Cuando las facturas no coinciden, ¿está todo mal? | Vacío cósmico

La ciencia debe proporcionar resultados reproducibles; cualquier otro científico debe poder repetir su experimento en condiciones similares y obtener los mismos resultados. Las teorías científicas formuladas a partir de estos resultados deben contrastarse, deben hacer predicciones que puedan ser probadas a través de nuevos experimentos. Una teoría científica nunca puede ser refutada, pero estará más establecida y será considerada más robusta si sobrevive a los experimentos más independientes y diferentes que hacemos.

Las teorías contrastantes no son tan fáciles como decir que dos más dos son cuatro. Toda medición conlleva una incertidumbre y todo experimento científico permite calcular parámetros físicos con cierta precisión. Cuanto mayor sea esta precisión, mejor conoceremos la realidad, pero aquellas cosas que conocemos con gran precisión también se prestan a problemas mayores cuando se comparan los resultados de diferentes experimentos. De hecho, a medida que aumentamos la precisión, comenzamos a encontrar fallas en todas las teorías establecidas, y cuando se acumulan suficientes fallas, tenemos que reformularlas. El diablo está en los detalles, y los detalles a veces destruyen teorías y crear nuevos paradigmas. Ponemos como ejemplo la mecánica newtoniana, con la que se pueden explicar en gran medida los movimientos de las estrellas, incluso llevando un cohete a la Luna, pero no puede explicar con suficiente precisión lo que sucede tan cerca del Sol como la órbita de Mercurio, cuyo movimiento requiere la Teoría de la Relatividad General ser explicado y cuantificado con una precisión superior al 0,04%. La relatividad general es un cambio de paradigma en comparación con la mecánica newtoniana, pero no es que descartemos lo que nos enseñó el físico inglés.

Con esta reflexión general sobre la ciencia, hoy presentamos algo que concierne a todos los astrofísicos y que afecta a uno de los parámetros cosmológicos más básicos que existen, la velocidad de expansión del universo, también conocida como la constante de Hubble, H0, que aparece en el enlace Ley de Hubble-Lemaître. H0 se mide en unidades de velocidad, kilómetros por segundo (km / s), por unidad de distancia, el megaparsec (Mpc).

Básicamente allí 2 formas de medir la velocidad de expansión del universo en la actualidad, bastante independiente. El primero, el que utilizó originalmente el propio Hubble, es medir la velocidad de rebote de galaxias relativamente cercanas con respecto a nosotros. El problema es que las galaxias no solo se mueven debido a la expansión del universo, sino que también están sujetas a la atracción gravitacional de otras galaxias, lo que las hace moverse hacia ellas. Por ejemplo, la galaxia de Andrómeda, la más cercana a nosotros de tamaño similar, está a unos 0,8 Mpc de nosotros. Está “tan cerca” que en realidad la expansión del Universo no le afecta y de hecho se está acercando a nosotros, nos atrae mutuamente la acción de la gravedad y se acerca a unos 100 km / s, en lugar de alejarse a unos 70 km / s, como diría la ley de Hubble-Lemaître.

El gran problema cosmológico al que se enfrentan los astrofísicos hoy en día es que estos dos métodos ultraprecisos y los diversos experimentos que los utilizaron para determinar la constante de Hubble producen resultados inconsistentes.

La segunda forma de medir la constante de Hubble es estudiar el universo en sus orígenes, cuando su edad era solo el 0,003% de la actual. El método es mucho más complicado e implica estudiar en detalle el radiación de fondo de microondas, la reliquia que tenemos de esa época. Esta radiación está formada por todos los fotones que existían en el cosmos en ese momento y que desde entonces han viajado libremente por el universo sin interactuar con nada ni con nadie (salvo en una fracción insignificante). Por supuesto, se vieron afectados por la expansión del universo, por lo que podemos calcular la tasa de expansión actual con este método.

Bueno, el gran problema cosmológico al que se enfrentan los astrofísicos hoy en día es que estos dos métodos ultraprecisos y los diversos experimentos que los utilizaron para determinar la constante de Hubble producen resultados inconsistentes. Hace 100 años, cuando se formuló la Ley de Hubble-Lemaître, los experimentos estaban sujetos a tremendos errores sistemáticos (entraremos en este tipo de incertidumbre otro día). Como ejemplo, un botón: Hubble se equivocó por un factor 2 en la distancia de galaxias como Andrómeda, pensó que estaba más cerca de lo que está, por lo que la primera estimación de H0 fue de 500 km / s / Mpc. Hace 20 años, cuando éramos estudiantes de pregrado, la constante de Hubble tenía un valor indeterminado entre 50 y 100 km / s / Mpc. Pero hoy los experimentos basados ​​en galaxias cercanas dan un valor de H0 de 73,3 km / s / Mpc, y los de radiación de fondo de microondas de 67,8 km / s / Mpc, una diferencia no demasiado grande, pero imposible de explicar. con precisión. de nuestros experimentos, todos deberían converger. Y la inconsistencia es muy significativa, la probabilidad de que las dos estimaciones sean iguales es de una en más de 3.5 millones, claramente ambos métodos predicen diferentes constantes de Hubble.

Si encontramos algo que no se ajusta a una teoría, algo está mal o algo que no entendemos correctamente, incluso si no sabemos qué. Si el río es ruidoso es porque el agua fluye. Quizás sea porque el río lleva algo de agua sucia o hay peces que cantan, pero lo cierto es que nuestro modelo cosmológico actual se enfrenta a un error básico y significativo y falta algo que explique la discrepancia. ¿Qué opciones tenemos? Muy astrofísicos, como mencionamos en otro post, somos muy buenos cometiendo errores sistemáticos, le dicen a Hubble. En nuestra advertencia podemos decir que no es fácil hacer experimentos que cubran toda la realidad, todo el universo. Pero hoy en día hay muchos experimentos que proporcionan resultados similares para la constante de Hubble, y parece difícil que todos los que confían en cualquiera de los métodos estén equivocados en la misma dirección. Creemos que esa no es la razón, aunque no se puede descartar. Mojarse: el error estaría en la estimación de H0 ligada a la radiación cósmica de microondas, que estaría sujeta a muchos otros efectos que no conocemos en detalle, como la existencia y propiedades de la materia oscura (¡tendremos que probarlo!). Esto es lo que conocemos como “nueva física”, o nuevos conceptos físicos agregados, porque los éxitos de la teoría del Big Bang son demasiado para simplemente descartarlos. UN quintaesencia o cinescencia, alguna forma de materia-energía desconocida y variable en el tiempo, tal vez podría ayudar a resolver esto “estrés con la constante de Hubble”, Pero por ahora crearía otros más fundamentales. Las propiedades desconocidas de partículas como los neutrinos también pueden ayudarnos. En definitiva, los 5,5 km / s / Mpc nos han puesto patas arriba en los últimos años y tenemos que eliminarlos como están. Bueno, lo que sea, inventando más experimentos, controlando errores sistemáticos y tomando datos.

Pablo G. Pérez González Es investigador del Centro de Astrobiología, dependiente del Consejo Superior de Investigaciones Científicas y del Instituto Nacional de Tecnología Aeroespacial (CAB / CSIC-INTA).

Patricia Sánchez Blázquez Es catedrática de la Universidad Complutense de Madrid (UCM).

Vacío cósmico Es un apartado en el que se presenta nuestro conocimiento sobre el universo de forma cualitativa y cuantitativa. Se pretende explicar la importancia de comprender el cosmos no solo desde un punto de vista científico, sino también filosófico, social y económico. El nombre “vacío cósmico” se refiere al hecho de que el universo está y está mayoritariamente vacío, con menos de 1 átomo por metro cúbico, a pesar de que en nuestro entorno, paradójicamente, hay quintillones de átomos por metro cúbico, que nos invita a reflexionar sobre nuestra existencia y la presencia de la vida en el universo.

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