09/May/09

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Energía oscura: refinan la constante Hubble y así son menos las explicaciones posibles

Sea donde sea que esté la energía oscura, las explicaciones para ella tienen menos espacio al seguir una observación del Telescopio Espacial Hubble

Se ha refinado la medición de la actual velocidad de expansión del universo a una precisión donde el error es menor al cinco por ciento. El nuevo valor de la velocidad de expansión, conocida como la constante de Hubble, o H0 (en honor a Edwin Hubble que midió la expansión del universo por primera vez hace casi un siglo), es de 74,2 kilómetros por segundo por megapársec (el margen de error de +/- 3,6). Los resultados coinciden casi exactamente con una previa medición realizada por el Hubble de 72 ± 8 km / segundo / megapársec, pero ahora son dos veces más precisas.

La medición del Hubble, dirigido por el Equipo SHOES (Supernova Ho for the Equation of State - Supernova H0 para la Ecuación de Estado) y conducido por Adam Riess, del Instituto de Ciencia Telescópica Espacial y la Johns Hopkins University, usa cierta cantidad de refinamientos para racionalizar y reforzar la construcción de una "escala cósmica de distancia", de mil millones de años-luz de longitud, que los astrónomos usan para determinar la velocidad de expansión del universo.

Observaciones del Hubble de estrellas pulsátiles llamadas variables cefeidas en un jalón cósmico cercano, la galaxia NGC 4258, y en las galaxias anfitrionas de recientes supernovas, vinculan directamente estos indicadores de distancia. El uso del Hubble para unir estos niveles en la escala eliminó los errores sistemáticos que eran casi inevitablemente introducidos al comparar mediciones de telescopios diferentes.

Riess explica la nueva técnica: "Es como medir un edificio con una cinta de medir larga en lugar de mover una varilla de un metro de punta a punta. Se evita sumar los pequeños errores que se cometen cada vez que se cambia la varilla de lugar. Cuanto más alto es el edificio, más grande es el error".

Lucas Macri, profesor de física y astronomía en Texas A&M e importante colaborador en los resultados, dijo: "Las cefeidas son el esqueleto de la escala de distancia porque sus períodos de pulsación, que son observados fácilmente, tienen directa correlación con su luminosidad. Otro refinamiento de nuestra escala es el hecho de que hemos observado a las cefeidas en las partes del espectro electromagnético casi infrarrojo, donde estas estrellas variables son mejores indicadores de distancias que en las longitudes de ondas ópticas".

Este valor nuevo y preciso de la constante de Hubble fue usado para poner a prueba y restringir las propiedades de la energía oscura, la forma de energía que produce una fuerza repulsiva en el espacio, que está causando la aceleración de la velocidad de expansión del universo.

Poniendo entre paréntesis el historial de expansión del universo entre hoy y cuando el universo sólo tenía aproximadamente 380.000 años, los astrónomos pudieron poner límites sobre la naturaleza de la energía oscura que está causando la aceleración de la expansión. (La medida para el universo lejano y temprano es obtenida de las fluctuaciones en el fondo cósmico de microondas, como fue resuelto por la sonda Wilkinson Microwave Anisotropy de la NASA, WMAP, en 2003.)

Su resultado es consecuente con la interpretación más simple de la energía oscura:, que es matemáticamente equivalente a la constante cosmológica, una hipótesis de Albert Einstein presentada hace un siglo para presionar sobre la trama del espacio e impedir que el universo se desplomara bajo la atracción de la gravedad. (Einstein, sin embargo, retiró la constante cuando fue descubierta la expansión del universo por Edwin Hubble.)

"Si se pusiera en una caja todas las maneras en que la energía oscura podría diferir de la constante cosmológica, esa caja ahora sería tres veces más pequeña", dice Riess. "Es el progreso, pero todavía tenemos un largo camino para definir la naturaleza de la energía oscura".

Aunque la constante cosmológica fue concebida de hace mucho tiempo, la evidencia observacional de la energía oscura no llegó hasta hace 11 años, cuando dos estudios, uno liderado por Riess y Brian Schmidt de Mount Stromlo Observatory, y el otro por Saul Perlmutter del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, descubrieron la energía oscura por separado, en parte con observaciones del Hubble. Desde entonces los astrónomos han estado persiguiendo las observaciones para caracterizar mejor la energía oscura.

El enfoque de Riess para reducir las explicaciones alternativas de la energía oscura —si es una constante cosmológica estática o un campo dinámico (como la fuerza de repulsión que inició la inflación después del Big Bang)— es refinar aún más las mediciones de la historia de la expansión del universo.

Antes de que el Hubble fuera lanzado en 1990, las estimaciones de la constante de Hubble variaban en un factor de dos. A fines de los '90, el Proyecto Clave del Telescopio Espacial Hubble sobre la Escala de Distancia Extragaláctica (HST Key Project on the Extragalactic Distance Scale) refinó el valor de la constante Hubble a un error de apenas un diez por ciento. Esto fue consumado mediante observaciones de las variables cefeidas en longitudes de onda ópticas a distancias mayores que las previamente obtenidas, y al compararlas con mediciones similares desde telescopios con base en tierra.

El equipo SHOES usó la Cámara Casi Infrarroja del Hubble y el Espectrómetro Multi-objeto (NICMOS) y la Cámara Avanzada para Sondeos (ACS) para observar 240 estrellas cefeidas variables a través de siete galaxias. Una de estas galaxias fue la NGC 4258, cuya distancia estaba determinada con mucha exactitud a través de las observaciones con radiotelescopios. Las otras seis galaxias alojaron recientemente supernovas del Tipo Ia, que son confiables indicadores de distancia para mediciones incluso más lejanas en el universo. Todas las supernovas del Tipo Ia estallan con casi la misma cantidad de energía y tienen casi el mismo brillo intrínseco.

Mediante la observación de las cefeidas con propiedades muy similares en longitudes de onda casi-infrarrojas en las siete galaxias, y usando el mismo telescopio e instrumento, el equipo pudo calibrar la luminosidad de las supernovas con más precisión. Con las poderosas capacidades de Hubble, el equipo pudo esquivar algunos de los peldaños más tambaleantes a lo largo de la previa escalera de distancia que involucraban incertidumbres en el comportamiento de las cefeidas.

A Riess le gustaría ver al final la constante Hubble refinada a un valor con un error de no más de un uno por ciento, para poner incluso restricciones más severas sobre las soluciones para la energía oscura.

Fuente: Hubble. Aportado por Graciela Lorenzo Tillard