La lente gravitacional de la supernova arroja un nuevo valor para la constante de Hubble – Physics World

Un estudio de cómo la luz de una supernova distante fue captada gravitacionalmente mientras viajaba a la Tierra se ha utilizado para calcular un nuevo valor para la constante de Hubble, un parámetro importante que describe la expansión del universo. Si bien este último resultado no ha sorprendido a los astrónomos, observaciones similares en el futuro podrían ayudarnos a comprender por qué diferentes técnicas han arrojado hasta ahora valores muy diferentes para la constante de Hubble.

El universo se ha estado expandiendo desde que se creó en el Big Bang hace 13.7 millones de años. En la década de 1920, el astrónomo estadounidense Edwin Hubble observó que las galaxias más alejadas de la Tierra parecen alejarse de la Tierra más rápido que las galaxias que están más cerca de nosotros. Lo hizo midiendo el corrimiento al rojo de la luz de estas galaxias, que es el estiramiento de la longitud de onda de la luz que ocurre cuando un objeto se aleja de un observador.

La relación lineal entre la distancia y la velocidad que midió está descrita por la constante de Hubble y desde entonces los astrónomos han desarrollado varias técnicas para medirla.

Los astrónomos están desconcertados, sin embargo, porque diferentes mediciones han arrojado valores muy diferentes para la constante de Hubble. Las mediciones de la radiación de fondo cósmico de microondas (CRB) realizadas por el satélite Planck de la Agencia Espacial Europea dan un valor de unos 67 km/s/Mpc. Sin embargo, las mediciones que involucran observaciones de las supernovas de tipo 1a realizadas por la colaboración SH0ES dan un valor de aproximadamente 73 km/s/Mpc. Las incertidumbres en estas mediciones son del 1% al 2%, por lo que existe una clara tensión entre las dos técnicas. Los astrónomos quieren saber por qué y descubrir que están desarrollando nuevas formas de medir la constante de Hubble.

Ahora, los astrónomos han medido la constante de Hubble utilizando la luz de una supernova que explotó hace 9.34 millones de años. En su camino hacia la Tierra, la luz atravesó un cúmulo de galaxias y fue desviada por el inmenso campo gravitatorio del cúmulo, que enfocó la luz hacia la Tierra. Este efecto se llama lente gravitacional.

Distribución de masa grumosa

La distribución irregular de la masa en el cúmulo creó un campo gravitatorio complejo que envió la luz de la supernova a lo largo de varios caminos diferentes hacia la Tierra. Cuando la supernova se observó por primera vez en 2014, apareció como cuatro puntos de luz. Cuando los cuatro puntos se desvanecieron, apareció un quinto 376 días después. Esta luz se retrasó por el camino más largo que había tomado a través del cúmulo.

Durante esos 376 días, el universo se expandió, lo que significa que la longitud de onda de la luz que llegó tarde se desplazó hacia el rojo. Al medir este corrimiento al rojo adicional, un equipo dirigido por Patrick Kelly de la Universidad de Minnesota pudo calcular la constante de Hubble. Utilizando varios modelos de distribuciones de masa diferentes para los grupos, el equipo obtuvo valores para la constante de 64.8 km/s/Mpc o 66.6 km/s/Mpc.

A primera vista, la medición del tiempo de retardo de la supernova parecería favorecer el valor de Planck de la constante de Hubble sobre SH0ES. Sin embargo, las mediciones de retardo de tiempo anteriores de la luz del cuásar observadas por el H0LiCOW la colaboración da un valor de 73.3 km/s/Mpc, por lo que está más cerca de SH0ES.

Si bien esto puede parecer confuso, el colega de Kelly Tomasso Treu de la Universidad de California, Los Ángeles, señala que los últimos resultados no sorprenden.

“No son muy diferentes”, dice. “Dentro de las incertidumbres, esta nueva medición es consistente con las tres [Planck, SH0ES y H0LiCOW]”.

jerez suyu del Instituto Max Planck de Astrofísica en Alemania, que lidera el proyecto H0LiCOW y no participó en estas nuevas mediciones de retardo de tiempo, tampoco ve necesariamente una paradoja.

Promesa futura

“Este valor [de la supernova] es de un sistema de lente única, y dadas sus barras de error, la medición es estadísticamente consistente con los resultados de los cuásares con lentes de H0LiCOW”, dice ella.

La incertidumbre en la medición del tiempo de retraso de la supernova está relacionada con cómo se distribuye la masa en la galaxia: cuánta materia oscura y materia bariónica (normal) está presente y cómo se distribuye por todo el cúmulo. El equipo de Kelly y Treu usó una variedad de modelos, y las diferencias entre los modelos forman una gran parte de la incertidumbre en sus valores para la constante de Hubble.

Encontrar una constante consistente

"La precisión de las mediciones constantes de Hubble bajas que se presentan aquí no es suficiente para argumentar en contra del valor más alto de SH0ES", dice daniel mortlock del Imperial College de Londres, que tampoco participó en la investigación.

Aún así, Mortlock cree que este cálculo de la constante de Hubble a partir de la medición del tiempo de retraso de una supernova es un hito. Hasta ahora, solo se han descubierto un par de supernovas con lentes, pero en los próximos años, cuando la Observatorio Vera C.Rubin en Chile, que cuenta con un telescopio de exploración gigante de 8.4 metros, entra en funcionamiento, el número de descubrimientos de supernovas con lentes debería aumentar drásticamente.

Trabajo "encantador"

“En general, creo que es un trabajo maravilloso hacer esta medición, pero quizás el aspecto más emocionante de esto es la promesa futura, ya que encuestas como Rubin descubrirán muchos más sistemas de este tipo”, dice Mortlock.

Con un mayor número de supernovas con lentes, vendrá una mayor precisión en las mediciones de la constante de Hubble, lo que ayudará a reducir las barras de error y confirmará si estos datos respaldan los resultados de Planck o SH0ES. Algunos teóricos incluso han sugirió que la nueva física puede ser necesario para explicar la tensión de Hubble, asumiendo que es real y no un error sistemático no reconocido en las observaciones.

“Claramente, se necesita más precisión para contribuir a la resolución de la tensión del Hubble”, concluye Treu. “Pero este es un primer paso importante”.

La investigación se describe en Ciencia:.

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• Fuente: https://physicsworld.com/a/gravitational-lensing-of-supernova-yields-new-value-for-hubble-constant/