Resuelto el misterio de la expansión del universo

La Tierra, el sistema solar, toda la Vía Láctea, así como los pocos miles de galaxias más cercanas a nosotros, evolucionan en una vasta "burbuja" de 250 millones de años luz de diámetro, en la cual la densidad promedio de la materia es la mitad más pequeña que la del resto del universo.

Esta es la hipótesis propuesta por un físico teórico de la Universidad de Ginebra (UNIGE) para resolver un rompecabezas que ha dividido a la comunidad científica durante una década: ¿cuál es la velocidad de expansión del Universo?

Hasta ahora, al menos dos métodos de cálculo independientes han llegado a dos valores que difieren entre sí en aproximadamente un 10% y cuya diferencia es estadísticamente irreconciliable.

El enfoque, presentado en la revista Physics Letters B, hace posible borrar esta divergencia y esto, sin recurrir a ninguna "nueva física".

Expansión continua

Desde el Big Bang, hace 13.800 millones de años, el Universo se ha expandido. El primero en haberlo sugerido es el canon y físico belga Georges Lemaître (1894-1966) y el primero en haberlo destacado es Edwin Hubble (1889-1953).

El astrónomo estadounidense descubrió en 1929 que todas las galaxias se alejan de nosotros y que cuanto más rápido se alejan, mayor es su distancia.

Esto sugiere que existió en el pasado un tiempo en que todas las galaxias estaban en el mismo lugar, un momento que solo puede corresponder al Big Bang.

De estos trabajos surgió la llamada ley de Lemaître-Hubble y, sobre todo, la constante de Hubble (H0), que representa la tasa de expansión del Universo.

Las mejores estimaciones de H0 son actualmente alrededor de 70 (km/s)/ Mpc (lo que significa que el Universo se extiende 70 km por segundo más rápido cada 3, 26 millones de años luz). El problema es que dos métodos de cálculo se oponen entre sí.

Supernovas esporádicas

El primer método se basa en el fondo cósmico de microondas, esta radiación de microondas que proviene de todas partes y que se emitió cuando el Universo se enfrió lo suficiente como para que la luz circulara libremente (alrededor de 370,000 años después del Big Bang).

A partir de estos datos precisos proporcionados por la misión espacial de Planck, teniendo en cuenta el hecho de que el Universo es homogéneo e isotrópico y al utilizar la teoría de la relatividad general de Einstein para desarrollar el escenario, obtenemos para H0 el valor de 67,4.

El segundo método de cálculo se basa en las supernovas que aparecen esporádicamente en galaxias distantes. Estos eventos muy brillantes proporcionan al observador distancias muy precisas. Este enfoque determinó un valor para H0 de 74.

"Durante varios años, estos dos valores han seguido ganando precisión mientras permanecen diferentes entre sí", explica Lucas Lombriser, profesor del Departamento de Física Teórica de la Facultad de Ciencias de la UNIGE.

Esta constatación provocó una controversia científica que perdura hasta hoy y quye incluso despertó la emocionante esperanza de que tal vez estábamos evocando una "nueva física".

Para reducir esta brecha, Lucas Lombriser imaginó que el Universo no es tan homogéneo como se afirma. Esta afirmación puede parecer obvia en escalas relativamente modestas. No hay duda de que la materia se distribuye de manera diferente en una galaxia que en el exterior.

"Burbuja de Hubble"

"Si estuviéramos en una especie de" burbuja "gigantesca en la que la densidad de la materia sería significativamente menor que la que conocemos para todo el Universo, eso tendría consecuencias en las distancias de las supernovas y, en última instancia, en la determinación de H0”, explica Lucas Lombriser.

Solo sería necesario que esta "burbuja de Hubble" sea lo suficientemente grande como para incluir la galaxia que se utiliza como referencia para la medición de las distancias.

Al fijar un diámetro de 250 millones de años luz para esta burbuja, el físico calculó que si la densidad de la materia en el interior era 50% más baja que la del resto del Universo, obtendríamos un nuevo valor para la constante de Hubble que está, finalmente, de acuerdo con la obtenida gracias al fondo cósmico difuso.

“La probabilidad de que exista tal fluctuación en esta escala es de 1 en 20, o incluso de 1 en 5, especifica Lucas Lombriser. Por lo tanto, no es la fantasía de un teórico. Hay muchas regiones como la nuestra en el vasto universo”, concluye.

Referencia

Consistency of the local Hubble constant with the cosmic microwave background. Lucas Lombriser. Physics Letters B, Volume 803, 10 April 2020, 135303. DOI:https://doi.org/10.1016/j.physletb.2020.135303