Tensión cosmológica confirmada

De las muchas preguntas abiertas que aún desconciertan a los físicos, hay una —la más relevante para los cosmólogos— que cristaliza en un solo número: la constante de Hubble (H0). Representa la relación entre la distancia que tiene un objeto cósmico de nosotros y la rapidez con la que se aleja de nosotros debido a la expansión acelerada del universo. El rompecabezas proviene de la discrepancia estadísticamente significativa entre los valores de H0 obtenidos mediante diferentes estrategias de medida: el método tradicional, basado en la observación de objetos cósmicos como las cefeidas, que son estrellas variables, y las supernovas, o un enfoque más indirecto que utiliza el fondo cósmico de microondas como punto de partida para inferir H0.

Si esta tensión de Hubble es real —es decir, si los distintos valores de H0 no les causan incertidumbres sistemáticas en las medidas que todavía no se han encontrado—, es necesario un replanteamiento profundo de lo que se creía saber sobre la evolución y la composición del universo.

En un artículo publicado ahora en la revista Astronomy & Astrophysics, la colaboración TDCOSMO documenta su último esfuerzo por buscar un camino alternativo para medir de manera precisa la constante de Hubble. Los resultados del equipo respaldan la tensión de Hubble entre las medidas de H0 del universo tardío y temprano. "Para mí, los retrasos de tiempo de lente son fundamentales en la resolución de la tensión, ya que son totalmente independientes de cualquier otro método y no implican calibraciones complicadas", explica Frédéric Courbin, investigador ICREA en el Instituto de Ciencias del Cosmos de la Universidad de Barcelona (ICCUB) y en el Instituto de Estudios Espacial (IEEC).

La colaboración TDCOSMO utiliza la técnica de la cosmografía de retraso de tiempo para inferir el valor de la constante de Hubble. En el artículo, el equipo aplica este método a una muestra de sondas cósmicas conocidas como cuásares con lentes fuertemente definidas. Un cuásar es un objeto distante y extremadamente brillante producido por un disco de acreción de gas y polvo que cae en un agujero negro supermasivo en el centro de una galaxia.

Cuando un objeto masivo, como una galaxia, se encuentra entre un observador y un cuásar, se producen múltiples imágenes del cuásar por un efecto conocido como lente gravitacional. Esto se debe a que la galaxia lente —también denominada deflector— actúa un poco como una lente óptica colocada en la trayectoria de un haz de luz: deforma el espacio y, como resultado, dobla y amplía la luz que proviene de un objeto de fondo. En el caso de un cuásar, la desviación de la luz produce imágenes de lente brillantes y distorsionadas en torno a la galaxia lente.

De forma crucial, la firma de la lente gravitacional en un cuásar observado no es solo espacial, sino también temporal. Si la intensidad de la radiación emitida por un cuásar varía con el tiempo, los rayos de luz procedentes de múltiples imágenes de un cuásar con lente llegan con retrasos temporales. La cosmografía con retraso temporal permite a los investigadores medir lo que se conoce como distancia de retraso temporal. Siempre que el potencial gravitatorio de la galaxia lente sea conocido, los científicos pueden inferir H0 a partir de la distancia de retraso temporal y el desplazamiento hacia el rojo de la luz causado por el universo en expansión.

Para obtener el nuevo valor de H0, el equipo de TDCOSMO utilizó tanto datos recogidos previamente como datos nuevos sobre ocho cuásares fuertemente lentes y aprovechó los métodos de análisis mejorados. Para seis de las ocho galaxias lentes, los datos relacionados con la cinemática estelar fueron accesibles mediante el espectrógrafo NIRSpec del telescopio espacial James Webb. Los datos de cinemática estelar se refieren al movimiento de las estrellas en una galaxia: son especialmente importantes para abordar una importante fuente de error a la hora de determinar H0 con cosmografía de retraso temporal. Otros datos se recogieron con el espectrógrafo Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) del Very Large Telescope del Observatorio Europeo Austral (ESO), en Chile, y con el Keck Cosmic Web Imager (KCWI) del Observatorio Keck, en Hawái.

Los últimos hallazgos de la colaboración TDCOSMO subrayan el papel crítico de las redes de investigación internacionales y la inversión sostenida en ciencia. Gracias al apoyo visionario de la Fundación Nacional Suiza para la Ciencia (SNSF), los investigadores pudieron recoger dos décadas de medidas de retraso temporal de cuásares con lentes utilizando el telescopio suizo Leonhard Euler que se encuentra en la ESO. Este esfuerzo a largo plazo se vio reforzado aún más con la financiación europea a través de la beca ERC Advanced Grant COSMICLENS (investigador principal: Frédéric Courbin).

Destacando la importancia de esta investigación, la Comisión Europea ha otorgado recientemente una beca Synergy de doce millones de euros para abordar la tensión de Hubble a través del proyecto RedH0T, codirigido por los investigadores Licia Verde (ICREA-ICCUB) y Frédéric Courbin.