La constante de Hubble (H₀) es la tasa actual a la que se expande el universo, expresada como velocidad por unidad de distancia (típicamente kilómetros por segundo por megapársec). Es un parámetro fundamental en cosmología, que establece la escala, la edad y el destino del universo. La constante lleva el nombre de Edwin Hubble, quien en 1929 observó que las galaxias se alejan de nosotros a velocidades proporcionales a su distancia, aunque el valor moderno se deriva de una variedad de sondas cósmicas.
Historia
Edwin Hubble midió por primera vez la tasa de expansión en 1929, pero el valor moderno se ha refinado a lo largo de décadas. La tensión actual entre las mediciones del fondo cósmico de microondas (satélite Planck) y la escala de distancias local (por ejemplo, el equipo SH0ES) es un problema abierto importante en cosmología.
Cómo funciona
La expansión se mide observando cómo el corrimiento al rojo de la luz de objetos distantes aumenta con la distancia. Los astrónomos calibran esta relación utilizando 'velas estándar' (como variables cefeidas o supernovas de tipo Ia) para medir distancias, y luego comparan esas distancias con las velocidades de recesión inferidas del corrimiento al rojo. La pendiente de la relación velocidad-distancia da H₀. Alternativamente, la constante se puede derivar del fondo cósmico de microondas (CMB) ajustando un modelo cosmológico que incluya energía oscura y materia oscura, lo que produce un valor ligeramente diferente.
En la práctica
La constante de Hubble se utiliza para convertir corrimientos al rojo en distancias en los censos de galaxias, esencial para mapear la estructura a gran escala del universo y estudiar la energía oscura.
Dato curioso
La constante de Hubble no es constante en el tiempo; cambia a medida que evoluciona la tasa de expansión del universo, por lo que la 'constante' se refiere específicamente a su valor actual.
En el corazón de una ciudad antigua se alza una torre con un reloj que no se ha ajustado desde su construcción. Por su retraso se puede calcular cuánto se ha estirado el tiempo desde entonces.
Si uno mira fijamente por la ventana nocturna, tarde o temprano se topa con la negrura tras la cual no se ve nada. No es solo una valla lejana: es el borde del universo accesible, el horizonte cósmico. La luz de estrellas más distantes simplemente no ha tenido tiempo de llegarnos.
El Universo se enfriaba como una bañera gigante después de un comienzo caliente. Unos 400 000 años después del Big Bang, el hidrógeno ya estaba listo para recombinarse — los protones atrapaban electrones para formar átomos neutros. Pero en algún lugar de esa agua oscura seguía goteando un grifo.
Predichas por Albert Einstein, las ondas gravitacionales son faros en el oscuro océano del cosmos. Brotan cuando chocan agujeros negros y atraviesan el Universo con ondas en el espacio.
Cuando después del Big Bang el cosmos en enfriamiento perdía la simetría primordial, en los campos surgían tensiones, como si en un vidrio que se solidifica crecieran microfisuras. Los monopolos globales, predichos por Gerard 't Hooft y Polyakov, se convirtieron en «cicatrices» similares en el tejido del universo.
Imagina una orquesta cósmica interpretando una sinfonía desde el Big Bang hasta nuestros días. El director —energía oscura— durante mucho tiempo pareció un metrónomo impasible: la constante cosmológica Λ inmóvil, como una batuta congelada en el aire.
Golpee un diapasón. Frecuencia 440 Hz. Es la nota la. El estándar del sonido.
En el mundo de los números también hay un estándar. No se afina con sonido, sino con números primos. Aunque su distribución parece aleatoria, obedece leyes estrictas. Todos los primos resuenan juntos. Hay un único valor: λ∞ ≈ 0,674036.
La orquesta cosmológica no se afina con un solo diapasón. Hay dos grupos de instrumentos: unos escuchan el zumbido del Universo primitivo — la radiación de fondo, otros leen las notas de galaxias maduras y supernovas.
¿La constante cosmológica de Einstein fue un error lamentable o una revelación que regresó como un bumerán? La aceleración del Universo tomó por sorpresa a los físicos: ΛCDM funciona, pero ¿por qué la energía del vacío es tan ridículamente pequeña?
Un planeta bebé gigante sigue atrayendo hacia sí los restos del material de construcción de la nube que lo rodea. Esa es la imagen que ha capturado el telescopio espacial Hubble al apuntar sus cámaras al objeto con nombre de catálogo SR 12 c.
El universo se parece a un bosque denso: de cerca se ven árboles-galaxia individuales, agrupados en arboledas, pero desde lejos todo se funde en un verde continuo. El límite a partir del cual el cosmos se vuelve homogéneo se llama escala angular de homogeneidad: es el tamaño de la porción de cielo a partir de la cual las galaxias se distribuyen uniformemente.
La cosmología atraviesa una fractura tectónica. Las supernovas calibradas con cefeidas, medidas por el equipo de Adam Riess, indican una velocidad de unos 73 km/s por megapársec.
Si enciendes una lámpara en una habitación, iluminará las paredes. Pero si pones la misma lámpara en un salón enorme, la luz apenas llegará a las esquinas. De manera similar, la radiación de las estrellas jóvenes actúa sobre el gas de una galaxia: arranca electrones de los átomos de hidrógeno, haciendo que el gas brille.
Imagina un globo inflable gigante con galaxias dibujadas: al inflarse, el dibujo se estira y los puntos vecinos se alejan entre sí. La velocidad de ese estiramiento es la constante de Hubble. Normalmente, los astrónomos captan la luz de estrellas lejanas y observan cuánto se ha enrojecido debido a la expansión del espacio.
En la cocina hay una báscula para harina y una jarra medidora para agua. Por separado son precisos, pero cuando horneas pan, la receta exige una proporción perfecta. Una disputa similar tienen los astrónomos sobre la velocidad de expansión del universo.
El café caliente sobre la mesa se enfría: el calor se extiende desde el centro caliente hacia los bordes. De manera similar, sugieren los autores, se comporta el propio universo, solo que a escalas de miles de millones de años luz.
El universo no tolera la monotonía. Hace un siglo, Edwin Hubble y Georges Lemaître nos regalaron una imagen elegante: un cosmos en expansión, liso como la superficie de un globo inflado.
El universo lleva la cuenta de cada astro recién nacido. En 13,8 mil millones de años, en las galaxias se han encendido tantas estrellas que por su «censo» se puede deducir el carácter del propio cosmos, igual que por los anillos anuales de un árbol se deduce el clima de años pasados.
Un globo se está inflando. Al principio se expande lentamente, luego alguien le añade aire de golpe y el globo se infla más rápido. Pero la corriente de aire se debilita y el globo vuelve a inflarse más despacio.
Si tomas dos bolas pesadas y las separas un metro, se atraen con una fuerza que se debilita cuatro veces al duplicar la distancia. Esta ley la descubrió Newton y funciona en una habitación, en el sistema solar, en una galaxia.
Los cosmólogos han medido la velocidad a la que se alejan las galaxias lejanas en diferentes rincones del cielo. Para ello, utilizaron dos tipos de "reglas cósmicas": cúmulos de galaxias y explosiones de supernovas de un tipo específico. Ambos métodos mostraron lo mismo: en una dirección, el universo se expande un poco más rápido que en la opuesta.
El Universo se expande, pero ¿a qué velocidad? Los astrónomos llevan décadas debatiendo el valor exacto de la constante de Hubble. Dos métodos clásicos arrojan resultados ligeramente distintos. Ahora ha surgido un tercero: las enigmáticas ráfagas de radio.
Si el espacio es un lienzo, las pinceladas no pueden ser infinitamente finas. Existe un segmento mínimo, más corto del cual no tiene sentido medir. Esta «granulosidad» cuántica cambia la geometría misma: el movimiento de las galaxias y el crecimiento de grandes estructuras reflejan su influencia.
Dos astrónomos observan el mismo universo, pero lo ven de manera diferente. Uno mide la velocidad de expansión mediante la luz antigua que ha viajado hacia nosotros durante casi 14 mil millones de años. El otro, mediante explosiones estelares recientes en galaxias vecinas.
Cuando un núcleo pesado choca a gran velocidad contra el gas interestelar, se rompe en pedazos. Esos pedazos — litio, berilio, boro — continúan su viaje, y su cantidad en el flujo de rayos cósmicos depende de cómo ocurrió la fragmentación.
El universo se expande y las galaxias se separan como pasas en una masa que leva. La velocidad de esta separación —la constante de Hubble— es un número clave en cosmología.
El bosón de Higgs vive increíblemente poco: menos de una milmillonésima de segundo. No se puede capturar directamente, por lo que los físicos observan lo que queda tras su desintegración: chorros de partículas, muones, neutrinos. Pero parte de la información se pierde si solo se consideran las huellas explícitas de la desintegración y no todo el evento en su conjunto.
El nacimiento del Universo suele asociarse con el Big Bang, un punto de densidad infinita. Pero en ese punto las leyes de la física se rompen, lo cual no satisface a los científicos. Stephen Hawking y James Hartle propusieron en los años 80 una visión distinta: el tiempo no tiene frontera, como la superficie de un globo terráqueo.
El borde visible del Universo es una pantalla holográfica que, al igual que un agujero negro, obedece las leyes descubiertas por Bekenstein y Hawking. Normalmente, la información en él se conserva, pero los cálculos muestran que si se pierden unos pocos bits, se libera energía que acelera la expansión.
Los científicos propusieron un modelo en el que la misteriosa fuerza (energía oscura) posee algo parecido a la inercia: necesita tiempo para reaccionar, como un péndulo pesado. Debido a esto, la expansión del universo no se acelera eternamente, sino que se amortigua, como un péndulo en miel espesa.
El Universo se expande, y la velocidad de esta expansión es motivo de debate. Edwin Hubble descubrió la expansión hace casi cien años, pero las mediciones modernas arrojan valores diferentes.
Medir la expansión del universo es como cronometrar una carrera mientras la pista se estira. Las fusiones de estrellas de neutrones actúan como sirenas estándar: sus ondas gravitacionales resuenan con un «volumen» conocido, así que las señales más débiles implican mayor distancia.
Las galaxias del universo no están dispersas al azar: las vecinas se mueven en la misma dirección, como un banco de peces, mientras que las lejanas van cada una por su cuenta. Dónde está el límite entre 'juntas' y 'por separado' no estaba claro hasta ahora.
El universo se expande, y lo hace cada vez más rápido. Detrás de esta aceleración está la misteriosa energía oscura. Durante mucho tiempo se la consideró inmutable, como una constante de libro de texto.
Los telescopios modernos ven que las galaxias lejanas se alejan cada vez más rápido. La causa se llama energía oscura, pero su naturaleza fue un misterio. Además, los cálculos de la velocidad de expansión en el universo temprano y tardío no coinciden. La solución quizás esté en un evento similar a la caída de un lápiz.
El Universo se expande, y cada cúmulo de galaxias participa en una danza grandiosa. El ritmo de esta danza lo marca la constante de Hubble, que fue medida por primera vez por Edwin Hubble hace casi un siglo. Refinar ese número es difícil, pues se necesita una regla de miles de millones de años luz.
Las supernovas de tipo Ia son como bombillas de la misma potencia: cuanto más tenue es la luz, más lejana está la fuente. Estas supernovas sirven para medir distancias a galaxias lejanas. Pero el polvo cósmico, como un vidrio sucio, atenúa y tiñe la luz, dificultando los cálculos precisos.
