La ilustración muestra un cuásar, uno de los objetos más brillantes del Universo, emitiendo chorros de energía – ABC Ciencia emite el presente reportaje.

¡Sorpresa! El poder de la energía oscura aumenta a medida que el Universo envejece.

Un equipo de investigadores logra medir con una precisión sin precedentes la tasa de expansión del Universo primitivo

Puede que una de las mayores sorpresas que se hayan llevado nunca astrónomos y cosmólogos fue la comprobación, en 1998, de que el Universo en que vivimos no solo se expande, esto es, se hace cada vez más grande, sino que lo hace cada vez más deprisa. La idea de esta « expansión acelerada», comprobada ya en múltiples ocasiones, llevó a los científicos a preguntarse qué tipo de fuerza o energía podría ser tan inconcebiblemente grande como para someter al Universo entero a esta aceleración. Fue así como nació el concepto de « energía oscura», algo que sabemos que constituye casi el 70% de la masa total del Universo, pero de cuya naturaleza seguimos, 20 años después, sin tener la menor idea.

Pero, ¿cómo de rápido exactamente se expande el Universo? Se trata de una pregunta que los científicos aún no han logrado responder con precisión. Sí que tenemos una magnitud para referirnos a la tasa de expansión universal, la constante de Hubble, pero las diferentes mediciones hechas a lo largo de los años arrojan valores diferentes, de forma que la cuestión sigue estando, después de décadas enteras de investigación, abierta. Y el debate continúa.

Ahora, y por primera vez, un equipo de astrónomos de las universidades de Florencia y Durham, en Reino Unido, anuncia en un artículo recién publicado en Nature Astronomy que ha conseguido usar lejanos cuásares del Universo primitivo (poco después del Big Bang), para medir con una precisión sin precedentes la tasa de expansión del Universo en aquellos tiempos lejanos. Un esfuerzo descomunal que, sin embargo, ha puesto ante nuestros ojos un misterio aún mayor del que ha conseguido resolver.

Medir la constante de Hubble

“La constante de Hubble, representada comúnmente como H, especifica la velocidad a la que se está expandiendo el Universo. A través de ella, y una asumido un cierto modelo cosmológico, también podemos estimar el tamaño y la edad del Universo. Por este motivo, muchos investigadores defienden que la determinación experimental de la constante de Hubble es el proyecto más importante de la cosmología observacional”.

La forma en que hasta ahora se ha medido la constante de Hubble es observando fuentes de luz distantes, normalmente supernovas del tipo 1A o estrellas variables, conocidas como « candelas estandar», cuya distancia de nosotros se puede calcular y que permiten medir con bastante precisión el «corrimiento hacia el rojo» de la luz que emiten, lo que determina la velocidad a la que esos objetos se alejan de nosotros.

Sin embargo, hacer esas mediciones no resulta fácil. Y hagan lo que hagan los astrónomos, nunca consiguen llegar a un valor único, sino a un rango de valores diferentes. La tasa de expansión se mide en kilómetros por segundo por Megaparsec (km/s/Mpc). Un «parsec» es una unidad de medida cuyo nombre deriva de «paralaje de un segundo de arco» y que corresponde a 3,26 años luz. Un Megapársec, por lo tanto, equivale a un millón de veces esa distancia, es decir, 3.26 millones de años luz.

La incómoda cuestión es que los valores obtenidos hasta el momento con los diferentes métodos de medición oscilan entre los 67 y los 77 kilómetro por segundo por Megapársec. En otras palabras, eso significa que dos puntos en el espacio que estén separados por un Megapársec se alejan el uno del otro a una velocidad de entre 67 y 77 km/s. Para explicar estas diferencias, se ha llegado a proponer que quizá la velocidad de expansión no haya sido la misma a lo largo de toda la historia del Universo, sino que ésta ha ido cambiando a lo largo del tiempo. Algo que invalidaría la idea misma de una constante (la de Hubble) y que nadie ha conseguido demostrar hasta ahora. Para eso habría que ser capaces de medir el valor de la constante de Hubble a muchos miles de millones de años de distancia, y no existían candelas estándar lo suficientemente lejanas como para permitir esos cálculos.

Una diferencia incómoda

La diferencia entre 67 y 77 km/s puede no parecer tanta, pero la Ciencia se resiste a aceptar un rango de valores para algo que debería tener un valor concreto. De modo que los investigadores siguen probando diferentes métodos para medir la constante de Hubble y tratar de llegar de una vez a un valor definitivo.

La cuestión tiene mucha más importancia de la que parece a simple vista. De hecho, sin un valor preciso, los astrónomos son incapaces de determinar con precisión, por ejemplo, los tamaños de galaxias muy lejanas, la edad exacta del Universo o la historia de su expansión a partir del Big Bang.

Pero el nuevo método desarrollado por los investigadores de Florencia y Durham ha permitido, por primera vez, medir la constante de Hubble en los lejanos tiempos cercanos al Big Bang. Y los resultados han sido toda una sorpresa.

En busca de cuásares

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El método se basa en los cuásares, objetos muy lejanos y también ultrabrillantes, también llamados «núcleos galácticos activos». Son los objetos más brillantes de todo el Universo y se cree que su brillo procede de la actividad de los agujeros negros supermasivos que hay en el centro de la mayoría de las galaxias. La intensa radiación electromagnética que emiten es causada por el disco de acreción, formado por los materiales que giran alrededor del agujero negro, atraídos por su gravedad. A medida que el disco de materia acelera, emite una enorme cantidad de energía. Tanta, que deslumbra a los telescopios de la Tierra, a miles de millones de años luz de distancia.

                 Científicos descubren el cuásar más lejano observado hasta la fecha.

“Un equipo de científicos de la Institución Carnegie ha descubierto el cuásar más lejano detectado hasta la fecha. Los resultados, publicados en la revista Nature, nos permiten comprender cómo era el universo en su ‘infancia’. La razón es que el cuásar se originó cuando el cosmos presentaba una antigüedad de tan solo 690 millones de años. “Nos ofrece una fotografía de cómo era el universo cuando este tenía solo 5% de su edad actual”, explica a Hipertextual Eduardo Bañados, primer autor del trabajo e investigador en el observatorio de la Institución Carnegie.”

Hace ya unos años, otro equipo de astrónomos consiguió medir la distancia a la que estaban ciertos cuásares. Y resulta, además, que los cuásares también emiten rayos X y luz ultravioleta. Ahora, tal y como explican en su estudio Guido Risaliti, de la Universidad de Florencia, y Elisabeta Russo, de la de Durham, los investigadores han conseguido descubrir que la relación entre estas dos diferentes longitudes de onda emitidas por un cuásar varía en función de su luminosidad en el ultravioleta. Y una vez conocida esa luminosidad, cosa que los investigadores consiguieron a partir de esa relación, resulta que el cuásar puede ser utilizado como cualquier otra candela estándar. Solo que muchísimo más lejana que cualquiera de las supernovas o las de estrellas variables utilizadas hasta ahora.

En otras palabras, por primera se ha conseguido encontrar la forma de medir la constande de Hubble en el remoto pasado del Universo. Según Elisabeta Luso, «el uso de los cuásares como candelas estándar tiene un gran potencial, ya que ahora podemos observarlos a distancias mucho mayores que las supernovas del Tipo IA, y utilizarlas para investigar épocas mucho más tempranas en la historia del Universo».

Inmersión en el Universo primitivo

De esta forma, el equipo de investigadores recopiló datos de 1.598 cuásares situados a distancias entre 12.600 y 11.400 millones de años luz de nosotros, poco después del Big Bang (que fue hace unos 13.700 millones de años). Y usaron esas distancias para calcular, por primera vez, la tasa de expansión del Universo primitivo y comprobar si, efectivamente, era distinta de la actual.

Los científicos también compararon sus resultados con los obtenidos durante años de supernovas del tipo IA, que cubren los 9.000 millones de años más recientes, y encontraron que, a las distancias en que los resultados se superponen, éstos son muy similares. Pero en el Universo temprano, donde sólo los cuásares pueden facilitar mediciones, había una notable diferencia entre lo que observaron y lo que predice el modelo cosmológico vigente.

«Observamos cuásares hasta apenas mil millones de años después del Big Bang -explica Guido Risaliti- y encontramos que la tasa de expansión del Universo en la actualidad es más rápida de lo que era antes. Y eso puede significar que la energía oscura se está haciendo más y más fuerte a medida que el Universo envejece».

Las implicaciones de este hallazgo son tremendas. Si efectivamente la densidad de la energía oscura aumenta con el tiempo, entonces la constante de Hubble no sería «constante», sino que variaría a lo largo del tiempo. y posiblemente eso bastaría para explicar las discrepancias encontradas en las diferentes mediciones llevadas a cabo hasta ahora.

Pero hay otra cuestión. Si bien es cierto que el trabajo de este equipo de investigadores podría ayudar resolver la espinosa cuestión del auténtico valor de la constante de Hubble, también lo es que coloca sobre el tapete un misterio aún mayor: ¿Cómo es posible que la energía oscura se vaya haciendo más fuerte a medida que el Universo envejece?

«Algunos científicos -concluye Risaliti- sugirieron en el pasado que podría ser necesaria una nueva Física para explicar las discrepancias encontradas hasta ahora, incluída la posibilidad de que la fuerza de la energía oscura esté aumentando. Y nuestros resultados parecen confirmar esa sugerencia».

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