¿A qué ritmo se expande el universo? ¿Podremos saberlo algún día?

Son preguntas complicadas de responder, constantemente las distintas misiones observacionales les dan a los astrofísicos nuevas y mejores herramientas para profundizar en las respuestas. Si el universo se está expandiendo a una tasa llamada “constante de Hubble”, al intentar medirla se usan dos métodos principales pero que han dado resultados contradictorios, lo que ha dado lugar a lo que los científicos llaman la “tensión de Hubble”.

Los distintos modelos que claman ofrecer la mejor descripción del universo, en realidad, presentan fuertes discrepancias entre sí. Algunos científicos se preguntaron si nuestro modelo actual del universo podría estar omitiendo algo importante.

El segundo método, en el que se especializa Freedman, consiste en medir la expansión de las galaxias cercanas. Este método ha dado históricamente una estimación más alta: alrededor de 74 kilómetros por segundo por megapársec.

La brecha entre estos dos números llevó a algunos científicos a creer que nuestra comprensión del universo podría ser incompleta. Claramente, esto inclina a pensar que hay algo muy importante que se está pasando por alto, lo que genera grandes expectativas sobre los experimentos nuevos e independientes.

Actualmente, las fiables observaciones de la luminosidad de estrellas moribundas se ponen del lado de las supernovas. El universo se expandiría demasiado rápido para el gusto de algunos investigadores.

Roman estudiará la expansión del universo

Para intentar poner un poco más de luz y comprensión del universo, la misión Roman de la NASA observará miles de estrellas en explosión, llamadas supernovas “Ia”, a lo largo de vastos períodos de tiempo y espacio. Mediante estas observaciones, los astrónomos buscan esclarecer varios misterios cósmicos, como por ejemplo la energía oscura. Esta investigación utilizará a las supernovas Ia para medir distancias cósmicas, lo que nos ayudará a comprender cómo se ha expandido el universo a lo largo del tiempo.

Recordemos que los astrónomos clasifican como supernova de “tipo Ia” a aquella que ocurre en sistemas binarios (sistemas de dos estrellas que orbitan entre sí), en los cuales una de las estrellas es una enana blanca. La otra estrella que conforma el sistema puede ser de cualquier tipo, desde una estrella gigante hasta una enana blanca más pequeña.

Uno de los principales objetivos científicos de la misión consiste en utilizar supernovas para determinar la naturaleza de la energía oscura: la presión cósmica inexplicable que acelera la expansión del universo.

El estudio de supernovas de Roman ayudará a aclarar las mediciones contradictorias sobre la velocidad actual de expansión del universo, e incluso proporcionará una nueva forma de investigar la distribución de la materia oscura, detectable únicamente a través de sus efectos gravitacionales.

Muchas supernovas ocurren cuando las estrellas masivas agotan su combustible, colapsan rápidamente por su propio peso y luego explotan debido a las fuertes ondas de choque que se proyectan desde su interior. Estas supernovas ocurren aproximadamente una vez cada 50 años en nuestra galaxia, la Vía Láctea.

Sin embargo, la evidencia muestra que las supernovas de tipo Ia se originan en algunos sistemas estelares binarios que contienen al menos una enana blanca (el pequeño y caliente remanente del núcleo de una estrella similar al Sol). Las supernovas de tipo Ia son mucho más raras, y ocurren aproximadamente una vez cada 500 años en la Vía Láctea.

En algunos casos, la enana puede absorber material de su compañera. Esto desencadena una reacción descontrolada que la detona una vez que alcanza un punto específico donde ha ganado tanta masa que se vuelve inestable.

Los astrónomos también han encontrado evidencia que apoya otro escenario, el de dos enanas blancas que giran en espiral una hacia la otra hasta fusionarse. Si su masa combinada es lo suficientemente alta como para provocar inestabilidad, también podrían producir una supernova de tipo Ia.

Estas explosiones alcanzan un brillo intrínseco similar y conocido, lo que convierte a las supernovas de tipo Ia en las llamadas candelas estándar: objetos o eventos que emiten una cantidad específica de luz, lo que permite a los científicos determinar su distancia mediante una fórmula sencilla. Gracias a esto, los astrónomos pueden determinar la distancia a la que se encuentran las supernovas simplemente midiendo su brillo.

La animación anterior muestra cómo Roman medirá la energía oscura con estrellas en explosión llamadas supernovas de tipo Ia. Estas explosiones se deben a la destrucción total de una estrella enana blanca y cada una emite cantidades similares de luz. Sin embargo, cuanto más lejos están, más tenues parecen las explosiones.

Al medir el brillo aparente de las supernovas de tipo Ia, tenemos una forma de medir sus distancias. Fue comparando los desplazamientos al rojo de las supernovas con su brillo aparente que los astrónomos descubrieron la energía oscura. Estos estudios demostraron que las explosiones con mayores desplazamientos al rojo eran más tenues de lo que deberían ser en cualquier modelo donde la expansión del universo no se acelerará.

Roman estudiará a qué velocidad se expande el universo

Los astrónomos también usarán la misión Roman de la NASA para estudiar la luz de estas supernovas y determinar la velocidad a la que parecen alejarse de nosotros. Al comparar la velocidad a la que se alejan a diferentes distancias, los científicos rastrearán la expansión cósmica a lo largo del tiempo. Esto nos ayudará a comprender si la energía oscura ha cambiado a lo largo de la historia del universo y cómo lo ha hecho.

Los estudios previos de supernovas de tipo Ia se han centrado en el universo relativamente cercano, debido principalmente a las limitaciones de los instrumentos. La visión infrarroja de Roman, su gigantesco campo de visión y su exquisita sensibilidad ampliarán drásticamente la búsqueda, abriendo el telón cósmico lo suficiente como para que los astrónomos puedan detectar miles de supernovas distantes de tipo Ia.

Roman estudiará en detalle la influencia de la energía oscura a lo largo de más de la mitad de la historia del universo, cuando tenía entre 4 y 12 mil millones de años. Explorar esta región relativamente inexplorada ayudará a los científicos a aportar piezas cruciales al rompecabezas de la energía oscura.

Referencia de la noticia:

“Type Ia Supernovae”. Mission Roman, NASA Explore.