¿Qué tan rápido se está expandiendo nuestro universo?
La constante de Hubble es uno de los números más críticos en cosmología porque nos dice qué tan rápido se está expandiendo el universo. Existen diferentes métodos para medir esta tasa. Sin embargo, determinar la precisión de este número es esencial para comprender mejor cuestiones fundamentales como la edad, la historia y la composición del universo.
El nuevo estudio de dos Universidad de Chicago astrofísicos ofrece una forma de hacer este cálculo: usando pares de agujeros negros en colisión y, por lo tanto, comprendiendo evolución del universo, de qué está hecho y hacia dónde va.
Según los científicos, la nueva técnica denominada "sirena espectral" podría ofrecer información sobre los años de "adolescencia" del universo, que de otro modo serían esquivos.
De vez en cuando, dos agujeros negros chocan. Este evento es tan poderoso que crea un ondulación del espacio-tiempo que viaja por el universo. Estas ondas también se conocen como ondas gravitacionales.
El Observatorio de ondas gravitacionales con interferómetro láser de EE. UU. (LIGO) y el observatorio italiano Virgo pueden captar esas ondas aquí en la Tierra. En los últimos años, LIGO y Virgo han recopilado las lecturas de casi 100 pares de agujeros negros chocando.
La señal de cada colisión contiene información sobre cuán masivos eran los agujeros negros. Pero la señal ha estado viajando por el espacio y, durante ese tiempo, el universo se ha expandido, lo que cambia las propiedades de la señal.
El astrofísico de UChicago Daniel Holz, uno de los dos autores del artículo, dijo: “Por ejemplo, si tomas un agujero negro y lo colocas antes en el universo, la señal cambiaría y se vería como un agujero negro más grande de lo que es”.
Determinar una forma de estimar cómo cambió esa señal podría ayudar a los científicos a calcular el tasa de expansión del universo. Sin embargo, el problema es la calibración: ¿Cómo saben cuánto cambió con respecto al original?
En este nuevo estudio, los científicos sugieren que pueden utilizar los nuevos conocimientos sobre toda la población de agujeros negros como herramienta de calibración. Por ejemplo, la evidencia actual indica que la mayoría de los agujeros negros detectados tienen entre cinco y 40 veces la masa de nuestro sol.
El primer autor, Jose María Ezquiaga, becario postdoctoral Einstein de la NASA y becario del Instituto Kavli de Física Cosmológica que trabaja con Holz en UChicago, dijo: “Así que medimos las masas de los agujeros negros cercanos y entendemos sus características, y luego miramos más lejos y vemos cuánto parecen haberse desplazado esos más lejanos. Y esto te da una medida de la expansión del universo”.
Los científicos están emocionados porque en el futuro, a medida que se expandan las capacidades de LIGO, el método puede proporcionar una ventana única a los años de "adolescencia" del universo, hace unos 10 mil millones de años, que son difíciles de estudiar con otros métodos.
Los autores señalaron, “La otra ventaja de este método es que las lagunas en nuestro conocimiento científico crean menos incertidumbres. El método puede calibrarse a sí mismo usando todo el población de agujeros negros, identificando y corrigiendo directamente los errores. Los otros métodos utilizados para calcular la constante de Hubble se basan en nuestra comprensión actual de la física de las estrellas y las galaxias, que implica una gran cantidad de física y astrofísica complicadas. Esto significa que las medidas pueden desviarse un poco si hay algo que aún no sabemos”.
“Por el contrario, este nuevo método de agujero negro se basa casi exclusivamente en La teoría de la gravedad de Einstein, que está bien estudiado y se ha enfrentado a todas las formas en que los científicos han intentado probarlo hasta ahora”.
Madera dijo, “Cuantas más lecturas tengan de todos los agujeros negros, más precisa será esta calibración. Necesitamos preferiblemente miles de estas señales, que deberíamos tener en unos pocos años, y aún más en la próxima década o dos. En ese momento, sería un método increíblemente poderoso para aprender sobre el universo”.
Referencia de la revista:
- José María Ezquiaga y Daniel E. Holz. Sirenas espectrales: cosmología a partir de la distribución masiva completa de binarios compactos. física Rev. Lett. 129, 061102 – Publicado el 3 de agosto de 2022. DOI: 10.1103 / PhysRevLett.129.061102
