La tensión de Hubble: un gran problema para la astronomía
La expansión del universo la conocemos desde hace un siglo, pero recientemente hemos detectado inconsistencias en el ritmo al que se expande. Las medidas nos dan valores contradictorios causando uno de los problemas más profundos en la cosmología moderna. Hablemos de la tensión de Hubble.
El universo se expande. Esto lo sabemos desde hace aproximadamente un siglo. Más recientemente, hace tres décadas, hemos descubierto que además el ritmo al que se expande se está acelerando. Este ritmo lo mide una ley conocida como la ley de Hubble o más correctamente la ley de Hubble–Lemaître. Esta ley nos dice algo muy simple, pero muy potente: que las galaxias que observamos desde la Tierra se alejan de nuestro planeta y que la velocidad a la que lo hacen es proporcional a la distancia que nos separa de ellas. Es decir, que cuanto más lejos están más rápido se alejan. Este alejamiento de las galaxias se observó hace un siglo, midiendo el corrimiento al rojo de su luz.
De la misma forma que la sirena de una ambulancia se distorsiona cuando ésta se acerca o se aleja de nosotros, siendo más aguda al acercarse y más grave al alejarse, la luz que observamos de un objeto en movimiento también cambia de frecuencia. Si se acerca veremos que la frecuencia de su luz habrá aumentado y por tanto veremos todos los colores más azulados. Si se aleja veremos el efecto contrario, la frecuencia de la luz habrá disminuido y por tanto veremos todo más rojizo. Esto es lo que se conoce como corrimiento al azul o al rojo, que viene descrito por el efecto Doppler.
Aunque se le atribuya a Edwin Hubble, la noción de que el universo se expande a un ritmo concreto y calculable se la debemos a Alexander Friedmann, el físico ruso que en 1922 lo dedujo a partir de las ecuaciones de Einstein para la relatividad general. Años más tarde en 1927 el físico teórico y cura belga Georges Lemaître dedujo de forma independiente este mismo resultado pero además observó esa proporción entre la distancia a ciertas galaxias y su velocidad de recesión. Poco tiempo después Edwin Hubble realizó las mismas observaciones y corrigió el valor de Lemaître, hallando lo que hoy conocemos como constante de Hubble.
Esta ley de Hubble–Lemaître fue de hecho la primera evidencia de la expansión del universo y es una de las pruebas que apoyan la teoría del Big Bang, que hoy describe los inicios de ese universo. La constante de proporcionalidad que relaciona la distancia a una galaxia lejana con la velocidad a la que se aleja de la Tierra es conocida como la constante de Hubble. Esta constante se expresa en unidades de kilómetros por segundo por megaparsec, por lo que nos daría la velocidad (en kilómetros por segundo) de una galaxia situada a un megaparsec de distancia (un millón de parsecs equivale a unos tres millones doscientos sesenta mil años luz). También puede entenderse como el ritmo relativo de expansión del universo, de forma que en cierta cantidad de tiempo (mil millones de años por ejemplo) un sistema que no esté atado gravitatoriamente habrá crecido un tanto por ciento de su tamaño original.
A pesar de que la constante de Hubble sea efectivamente constante en un momento determinado, es decir tenga el mismo valor sin importar a qué distancia esté la galaxia concreta cuya velocidad midamos, este valor cambia con el tiempo. Esto es lo que hemos descubierto en las últimas tres décadas, que el universo se expande a un ritmo acelerado debido en principio a la presencia de la energía oscura. Sin embargo, a la hora de medir el valor de esta constante de Hubble en décadas recientes nos hemos encontrado un problema. Las medidas originales, hechas utilizando observaciones del universo reciente, nos dan un valor en torno a los 73 kilómetros por segundo por megaparsec. Las observaciones en las que se ha utilizado datos del universo joven, como por ejemplo el fondo cósmico de microondas, nos dan un valor (ajustando ya por el hecho de que la constante de Hubble ha cambiado con el tiempo) de 67’7 kilómetros por segundo por megaparsec. Al principio esta discrepancia podía atribuirse a la incertidumbre inherente a cada medida, pero conforme se han ido refinando los métodos y obteniendo medidas más precisas, estos dos valores han seguido separados sin posibilidad de reconciliarlos.
Esta discrepancia es lo que se conoce como la tensión de Hubble, uno de los problemas más fundamentales de la cosmología moderna. Se han propuesto varias soluciones a este problema, aunque ninguna resulta del todo satisfactoria. Una de ellas por ejemplo es el hecho de que al encontrarnos en una región del universo especialmente poco densa y poco poblada de estrellas (conocida como “Vacío KBC”) nuestras medidas de la constante de Hubble pueden verse distorsionadas. Otra es que el modelo estándar de la cosmología, llamado Modelo ΛCDM, la teoría que subyace a todo nuestro conocimiento sobre el universo a gran escala, puede no ser del todo correcto y requerir correcciones o modificaciones. La más importante sería la de la “gravedad modificada” que nos dice que la gravedad no funciona exactamente como indican nuestras teorías sino que a grandísimas escalas y a grandísimas concentraciones de masa, tiene una forma diferente. Esto afectaría al ritmo de expansión del universo.
La última propuesta sería la de que esta tensión de Hubble podría resolverse rechazando el principio cosmológico, la idea de que el universo es homogéneo e isotrópico, es decir, que tiene el mismo aspecto estés donde estés y mires hacia donde mires. Este principio es uno de los más básicos en cosmología y deshacernos de él tendría importantes implicaciones, pero por supuesto nuestras decisiones teóricas no deben basarse en nuestra preferencia sino en el funcionamiento real y medible del universo.
Referencias:
- di Valentino, Eleonora; et al. (2021). "In the realm of the Hubble tension—a review of solutions". Classical and Quantum Gravity. 38 (15): 153001, doi:10.1088/1361-6382/ac086d
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