Los quásares con una lente gravitacional de doble imagen podrían ayudar a determinar finalmente qué tan rápido se está expandiendo el universo
¿Qué tan rápido se está expandiendo el Universo? Esa es una pregunta que los astrónomos no han podido responder con precisión. Tienen un nombre para la tasa de expansión del Universo: La Constante de Hubble o Ley de Hubble. Pero las mediciones siguen arrojando valores diferentes, y los astrónomos han estado debatiendo sobre este tema durante décadas.
La idea básica detrás de la medición de la constante de Hubble es mirar fuentes de luz distantes, generalmente un tipo de supernovas o estrellas variables denominado ' velas estándar , 'Y para medir el corrimiento al rojo de su luz. Pero no importa cómo lo hagan los astrónomos, no pueden llegar a un valor acordado, solo un rango de valores. Un nuevo estudio que involucra cuásares y lente gravitacional podría ayudar a resolver el problema.
Que el Universo se está expandiendo no está en duda. Lo sabemos desde hace unos 100 años. La luz de las galaxias distantes se desplaza hacia el rojo a medida que se alejan de nosotros, y la medición de ese desplazamiento hacia el rojo ha producido diferentes valores de expansión universal.
'La constante de Hubble ancla la escala física del universo'.
Simon Birrer, becario postdoctoral de UCLA y autor principal del estudio.
La tasa de expansión se mide en kilómetros por segundo por Megaparsec, escrito como (km / s) / Mpc. Entonces, por ejemplo, algo que se expande a una velocidad de 10 (km / s) / Mpc significa que dos puntos en el espacio separados por 1 megaparsec (el equivalente a 3,26 millones de años luz) se alejan uno del otro a una velocidad de 10 kilómetros por hora. segundo.
Cuando se descubrió por primera vez en la década de 1920, se pensaba que la tasa de expansión era de 625 kps / Mpc. Pero a partir de la década de 1950, una mejor investigación lo midió como menos de 100 kps / Mpc. En las últimas décadas, varios estudios han medido la tasa de expansión y han obtenido velocidades entre 67 y 77 kps / Mpc.
Pero la ciencia no aceptará una variedad de respuestas para algo que debería tener un valor. No sería ciencia si lo hiciera. Entonces, los científicos siguen probando diferentes formas de medir la constante de Hubble para ver si pueden hacerlo bien, porque la constante de Hubble es más que una simple medida de la expansión del universo.
'La constante de Hubble ancla la escala física del universo', dijo Simon Birrer, investigador postdoctoral de UCLA y autor principal del estudio. Sin un valor preciso para la constante de Hubble, los astrónomos no pueden determinar con precisión el tamaño de las galaxias remotas, la edad del universo o la historia de expansión del cosmos. Así que hacerlo bien es un gran problema.
A nuevo estudio recién publicado en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society está probando un método novedoso para medir la Constante de Hubble. La investigación está dirigida por un equipo de astrónomos de la UCLA y se basa en datos distantes cuásares cuya luz sufre lente gravitacional antes de que llegue a la Tierra.
Impresión artística de ULAS J1120 + 0641, un cuásar muy distante impulsado por un agujero negro con una masa dos mil millones de veces la del Sol. Crédito: ESO / M. Kornmesser
Los quásares son objetos ultrabrillantes. También se les llama núcleos galácticos activos, porque se cree que son causados por agujeros negros supermasivos en el centro de las galaxias. La radiación electromagnética que emiten es causada por el disco de acreción que gira alrededor del agujero negro. A medida que el disco de materia alrededor del agujero se acelera, emite una enorme cantidad de energía.
Dado que los quásares son tan luminosos, se pueden ver desde grandes distancias. Esto los convierte no solo en fascinantes objetos de estudio, sino también como marcadores para estudiar la Ley de Hubble.
La lente gravitacional ocurre cuando la fuente de luz de un objeto extremadamente distante, los cuásares en este estudio, se encuentra con una galaxia intermedia antes de que llegue a los observadores en la Tierra. La masa extrema de la galaxia es suficiente para desviar la luz, de forma similar a como lo hace una lente de vidrio. El resultado es una especie de efecto 'casa de espejos'. La siguiente imagen muestra cómo se ve. El descubrimiento de las lentes gravitacionales está más estrechamente asociado con Einstein, aunque no fue hasta 1979 que se observó.
Imagen del Hubble de una galaxia roja luminosa (LRG) que distorsiona gravitacionalmente la luz de una galaxia azul mucho más distante, una técnica conocida como lente gravitacional. Crédito: ESA / Hubble & NASA
Este estudio se centró en los cuásares dobles. Un cuásar doble, a veces llamado cuásar gemelo , no son dos quásares cercanos, sino más bien un efecto de lente gravitacional. Con un cuásar doble, su luz se proyecta alrededor de una galaxia intermedia antes de llegar a la Tierra, produciendo dos imágenes del cuásar. Ningún estudio previo los ha utilizado para intentar determinar la tasa de expansión del Universo.
A medida que la luz del cuásar se dobla alrededor de la galaxia intermedia, produciendo dos imágenes del mismo cuásar, se crea una oportunidad de observación única. La luz que crea las imágenes separadas del quásar viaja por un camino diferente a cada imagen. A medida que la luz del cuásar fluctúa, hay un retraso entre el parpadeo en cada una de las dos imágenes.
Al medir el tiempo de demora entre los parpadeos y al conocer la masa de la galaxia intermedia, el equipo dedujo las distancias entre la Tierra, la galaxia con lente y el cuásar. Conocer los desplazamientos al rojo del cuásar y la galaxia permitió a los científicos estimar la rapidez con la que se expande el universo.
Este estudio se centró en el doble cuásar llamado SDSS J1206 + 4332, y también se basó en datos del Telescopio Espacial Hubble, Gemini y W.M. Observatorios Keck, y del Monitoreo Cosmológico de Lentes Gravitacionales, o COSMOGRAIL, la red. El equipo pasó varios años tomando imágenes diarias del doble cuásar, lo que les dio mediciones muy precisas del tiempo de demora entre parpadeos. Cuando se combinó con los otros datos, dio a los astrónomos una de las mejores mediciones de la Constante de Hubble hasta el momento.
'La belleza de esta medida es que es altamente complementaria e independiente de otras', dijo Tommasso Treu, profesor de física y astronomía de UCLA y autor principal del artículo.
Una imagen del periódico. La galaxia lente es G0 en el centro de la imagen. A y B es el doble cuásar SDSS J1206 + 4332. G2 es una galaxia triple, y G3 y G4 son otras galaxias cercanas. Crédito de la imagen: Telescopio espacial Hubble, Treu et. Alabama. 2019.
Entonces, ¿qué tan rápido se está expandiendo?
“… El universo es un poco más complicado.
Tommasso Treu, profesor de física y astronomía de UCLA.
El equipo propuso un valor para la constante de Hubble de 72,5 kilómetros por segundo por megaparsec. Esto lo pone en línea con otras medidas que utilizaron supernovas distantes como velas estándar para medir la Constante de Hubble. Pero es aproximadamente un 7% más alto que las mediciones que se basan en la Fondo de microondas cósmico para medirlo.
Este no es el final del debate sobre la Ley de Hubble. Todavía existe esa molesta diferencia entre los métodos de medición. ¿Qué significa? 'Si hay una diferencia real entre esos valores, significa que el universo es un poco más complicado', dijo Treu. Treu también dijo que una de las medidas, o incluso las tres, son incorrectas.
El equipo va a persistir con su método de medición con lentes de cuásar. Están mirando 40 cuásares cuádruples para, con suerte, darles una medida aún más precisa de la tasa de expansión del Universo.
Fuentes:
- Trabajo de investigación: H0LiCOW - IX. Análisis cosmográfico del cuásar de doble imagen SDSS 1206 + 4332 y una nueva medición de la constante de Hubble
- Comunicado de prensa de UCLA: Ver el doble podría ayudar a resolver la disputa sobre qué tan rápido se está expandiendo el universo
- H0LiCOW
- Entrada de Wikipedia: Ley de Hubble
