La imagen muestra la distribución de la materia en el espacio (azul; los puntos amarillos representan galaxias individuales). La Vía Láctea (verde) se encuentra en una zona con poca materia. Las galaxias en la burbuja se mueven en la dirección de mayor densidad de materia (flechas rojas). Por tanto, el universo parece expandirse más rápidamente dentro de la burbuja. Crédito: AG Kroupa/Universidad de Bonn
El universo se está expandiendo. La velocidad a la que lo hace se describe mediante la llamada constante de Hubble-Lemaitre. Pero existe una controversia sobre el tamaño real de esta constante: los diferentes métodos de medición proporcionan valores contradictorios.
La llamada “tensión del Hubble” plantea un enigma para los cosmólogos. Investigadores de las universidades de Bonn y St. Andrews proponen ahora una nueva solución: utilizando una teoría alternativa de la gravedad se puede explicar fácilmente la discrepancia en los valores medidos: la tensión de Hubble desaparece. El estudio ha sido publicado en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS).
La expansión del universo hace que las galaxias se alejen unas de otras. La velocidad a la que lo hacen es proporcional a la distancia entre ellos. Por ejemplo, si la galaxia A está dos veces más lejos de la Tierra que la galaxia B, su distancia a nosotros también crece dos veces más rápido. El astrónomo estadounidense Edwin Hubble fue uno de los primeros en reconocer esta conexión.
Por lo tanto, para calcular a qué velocidad se alejan dos galaxias una de otra, es necesario saber a qué distancia están unas de otras. Sin embargo, esto también requiere una constante por la cual se debe multiplicar esta distancia. Se trata de la llamada constante de Hubble-Lemaitre, un parámetro fundamental en cosmología. Su valor puede determinarse, por ejemplo, observando regiones muy distantes del universo. Esto da una velocidad de casi 244.000 kilómetros por hora por megaparsec de distancia (un megaparsec equivale a poco más de tres millones de años luz).
244.000 kilómetros por hora por megaparsec… ¿o 264.000?
“Pero también se pueden observar cuerpos celestes mucho más cercanos a nosotros, las llamadas supernovas de categoría 1a, que son un tipo específico de estrella en explosión”, explica el Prof. Dr. Pavel Kroupa del Instituto Helmholtz de Radiación y Física Nuclear de la Universidad de Bonn. Es posible determinar con mucha precisión la distancia de una supernova 1a a la Tierra. También sabemos que los objetos brillantes cambian de color cuando se alejan de nosotros y cuanto más rápido se mueven, más fuerte es el cambio. Esto es similar a una ambulancia, cuya sirena suena más profundamente a medida que se aleja de nosotros.
Si ahora calculamos la velocidad de las supernovas 1a a partir de su cambio de color y la correlacionamos con su distancia, llegamos a un valor diferente para la constante de Hubble-Lemaitre, es decir, poco menos de 264.000 kilómetros por hora por megaparsec de distancia. “Por lo tanto, el universo parece expandirse más rápidamente en nuestra vecindad, es decir, hasta una distancia de unos tres mil millones de años luz, que en su totalidad”, afirma Kroupa. “Y ese no debería ser realmente el caso”.
Sin embargo, recientemente ha habido una observación que podría explicar esto. Según esto, la Tierra está situada en una región del espacio donde hay relativamente poca materia, comparable a una burbuja de aire en un pastel. La densidad de la materia es mayor alrededor de la burbuja. De esta materia circundante emanan fuerzas gravitacionales que atraen a las galaxias de la burbuja hacia los bordes de la cavidad. “Por eso se están alejando de nosotros más rápido de lo que cabría esperar”, explica el Dr. Indranil Banik de la Universidad de St. Andrews. Por lo tanto, las desviaciones podrían explicarse simplemente por una “subdensidad” local.
De hecho, otro grupo de investigación midió recientemente la velocidad media de un gran número de galaxias que se encuentran a 600 millones de años luz de nosotros. “Se ha descubierto que estas galaxias se alejan de nosotros cuatro veces más rápido de lo que permite el modelo cosmológico estándar”, explica Sergij Mazurenko, del grupo de investigación de Kroupa, que participó en el estudio actual.
Burbuja en la masa del universo
Esto se debe a que el modelo estándar no prevé tales subdensidades o “burbujas”: en realidad no deberían existir. En cambio, la materia debería estar distribuida uniformemente en el espacio. Sin embargo, si este fuera el caso, sería difícil explicar qué fuerzas impulsan a las galaxias a su alta velocidad.
“El modelo estándar se basa en una teoría sobre la naturaleza de la gravedad propuesta por Albert Einstein”, afirma Kroupa. “Sin embargo, las fuerzas gravitacionales pueden comportarse de manera diferente a lo que Einstein esperaba”. Los grupos de trabajo de las universidades de Bonn y St. Andrews utilizaron una teoría de la gravedad modificada en una simulación por ordenador.
Esta “dinámica newtoniana modificada” (abreviatura: MOND) fue propuesta hace cuatro décadas por el físico israelí Prof. Dr. Mordehai Milgrom. Todavía hoy se considera una teoría externa. “Sin embargo, en nuestros cálculos MOND predice con precisión la existencia de este tipo de burbujas”, afirma Kroupa.
Si se supusiera que la gravedad se comporta realmente según las suposiciones de Milgrom, la tensión de Hubble desaparecería: en realidad sólo habría una constante para la expansión del universo y las desviaciones observadas se deberían a irregularidades en la distribución de la materia.
Con información de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society https://skycr.org/2023/12/02/una-nueva-posible-explicacion-para-la-tension-del-hubble/
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