El universo se expande tan rápido que podríamos necesitar una nueva física para explicarlo

El universo se está expandiendo más rápido de lo esperado, lo que sugiere que los astrónomos podrían tener que incorporar algo de física nueva en sus teorías sobre el funcionamiento del cosmos, según informa un nuevo estudio.

La tasa de expansión revisada es aproximadamente un 10% más rápida que la predicha por las observaciones de la trayectoria del universo poco después del Big Bang, según la nueva investigación. El estudio también reduce significativamente la probabilidad de que esta disparidad sea una coincidencia, de 1 entre 3.000 a sólo 1 entre 100.000.

«Este desajuste ha ido creciendo y ahora ha llegado a un punto que es realmente imposible de descartar como una casualidad», dijo en un comunicado el autor principal del estudio, Adam Riess, profesor de física y astronomía en la Universidad Johns Hopkins de Baltimore.

«Esto no es lo que esperábamos», dijo Riess, que ganó el Premio Nobel de Física en 2011 (junto con Brian Schmidt y Saul Perlmutter) por demostrar, a finales de la década de 1990, que la expansión del universo se está acelerando. No está claro qué impulsa esta sorprendente aceleración, pero muchos astrónomos invocan una misteriosa fuerza repulsiva llamada energía oscura.

Relación: El Universo: Del Big Bang a la actualidad en 10 sencillos pasos

Esta ilustración muestra los tres pasos básicos que utilizan los astrónomos para calcular lo rápido que se expande el universo en el tiempo, un valor llamado constante de Hubble. Todos los pasos implican la construcción de una sólida «escalera de distancias cósmicas», comenzando con la medición de distancias precisas a galaxias cercanas y luego pasando a galaxias cada vez más lejanas. Esta escalera es una serie de mediciones de diferentes tipos de objetos astronómicos con un brillo intrínseco que los investigadores pueden utilizar para calcular las distancias. (Crédito de la imagen: NASA, ESA y A. Feild (STScI))

En el nuevo estudio, Riess y sus colegas utilizaron el telescopio espacial Hubble para estudiar 70 estrellas variables cefeidas en la Gran Nube de Magallanes (LMC), una de las galaxias satélite de la Vía Láctea. Las variables cefeidas se atenúan y se iluminan a ritmos predecibles y, por tanto, son «velas estándar» que permiten a los astrónomos calcular distancias.

(Otro tipo de vela estándar, las explosiones estelares conocidas como supernovas de tipo 1a, permiten a los científicos medir distancias aún más lejanas en el espacio. Los estudios de Riess, Schmidt y Perlmutter sobre las supernovas de Tipo 1a condujeron a su descubrimiento ganador del Nobel.)

Riess y su equipo también incorporaron observaciones realizadas por el Proyecto Araucaria, una colaboración en la que participaron investigadores de Estados Unidos, Europa y Chile, que estudiaron varios sistemas estelares binarios de la LMC, observando el oscurecimiento que se producía cuando una estrella pasaba por delante de su vecina. Este trabajo proporcionó mediciones de distancia adicionales, ayudando al equipo de estudio a mejorar su comprensión del brillo intrínseco de las Cefeidas.

Los investigadores utilizaron toda esta información para calcular la tasa de expansión actual del universo, un valor conocido como la constante de Hubble, en honor al astrónomo estadounidense Edwin Hubble. La nueva cifra es de unas 46,0 millas (74,03 kilómetros) por segundo por megaparsec; un megaparsec equivale aproximadamente a 3,26 millones de años luz.

La incertidumbre asociada a esta cifra es de sólo el 1,9%, según los investigadores. Este es el valor de incertidumbre más bajo que se ha calculado hasta la fecha utilizando este enfoque, frente al 10% de 2001 y el 5% de 2009.

La tasa de expansión «esperada», por el contrario, es de unos 67,4 km por segundo por megaparsec. Esta tasa proyectada se basa en las observaciones que el satélite europeo Planck realizó del fondo cósmico de microondas, la luz que quedó del Big Bang que creó el universo hace 13.820 millones de años.

«No se trata simplemente de dos experimentos que no están de acuerdo. Estamos midiendo algo fundamentalmente diferente», dijo Riess.

«Uno es una medición de la velocidad de expansión del universo actual, tal y como lo vemos. La otra es una predicción basada en la física del universo primitivo y en las mediciones de la velocidad a la que debería expandirse», añadió. «Si estos valores no coinciden, se convierte en una probabilidad muy fuerte de que estemos pasando por alto algo en el modelo cosmológico que conecta las dos épocas».»

El nuevo estudio se publica hoy (25 de abril) en The Astrophysical Journal. Se puede leer gratuitamente en el sitio de preimpresión en línea arXiv.org.

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