La radiación de fondo de microondas fue descubierta accidentalmente en los años 60 por Arno Penzias y Robert Wilson y demuestra que el universo se está expandiendo.
Que el universo se está expandiendo es una verdad inexorable. Sin embargo, los científicos aún continúan preguntándose a qué velocidad lo hace y, sobre todo, si la velocidad de expansión siempre ha sido la misma o, en cambio, ha variado a lo largo del tiempo.
Para intentar responder a estas interrogantes, el pasado de 9 de diciembre apareció publicado en la revista The Astrophyisical Journal un trabajo de investigación firmado, entre otros, por el astrofísico de origen estadounidense Adam Riess, quien, por cierto, en 2011 obtuvo el Premio Nobel de Física por sus contribuciones a la comprensión de la expansión del universo.
De acuerdo con Riess y sus colegas, el universo se ha expandido –a lo largo de casi 13,800 millones de años– a diferentes velocidades a través de las diversas etapas de su existencia.
Hay que mencionar que, desde 2019, gracias a mediciones realizadas por el Telescopio Espacial Hubble, pudo demostrarse que el problema de la velocidad a la que se expande el universo es real. Y las cosas se agravaron más entre 2023 y 2024, cuando el telescopio James Webb de la NASA arrojó medidas más precisas no solamente sobre la velocidad de expansión, sino también con respecto a las diferentes velocidades a las que el universo se ha ido expandiendo a lo largo de su historia. Estas discrepancias podrían provenir de observaciones erróneas, pero, por el momento, esta idea ha sido descartado por los propios astrofísicos.
Sobre la probabilidad de que las observaciones estén equivocadas –que los telescopios estén realizando mediciones inexactas– en una entrevista reciente para el portal de internet Live Science, Adam Riess mencionó que “cuanto más investigamos, más evidente resulta que la causa es algo mucho más interesante que un fallo del telescopio. Parece ser más bien una característica del universo”.
Métodos para medir la expansión
Con respecto a cómo se las ingenian los astrónomos para medir la expansión del universo, existen dos métodos a los que constantemente recurren.
El primero de ellos consiste en medir las pequeñas fluctuaciones existentes en la radiación de fondo de microondas. Dicha radiación, descubierta accidentalmente en los años 60 por los físicos estadounidense Arno Penzias y Robert Wilson, es el remanente de la gran explosión y está presente, todavía, en todo el universo.
Esta radiación ha sido medida por el satélite Planck de la Agencia Espacial Europea y, gracias a ello, los astrónomos lograron deducir que la constante de Hubble es de aproximadamente 67 kilómetros por segundo por megaparsec. Otras mediciones, utilizando otros métodos de observación, han dado resultados que se alejan considerablemente de esta cifra.
La constante de Hubble es un valor que describe la velocidad a la que el universo se expande en función de la distancia. Esto significa que la expansión se produce de forma muy rápida en relación con las velocidades a las que estamos acostumbrados a escala humana.
El segundo método para medir la constante Hubble opera a escalas de menor distancia y con un universo más “maduro” en términos de edad.
Para ponerlo en práctica, los astrónomos utilizan estrellas que emiten pulsaciones a un ritmo constante y bajo un patrón que puede medirse e interpretarse con mucha precisión. Estos astros, a los que se les denomina variables Cefeidas, poseen una luminosidad que varía de forma rítmica y constante. Además, también pueden variar de tamaño debido a que absorben y emiten energía.
Ahora bien, en la medida en que las Cefeidas se vuelven más brillantes, emiten pulsaciones de forma más lenta. Esto permite a los astrónomos obtener mediciones del brillo intrínseco de la estrella.
Y, al comparar el brillo intrínseco con el brillo que observan a través de telescopios, los científicos pueden determinar no solamente la distancia a la que se encuentran, sino también crean una especie de “escalera del tiempo” que va concatenando una Cefeida con otra. Esto les ayuda a conocer distancias en el universo y, por lo tanto, a determinar no solamente su ritmo de expansión sino también su edad.
Por otro lado, algunos astrónomos también recurren a las supernovas para medir la expansión del universo.
Las supernovas son explosiones de estrellas masivas que suelen producirse cuando estas últimas llegan al final de su vida. Por su naturaleza, por su brillo, este tipo de explosiones también resultan fundamentales para estudiar la edad del universo.
La Tensión de Hubble
Aún, en pleno siglo XXI, y a pesar de los avances que se han logrado en el desarrollo de telescopios y otros instrumentos para observar el universo, siguen existiendo discrepancias en torno a la velocidad a la que el universo se expande y, sobre todo, por qué lo ha hecho a diferentes velocidades (esto último lo han demostrado recientemente Reiss y sus colegas).
Variabilidad en la intensidad de la luz de una variable Cefeida en la Galaxia M31. Imagen: Hubble Telescope/NASA.
Estas discrepancias generan la denominada Tensión de Hubble. Este término hace referencia, justamente, a la falta de acuerdo entre las diferentes mediciones en torno a la constante de Hubble. Es decir, no existe consenso absoluto sobre cuál método de observación es mejor que otro para poder determinar la velocidad de expansión.
Esta falta de consenso se ha traducido en que, por ejemplo, los científicos piensen que podría existir una mayor cantidad de energía oscura que esté acelerando la expansión. O que, también, exista alguna fuerza física aún desconocida que esté impulsándola, además de la energía oscura.
Por otro lado, todavía no se ha resulto la interrogante de hacia dónde se expande el universo. Se sabe que se expande cada vez más rápido, pero ¿exactamente hacia dónde? ¿Qué había antes en el lugar que hoy ocupa lo expandido? ¿Realmente no había nada?
Hasta el momento nadie ha podido responder a estas interrogantes. Sin embargo, afortunadamente, el ingenio humano no tiene límites y seguramente, gracias a las observaciones del Telescopio James Webb y otros telescopios que se construyan en el futuro, se podrá tener una mejor comprensión sobre su estructura y su naturaleza. Un tema que no solamente atrae a científicos y filósofos, sino también a cualquier persona que se pregunte sobre el lugar que ocupamos en la existencia.
