Representación artística de dos estrellas de neutrones fusionándose y liberando ondas gravitacionales.
(Imagen: © R. Hurt / Caltech-JPL)
Analizando ondas en la tela del espacio y el tiempo creado por pares de estrellas muertas pronto puede resolver un misterio cósmico que rodea qué tan rápido se está expandiendo el universo, si los científicos tienen suerte.
Ese es el veredicto de un nuevo estudio, que también puede arrojar luz sobre el destino final del universo, han dicho los investigadores que trabajaron en él.
El cosmos ha seguido expandiéndose desde su nacimiento hace unos 13.800 millones de años. Al medir la tasa actual de expansión del universo, conocida como Constante del Hubble, los científicos pueden deducir la edad del cosmos y los detalles de su estado actual. Incluso pueden usar el número para intentar aprender el destino del universo, como si se expandirá para siempre, colapsará sobre sí mismo o se desgarrará por completo.
Los científicos usan dos métodos principales para medir la constante de Hubble. Uno implica monitorear objetos cercanos cuyas propiedades los científicos entienden bien, como las explosiones estelares conocidas como supernovas y estrellas pulsantes conocidas como Variables cefeidas, para estimar sus distancias y luego deducir la tasa de expansión del universo. El otro se centra en el fondo cósmico de microondas, la radiación sobrante del Big Bang, y examina cómo ha cambiado con el tiempo para calcular qué tan rápido se ha expandido el cosmos.
Sin embargo, este par de técnicas ha dado lugar dos resultados diferentes para el valor de la constante de Hubble. Los datos del fondo cósmico de microondas sugieren que el universo se está expandiendo actualmente a una velocidad de aproximadamente 41.6 millas (67 kilómetros) por segundo por 3.26 millones de años luz, mientras que los datos de supernovas y cefeidas en el universo cercano sugieren una velocidad de aproximadamente 45.3 millas ( 73 km) por segundo por 3,26 millones de años luz.
Esta discrepancia sugiere que el modelo cosmológico estándar, la comprensión de los científicos de la estructura y la historia del universo, podría estar equivocado. Resolviendo este debate, conocido como el Hubble conflicto constante, podría arrojar luz sobre la evolución y el destino final del cosmos.
En el nuevo estudio, los físicos sugieren que los datos futuros de las ondas en la estructura del espacio y el tiempo conocidas como ondas gravitacionales podrían ayudar a romper este punto muerto. "El conflicto constante del Hubble, el mayor indicio que tenemos de que nuestro modelo del universo está incompleto, puede resolverse en cinco a 10 años", dijo a Space.com el autor principal del estudio Stephen Feeney, astrofísico del Flatiron Institute de Nueva York.
De acuerdo con Einstein teoría de la relatividad general, la gravedad resulta de cómo la masa distorsiona el espacio-tiempo. Cuando se mueve cualquier objeto con masa, debe producir ondas gravitacionales que se cierran a la velocidad de la luz, estirando y exprimiendo el espacio-tiempo en el camino.
Las ondas gravitacionales son extraordinariamente débiles, y solo en 2016 los científicos detectaron la primera evidencia directa de ellas. En 2017, los científicos también detectaron ondas gravitacionales de estrellas de neutrones en colisión, restos de estrellas que perecieron en explosiones catastróficas conocidas como supernovas. Si los restos de una estrella no son lo suficientemente masivos como para colapsar para convertirse en agujeros negros, en su lugar terminarán como una estrella de neutrones, llamada así porque su atracción gravitacional es lo suficientemente fuerte como para aplastar protones junto con electrones para formar neutrones.
A diferencia de los agujeros negros, las estrellas de neutrones emiten luz visible, y también lo hacen sus colisiones. Las ondas gravitacionales de estas fusiones, denominadas "sirenas estándar", ayudarán a los científicos a determinar su distancia de la Tierra, mientras que la luz de estas colisiones ayudará a determinar la velocidad a la que se movían en relación con la Tierra. Los investigadores pueden usar estos dos conjuntos de datos para calcular la constante de Hubble. Según Feeney y sus colegas, analizar los choques entre aproximadamente 50 pares de estrellas de neutrones en los próximos cinco a 10 años puede arrojar suficientes datos para determinar la mejor medición de la constante de Hubble.
Sin embargo, esa estimación depende de la frecuencia con la que se producen colisiones de estrellas de neutrones. "Existe una considerable incertidumbre en la tasa de fusiones de estrellas de neutrones - después de todo, solo hemos visto uno hasta la fecha ", dijo Feeney." Si tuvimos mucha suerte de verlo, y las fusiones son en realidad mucho más raras de lo que pensamos, entonces observar la cantidad de fusiones necesarias para explicar la constante de Hubble el conflicto podría llevar más tiempo del que declaramos en nuestro trabajo ".
Las ondas gravitacionales pueden terminar soportando un valor para la constante de Hubble sobre el otro, pero también pueden determinar un nuevo tercer valor para la constante de Hubble, dijo Feeney. Si esto sucede, podría conducir a nuevas ideas sobre el comportamiento de las supernovas, cefeidas o estrellas de neutrones, agregó.
Los científicos detallaron sus hallazgos en línea el 14 de febrero en la revista Physical Review Letters.
