Astrónomos precisan factor clave para determinar expansión del Universo

Establecer una escala precisa que permita medir distancias en el Universo es uno de los grandes desafíos que han tenido los científicos hasta ahora. Un método que ha tenido muy exitosos resultados es el que combina supernovas con las estrellas pulsantes cefeidas, el que además permite determinar con precisión la constante de Hubble, que mide la expansión del Universo. (Fuente Instituto Milenio de Astrofísica, MAS)

Sin embargo, a pesar de su éxito, el método supernovas-cefeidas ha tenido una piedra de tope, que corresponde a cómo influyen en las mediciones la relación de las luminosidades de las estrellas cefeidas con su composición química, es decir, su metalicidad. Asimismo, también está el problema de que el valor de la constante de Hubble, obtenido por este método, parece tener una diferencia significativa con el valor determinado por el estudio del satélite Planck actualmente en funcionamiento, el cual que mide las fluctuaciones del fondo cósmico de microondas, el vestigio más lejano que conocemos de la explosión del Big Bang.

Por todo ello entonces, según Wolfgang Gieren, investigador asociado del Instituto Milenio de Astrofísica y astrónomo del Departamento de Astronomía de la Universidad de Concepción y del Centro de Astrofísica y Tecnología Afines (CATA), se requiere que se establezca una máxima precisión en el método que utiliza las estrellas cefeidas, considerando la dependencia a la metalicidad que tienen. Con ello se podrá dilucidar si la constante de Hubble es certera, y si estas diferencias con las mediciones de la sonda Planck tienen este u otro origen.

Aunque investigaciones anteriores aún no han sido claras para precisar este punto, un reciente estudio del investigador del MAS, junto con su equipo formado por los astrónomos Piotr Wielgorski, Grzegorz Pietrzynski y Dariusz Graczyk del Departamento de Astronomía de la U. de Concepción, ha cambiado la situación. La investigación demuestra en forma muy clara y precisa que esta dependencia entre las luminosidades de las cefeidas y su metalicidad es muy cercana a cero, es decir, no es relevante para la medición de las distancias del Universo ni para determinar la constante de Hubble. Por lo tanto, al medir la distancia de una galaxia lejana con el método que utiliza las cefeidas, este siempre arrojará resultados muy exactos, independiente de la metalicidad de las cefeidas en tal galaxia lejana que usualmente es desconocida.

“Nuestra reportada determinación del efecto de metalicidad es muy precisa (3%), unas 10 veces más precisa que otros trabajos en la literatura, y representa un gran paso hacia la meta de medir la constante de Hubble a partir del método cefeidas – supernovas con una precisión lo suficientemente alta para entender si la discrepancia con el valor obtenido por la misión Planck es real o no. De ser real, esto podría tener consecuencias para nuestros actuales modelos cosmológicos”, señala.

Las valiosas Nubes de Magallanes

El estudio, que fue publicado en la prestigiosa revista The Astrophysical Journal, utilizó las abundantes poblaciones de estrellas cefeidas de las dos Nubes de Magallanes para las cuales las relaciones de su periodo de pulsación con su “magnitud aparente” son bien conocidas. “Las metalicidades de las cefeidas en las dos Nubes de Magallanes se conocen con mucha precisión y son lo suficientemente diferentes para testear el efecto que esta diferencia en metalicidad tiene sobre la relación entre los periodos de pulsación y la luminosidad que cumplen las Cefeidas, y que es el instrumento que usamos para medir sus distancias”, explica Gieren.

Las cefeidas utilizadas en el estudio fueron catalogadas por el proyecto OGLE en Chile que los observó en la luz visible, y por la Infrared Survey Facility (IRSF), proyecto japonés llevado a cabo en Sudáfrica que observó las mismas Cefeidas en luz infrarroja. El equipo del investigador del MAS está colaborando estrechamente con investigadores de ambos proyectos.

“Comparando las distancias de las dos Nubes de Magallanes derivadas a partir de sus respectivas cefeidas en diferentes bandas fotométricas, con aquellas derivadas con una gran precisión a partir de estrellas binarias eclipsantes en ambas Nubes que estudiamos previamente en 2013 y 2014, hemos podido establecer que las luminosidades, o magnitudes absolutas de las Cefeidas tienen una dependencia de sus metalicidades que es compatible con cero, particularmente en el rango fotométrico del infrarrojo cercano en el cual las mediciones de las distancias a galaxias con Cefeidas entregan la mayor precisión. Este resultado nos acerca a la gran meta de medir la constante de Hubble con una precisión del 1%, un sueño que los astrónomos tienen desde casi un siglo cuando Edwin Hubble descubrió la expansión del Universo”.

Un resultado que posiblemente también impone un nuevo desafío para los especialistas, pues implica que puede ser necesario revisar algunos aspectos de los modelos cosmológicos utilizados por el grupo científico de la misión Planck en su cálculo del valor de la constante de Hubble.