O universo expándese máis rápido do esperado

*Un artigo de 

Café ou té? Beatles ou Rolling Stones? Estamos condenados a non poñernos de acordo, nin sequera en algo tan serio como a cosmoloxía. Nestes momentos somos testemuñas dunha forte pugna entre as predicións de dúas grandes escolas respecto ao ritmo de expansión do universo. Novas medicións indican que se expande moito máis rápido do esperado. Pero… Que está a pasar?

Publicidade

Tómanos o cosmos de broma ao falarnos de si mesmo? Non lle basta só con asustarnos co de que se está expandindo, senón que algúns datos que nos ofrece suxiren un ritmo de expansión distinto do doutros. Peor aínda, a estatística avala un marcado desencontro e convérteo nun grave problema. Tomando un atallo aclaro agora que eses valores discrepantes son os que proporcionan os observatorios Planck e Hubble.

Comecemos, que mide o telescopio espacial Hubble?

Podemos lembrar o que se sente ao acender unha fogata. Moi preto case queima, pero afastarnos alívianos. Iso dá unha idea vaga de como medir distancias ás estrelas. Basicamente habería que identificar dúas estrelas coas mesmas características físicas e comparar a luz que nos chega delas. E como se relaciona isto coa expansión do universo?

A expansión do universo e a masa do panettone

Imaxinemos a masa crúa dun panettone, que contén pasas separadas entre si (polo menos na miña versión favorita). A calor do forno, fai medrar a masa obrigando a que as pasas se separen unhas doutras (e todas de todas). Pero, ollo! O tamaño delas non cambia. Só falta pensar que o panettone é o espazo-tempo e pásalas as galaxias.

Ao expandirse o noso pannetoneverso (ou universo representado por un pannetone) as pasas non se moven da súa posición inicial na masa. As que cambiaron foron as distancias relativas entre unhas pasas e outras. Dividindo o ensanche entre o tempo de forno logramos a velocidade de nosas pasas, perdón, quero dicir, galaxias (chiscar, chiscar).

Agora ben, como medimos en cosmoloxía o rápido que se afasta de nós un astro? Pois recorrendo a unha versión sofisticada do efecto Doppler: igual que unha sirena da policía soa máis grave ao afastarse, a luz das astros vólvese un pouco máis vermella ao distanciarse. Fai case cen anos que Edwin Hubble sorprendeu ao mundo mostrando que canto máis lonxe está unha estrela máis rápido se afasta. Disto dedúcese, nin máis nin menos, que o universo se atopa en expansión.

A distancia lígase coa velocidade de afastamento a través da (como non) chamada constante de Hubble. De acordo coa moi recente estimación do seu valor polo equipo liderado polo nobel Adam Riess, unha estrela que se atopa a 1 megaparsec de distancia afástase a 73 km/s, e unha o dobre de afastada afástase a 146 km/s (un ano-luz é a un parsec aproximadamente o que un pé é a un metro). É dicir, mirando máis profundamente no universo vemos crecer o ritmo de expansión co tempo. Por isto a expansión é ademais acelerada.

Os arcos da vella que producen os astros

Hubble baseou o seu traballo na espectroscopía: unha lectura detallada dos arcos da vella que producen os astros. Son series de franxas de distintas cores e anchuras propias de cada estrela (as súas impresións dixitais), que por comparación indican corrementos a lume, é dicir, diminución da frecuencia da luz do obxecto ao moverse a maior velocidade.

Este pioneiro e os seus sucesores debían coñecer as distancias ás estrelas usadas. Pero, en xeral, medir distancias en astronomía é un traballo arduo. Custa moito obter datos directos, e o usual é recorrer a modelos físicos, xeralmente construídos en base a variacións de luminosidade. Así se obtén a escaleira cósmica de distancias. Esta unha concatenación de métodos que lanza distancias a obxectos afastados baseadas en obxectos intermedios, apoiadas á súa vez nas de obxectos próximos.

Planck esixe reformular as ‘certezas’ sobre a expansión do universo

A grandes liñas así foi como obtivo o equipo de Riess usando o telescopio Hubble de forma moi precisa o valor actual da constante homónima, en concreto apoiándose en tres banzos de astros próximos. Pero devandito valor non se pode conciliar estatisticamente co lanzado pola colaboración Planck: 67 km/s/Mpc.

Este experimento cos seus datos exquisitos fala de alteracións moi pequenas no fondo cósmico de radiación de microondas impresas hai billóns de anos. E a través delas infórmanos das proporcións e natureza dos distintas ingredientes da sopa cósmica, esa con a que o noso Universo foise alimentando en distintas etapas.

En realidade neste campo recórrese ás ecuacións de Einstein para ver como o antes influíu no agora. É dicir, reconstruímos a viaxe desa radiación a través de billóns de anos. E neste quebracabezas, un pequeno erro nun lugar propágase a outro, como o famoso efecto bolboreta. Por iso que hai que tratar con cautela a estimación do valor da expansión que se obtén deses datos.

A nivel teórico somos moitos os que nos devanamos os miolos rebuldando coas ecuacións desa teoría á que me acabo de referir, e que nos pon de novo en contacto coa idea de que temos que coñecer a composición do Universo para estimar ben o valor da constante de Hubble a día de hoxe.

O efecto da enerxía e a materia escura

Os ingredientes principais desa sopa que describe o noso universo son a materia e a enerxía escura, ricas substancias que o fixeron crecer como a unha nena ou neno. E calquera nutricionista diranos que a escaseza ou a mala calidade da alimentación prexudica ese desenvolvemento. Pódese así entender que as variacións nas cantidades de enerxía e materia escuras no Universo determinaron a separación entre as súas galaxias en diferentes épocas. E isto, lembremos, permítenos estimar como foi cambiando de talla a nosa criatura ao ir medrando.

Por suposto, a solvencia dos grupos de investigación máis selectos en cosmoloxía está fóra de dúbida. Son duelos de titáns. Poñerse ao lado de Planck ou Hubble é como escoller entre Lionel Messi e Cristiano Ronaldo. Ambos teñen moitas luces e tamén algunhas sombras.

As estrelas xigantes vermellas dan un dato intermedio

Pero se no fútbol xa asoman novas figuras para tomar a testemuña, tamén atopamos outras opcións con moito potencial en cosmoloxía. Neste caso a alternativa é conciliadora. Un recente estudo que usa estrelas xigantes vermellas sitúase entre os dous contendentes suxerindo 69,6 km/s/Mpc. E aínda que a precisión na medida baixa un pouco, hai marxe de mellora en tanto que a física desas estrelas aínda require desenvolvemento.

Quizá haxa erros sistemáticos no tratamento numérico, quizá haxa física inexplorada, quizá algunhas das formulacións teóricas que se fan sexan algo bastas. Hai tamén quen usa outro tipo de estudos astrofísicos completamente distintos, por exemplo as lentes gravitacionais, para acabar ofrecendo apoio a un bando ou outro.

Quizá o telescopio James Webb axude a pechar este debate, pero, mentres siga aberto, será un goce seguilo en directo, mellor aínda se contamos con flocos de millo e un bo sofá.

*Ruth Lazkoz é profesora de Física Teórica da Universidade do País Vasco / Euskal Herriko Unibertsitatea

Cláusula de divulgación: Ruth Lazkoz recibe fondos do Ministerio de Ciencia e Innovación. Ruth Lazkoz é membro da Sociedad de Gravitación y Relatividad Española e de Más Euskadi-Euskadi Eraiki.