La tensión de Hubble es un problema importante sin resolver en cosmología: dos métodos independientes de medir la tasa de expansión del universo (la constante de Hubble, H₀) producen valores significativamente diferentes. Un método utiliza el fondo cósmico de microondas (CMB), la radiación remanente del Big Bang, y asume el modelo cosmológico estándar, dando un valor de aproximadamente 67.4 km/s/Mpc. El otro método utiliza mediciones locales de distancia, como estrellas variables cefeidas y supernovas de tipo Ia, dando un valor más alto de aproximadamente 73.0 km/s/Mpc. La discrepancia supera con creces las incertidumbres de medición, lo que sugiere o bien física desconocida o un defecto en nuestro modelo cosmológico.
Historia
La tensión surgió en la década de 2010 a medida que las mediciones mejoraron. Los datos del CMB de 2013 del satélite Planck dieron un valor bajo, mientras que el proyecto SH0ES del Telescopio Espacial Hubble, liderado por Adam Riess, midió consistentemente un valor más alto, agudizando la discrepancia en los años siguientes.
Cómo funciona
El método del CMB mide la tasa de expansión indirectamente ajustando la escala angular de las oscilaciones acústicas en el universo temprano, que dependen del horizonte de sonido en la recombinación. Esto requiere asumir un modelo cosmológico específico (ΛCDM). El método local construye una escalera de distancias cósmicas: la paralaje calibra las cefeidas, las cefeidas calibran las supernovas, y las supernovas revelan la tasa de expansión. La tensión surge porque los dos enfoques discrepan a un nivel de 5-6 sigma, lo que significa que la probabilidad de que sea una casualidad estadística es extremadamente baja. Las posibles resoluciones incluyen nueva física como la energía oscura temprana, constantes fundamentales variables, o errores sistemáticos en las mediciones de distancia.
En la práctica
Resolver la tensión de Hubble es crucial para una estimación precisa de los parámetros cosmológicos, lo que afecta nuestra comprensión de la energía oscura, la materia oscura y el destino del universo. También impacta las pruebas de precisión de la relatividad general a escalas cósmicas.
Dato curioso
La tensión de Hubble ha sido llamada la 'grieta en el modelo estándar de la cosmología' porque sugiere que nuestra comprensión de la composición y evolución del universo puede estar incompleta, lo que potencialmente requiere una revisión del modelo ΛCDM.
Una gota de tinta se dispersa en un vaso de agua: sus bordes se mueven más rápido que el centro y la forma de la gota cambia. De igual manera, un cúmulo de materia oscura que se contrae bajo su propia gravedad se expande de manera no uniforme: sus distintas capas se alejan a velocidades diferentes.
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.
Imagina una lámpara escondida detrás de un gran acuario lleno de agua. No ves una única fuente de luz, sino varios reflejos y refracciones: el agua desvía la trayectoria de los rayos.
Seis corredores avanzan por la pista y los jueces miden su velocidad sin notar el viento a favor. El viento sopla a sus espaldas y los cronómetros marcan un resultado mejor que el real.
Medir distancias en el universo no es tarea fácil. Casi todos los métodos se basan en la luz, que en su camino hacia nosotros puede ser absorbida por el polvo, dispersarse o distorsionarse. Es como intentar divisar un faro lejano a través de la niebla y la bruma. Los neutrinos son harina de otro costal. Estas partículas fantasma atraviesan cualquier cosa sin inmutarse.
El amanecer cósmico está oculto tras un denso velo de tiempo. Para mirar a través de él, hay que captar la señal de radio de las nubes de hidrógeno neutro: la famosa señal global de 21 cm de longitud de onda. Pero es tan débil que el propio ruido del receptor la ahoga.
El universo es un vasto y oscuro océano. Solo vemos la espuma brillante en su superficie: estrellas y galaxias. Pero en las profundidades se ocultan dos fuerzas invisibles: la materia oscura, que con su gravedad impide que las galaxias se dispersen, y la energía oscura, que, por el contrario, empuja el propio espacio, haciendo que el…
En 1998, los físicos sorprendieron a los neutrinos en plena acción: la partícula cambia de tipo sobre la marcha. Esto solo es posible si tiene masa. Se convirtió en la única prueba de laboratorio de física más allá del modelo estándar. Pero cuánto pesa exactamente un neutrino sigue siendo un misterio.
La cosmología se ha metido en un buen lío. Las dos principales formas de mirar al pasado del universo —la radiación temprana (la radiación cósmica de fondo) y los objetos más tardíos como las supernovas— arrojan números diferentes tanto para la velocidad de expansión (la constante de Hubble) como para lo 'grumosa' que está distribuida la materia.
A 380 mil años después del Big Bang, el universo se enfrió lo suficiente como para que la luz se separara del plasma. Este fondo cósmico de microondas aún impregna el cosmos, como el primer acorde de una sinfonía, el eco de un comienzo caliente.
Dos galaxias — nuestra Vía Láctea y su compañera, la Gran Nube de Magallanes — giran lentamente una alrededor de la otra. Su atracción gravitacional sacude las lejanas afueras de la Vía Láctea, como una piedra lanzada a un estanque hace ondular el agua.
A los tres minutos del Big Bang, el universo tocaba su primera sinfonía. Era la Big Bang nucleosíntesis — la formación de núcleos ligeros, donde cada elemento sonaba con su nota, y el ritmo lo marcaba la expansión del espacio.
Una fría superficie negra: así lucía durante miles de millones de años el mar de energía oscura, una sustancia invisible que impulsa la expansión del universo. Pero el espectrógrafo DESI detectó una ondulación casi imperceptible.
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.
La gravedad no es solo la fuerza que nos mantiene en el suelo. A escala del universo, dirige a las galaxias, curva los rayos de luz y determina el destino de todo lo que existe. Hace cien años, Einstein la describió como la curvatura del espacio y el tiempo.
El debate cosmológico recuerda a dos maestros que miden la misma pared pero obtienen longitudes distintas. Uno usa una cinta métrica, aplicándola a puntos de referencia cercanos: las cefeidas (estrellas pulsantes que sirven de faros) y las supernovas de tipo Ia (explosiones de estrellas moribundas). Según él, la pared se estira a una velocidad de 73.5 unidades convencionales.
En cosmología se está gestando un drama: dos instrumentos musicales principales —la orquesta del universo temprano y el conjunto de cámara del cosmos actual— interpretan la misma sinfonía de expansión a diferentes ritmos.
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.
El Universo es una orquesta que interpreta la sinfonía del Big Bang. Durante mucho tiempo, se consideró a la energía oscura como el director, un metrónomo inamovible que marcaba el ritmo de la expansión.
En un estudio reciente, los astrofísicos mostraron cómo la física anterior a la recombinación, en particular la energía oscura temprana, afecta la variación espectral $$α_s$$ y, en consecuencia, la viabilidad de los escenarios de formación de agujeros negros primordiales a partir de la fase de rodadura ultralenta (USR) durante la inflación.
La cosmología se parece a una orquesta en la que los distintos grupos de instrumentos de repente empezaron a tocar descoordinados. Las mediciones de la velocidad de expansión del universo (la constante de Hubble) basadas en el universo temprano y en el tardío arrojan números diferentes.
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.
A finales de los años 1990, el cielo estrellado nos dio una sorpresa: Saul Perlmutter y Adam Riess descubrieron que la expansión del Universo se acelera.
El Universo es una inmensa orquesta que interpreta la partitura de la expansión. Las galaxias se alejan al compás de una música inaudible de energía oscura.
El universo tiene una velocidad a la que se expande, conocida como constante de Hubble. El problema es que los dos métodos más precisos para medirla dan números diferentes. Un método, que utiliza la luz primigenia del universo (la radiación cósmica de fondo), indica un valor.
Durante décadas, dos métodos independientes para medir la velocidad de expansión de las galaxias —la constante de Hubble— arrojaron cifras contradictorias. La situación recordaba a una habitación con dos termómetros que marcan temperaturas distintas.
Un zumbido recorre todo el universo. No es un sonido, sino un temblor del propio espacio: el fondo de ondas gravitacionales. Lo generan pares de agujeros negros supermasivos que giran uno alrededor del otro en los centros de galaxias lejanas. Cada pareja es como un instrumento grave en una orquesta inmensa.
Dos reglas muestran una longitud ligeramente distinta de la misma mesa. Así se ve aproximadamente la situación en cosmología con la constante de Hubble, el número que indica a qué velocidad se expande el universo.
La cosmología es la música de las esferas, y la constante de Hubble alguna vez nos pareció un metrónomo fiable. Pero los datos del instrumento DESI, que estudia espectros de millones de galaxias, sugieren: el director —la energía oscura— cambia personalmente el tempo a lo largo de la sinfonía.
La cosmología se asemeja a una sala de tribunal, donde dos testigos dan testimonios irreconciliables. El primero —el análisis del fondo cósmico de microondas por el satélite Planck— afirma que la expansión del Universo avanza a 67 (km/s)/Mpc.
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.
Los cosmólogos han enfrentado a dos tipos de explosiones cósmicas. Las supernovas de tipo Ia son estrellas que estallan con un brillo casi idéntico, por lo que sirven como faros fiables para medir distancias en el universo.
El herrero forja una espada. Con cada golpe de martillo, el metal incandescente se aplana, pero también el martillo, el yunque y el aire circundante se calientan ligeramente. Parte de la energía del golpe se pierde irremediablemente en forma de calor — y este intercambio, familiar para cualquiera que haya clavado un clavo, resulta ser la clave de los mayores misterios del cosmos.
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.
La radiación cósmica de fondo es el resplandor residual del Big Bang que vemos en ondas milimétricas. Pero también tiene una cola de onda larga que se extiende hasta el rango de radio. En longitudes de onda superiores a 21 centímetros, esta luz comienza a ser absorbida por el hidrógeno neutro disperso en el espacio lejano.
Un enorme pastel de capas donde las capas de masa son el espacio y el relleno es una región especial, similar a una pared invisible. Esta pared no es de ladrillos, sino de energía, y podría tener el grosor de todo un universo. Si tal pared existiera, debería estirar las capas de masa de manera diferente: las que están a lo largo de ella se separarían más rápido, y las que están a través, más lento.
La luz antigua, que viaja desde hace 14 mil millones de años, nos llega de todas direcciones. A simple vista parece perfectamente uniforme, pero al mirar con atención emergen minúsculas fluctuaciones, como ondas en una película lisa. Esas ondas no son ruido aleatorio, sino una crónica cifrada del universo.
Un arquitecto consulta el plano cuando construye una casa. Para los cosmólogos, el plano es el modelo estándar, y la cinta métrica, la luz de las galaxias lejanas. Recientemente, una nueva «cinta métrica», el instrumento DESI, ha medido distancias a millones de galaxias con una precisión sin precedentes.
