescopio. «Que por nadie pase», toquemos madera.

      Le deseo exitos al telescopio James Webb, hay muchas espectativas puestas en él.

  2. Francis, donde dice: «Cada resulta más difícil sostener la sospecha de que el problema tiene su origen en errores sistemáticos en la escalera de distancias», creo que debería decir: «Cada vez resulta más difícil …»

  3. Es curioso ver que lo que hemos mejorado con el tiempo es el valor de la incertidumbre. En 1958 Sandage estableció un valor entre 50 y 100 (75?) y en 1968 junto con Racine un valor de 77. Es un tema que me apasiona.

    Un saludo.

  4. Por lo que entiendo la Constante de Hubble dice relación con la aceleración con que se está expandiendo el Universo….es un dato de la causa para una comprensión más acabada de su evolución y de hipótesis como la de inflación.

    1. Sergio, el parámetro de Hubble H(z) es la variación del radio del universo dividida entre el radio, H(z) = (dR(z)/dz)/R(z), es decir, la tasa de expansión normalizada por el tamaño. Resolviendo la ecuación de Friedmann (modelo FRW), si el final de la inflación ocurrió a los 10⁻³² segundos, el radio del universo era de 2 × 10⁻²⁶ metros, con lo que el desplazamiento al rojo era de z = 5 × 10²⁵; ¿crees que el valor H(10²⁵) es clave para determinar el valor de H(0) en discordia?

    2. No, Sergio, la constante de Hubble (que es el valor actual del parámetro de Hubble) no indica, de ninguna manera, la aceleración de la expansión, ni tiene relación con la inflación. De hecho, una desaceleración de la expansión es compatible con una constante de Hubble positiva.

  5. Leyendo sobre el caso de la supernova con múltiples apariciones detrás de MACSJ1149.5+2223, queda claro que las distancias aparentes resultan bastante diferente para una misma supernova. Por lo que no me extrañaría que una distorsión de ese tipo se haya descartado de los calculos, pero solo por curiosidad, como saber si no estamos midiendo una pequeña curvatura, muy pequeña, debida a los pequeños aporte de todo lo que hay en el camino entre ellas?

    1. Hector, hasta donde me consta, la supernova Refsdal (en MACSJ1149.5+2223) es de tipo II, así que no sirve como candela estándar para estimar distancias. No sé si sabes que hay otra supernova de la que también tenemos múltiples imágenes gracias al efecto de lente gravitacional, iPTF16geu, que es una supernova de tipo Ia; pero no tiene impacto sobre el estudio SH0ES por su alto desplazamiento al rojo (z=0.409). Este tipo de supernovas lensadas con múltiples imágenes suelen ser lejanas (z > 0.2) y por ello no tienen impacto en los análisis de SH0ES para obtener H₀ que usan supernovas con z 0.2 y esto pueda tener un impacto indirecto en el problema de la constante de Hubble.

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