La “tensión del Hubble” y el Big Bang

A partir de 1912, el astrónomo estadounidense Vesto Slipher descubrió que los espectros de las “nebulosas espirales” (ahora llamadas galaxias) presentaban grandes corrimientos al rojo. Esto era diferente de los espectros de las estrellas, que mostraban una mezcla uniforme de cambios de rojo y azul. En 1917 había medido los desplazamientos Doppler de 25 nebulosas espirales, y sólo tres mostraban desplazamientos hacia el azul. Concluyó, acertadamente, que las nebulosas espirales estaban fuera de la Vía Láctea y se alejaban a gran velocidad. Slipher había sentado las bases para importantes descubrimientos en astronomía que pronto se producirían.

Una contradicción desconcertante

A finales de la década de 1920, Georges Lemaître y Edwin Hubble descubrieron que el universo se está expandiendo. Al comparar las distancias a las galaxias con sus corrimientos al rojo (de Slipher), determinaron la velocidad a la que se expande el universo, ahora conocida como constante de Hubble-Lemaître, H₀. Sin embargo, la estimación inicial condujo a una contradicción desconcertante.

Suponiendo que la expansión del universo se ha ido desacelerando desde el Big Bang debido a la fuerza de atracción de la gravedad, la primera estimación de H₀ implicaba que el universo tenía sólo 1.500 millones de años. Esto fue un problema porque, incluso en la década de 1920, la evidencia de la geología de la Tierra sugería que nuestro planeta era mucho más antiguo.

Con el tiempo, mediciones más precisas de H₀ redujeron esta discrepancia, pero permaneció una tensión entre la «era de Hubble» del universo y la edad de los objetos individuales dentro de nuestra galaxia, particularmente los cúmulos globulares.

Los cúmulos globulares son colecciones densas y esféricas de cientos de miles a millones de estrellas que se cree que se encuentran entre los objetos más antiguos de nuestra galaxia. Probablemente se formaron tempranamente a partir de la misma nube de gas que luego colapsó para formar la Vía Láctea. La baja abundancia de elementos pesados como el hierro en los cúmulos globulares de estrellas, a veces menos del 1 por ciento de lo que se encuentra en el Sol, sugiere que se formaron antes de que se produjera una formación estelar significativa.

Una constante cosmológica

En la década de 1980, las estimaciones de edad de los cúmulos globulares más antiguos oscilaban entre 16 y 20 mil millones de años, lo que nuevamente entra en conflicto con la edad de Hubble, que entonces se estimaba entre 10 y 15 mil millones de años. Esta discrepancia motivó a los científicos a reconsiderar la idea de una constante cosmológica.

La constante cosmológica, propuesta originalmente por Albert Einstein, es un término adicional en sus ecuaciones que contrarresta la fuerza de atracción de la gravedad, provocando que se acelere la expansión del universo. Si el universo se está acelerando, se habría expandido más lentamente en el pasado, lo que significa que las galaxias habrían tardado más en alcanzar sus separaciones actuales. Esto haría que el universo fuera más antiguo que la edad calculada por Hubble suponiendo una tasa de expansión constante.

Sin embargo, a medida que las estimaciones de las edades de los cúmulos globulares se revisaron a la baja debido a una mejor comprensión de la evolución estelar, la discrepancia con la edad de la expansión cósmica disminuyó. Al mismo tiempo, otras evidencias cosmológicas, incluidas las observaciones del fondo cósmico de microondas (el resplandor del Big Bang), las distancias a las supernovas de Tipo I-A y la distribución a gran escala de las galaxias, comenzaron a apoyar la idea de un universo con una constante cosmológica.

En las últimas dos décadas, las mediciones de H₀ se han vuelto cada vez más precisas. Esto ha puesto al descubierto una nueva tensión. El valor «local», determinado a partir de la escala de distancias cosmológicas utilizando variables cefeidas y supernovas, es aproximadamente 5 sigma (5 desviaciones estándar) del valor determinado a partir de la radiación de fondo del universo temprano. En otras palabras, sólo hay una posibilidad entre 3,5 millones de que las dos mediciones realmente coincidan.

Se han ofrecido cuatro categorías de explicaciones para resolver esta tensión: errores sistemáticos en las mediciones, anomalías locales, nueva física más allá del modelo estándar del Big Bang con una constante cosmológica o modificaciones tempranas del universo. Los errores sistemáticos de medición parecen cada día menos probables. Recientemente, observaciones con el Telescopio Espacial James Webb han confirmado la calibración del Telescopio Espacial Hubble de supernovas de Tipo I-A con cefeidas en galaxias cercanas (ver Live Science, “James Webb telescope confirms there is something seriously wrong with our understanding of the universe”)

¿Derrocar el Big Bang?

No pretendo conocer la solución a la tensión de la constante de H₀. De una cosa estoy bastante seguro: derrocar la teoría del Big Bang no está a la vista. Tenga en cuenta que hay una constante H₀ y hay radiación cósmica de fondo, las cuales apuntan a una era anterior cuando el universo era mucho más pequeño, más denso y más caliente. Además, las estimaciones locales de H₀ no difieren mucho entre sí en términos absolutos: 73 km/s/Mpc para el valor local y 67 km/s/Mpc para el valor inicial (nota: las unidades se leen como “kilómetros por segundo por megaparsec”).

También puedes darle la vuelta al problema y preguntar cómo las edades de los objetos más antiguos limitan la constante H₀. Cimatti y Moresco (2023) calculan que las edades de las estrellas más antiguas obligan a H₀ a ser 73 km/s/Mpc. Esto es compatible con ambos valores estimados de H₀.

Artículo publicado originalmente en inglés por Guillermo González Ph.D. en Evolution News & Science Today