UR: ¿Una crisis en la cosmología? Una nueva perspectiva sobre la tensión constante de Hubble

la Serie de investigación de pregrado es donde presentamos la investigación que estás haciendo. Si eres un estudiante universitario que participó en un REU o un proyecto de investigación astronómica similar y te gustaría compartir esto en Astrobites, consulta nuestro página de presentación para más detalles. También nos encantaría saber sobre su experiencia de investigación más general!


Foto del autor invitado

Sahil Ugale

Departamento de Física, Mithibai College, Universidad de Mumbai

Como estudiante de pregrado de tercer año con especialización en física, Sahil Ugale realizó esta investigación junto con colaboradores como parte de una pasantía de investigación remota en Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) Bajo la supervisión de dr. María Dainotti. Este trabajo de investigación se publicó el 29 de enero de 2022 en la revista MDPI-galaxies.

Los cosmólogos están de acuerdo en que el universo se está expandiendo a medida que observamos estrellas a distancias cada vez mayores que tienen corrimientos hacia el rojo más grandes, lo que se conoce como la Ley de Hubble. Trazando la velocidad de recesión aparente contra la distancia, el gradiente de esta línea da la constante de Hubble. Sin embargo, si observamos una distancia lo suficientemente grande, podemos ver que la tasa de expansión no sigue una línea recta, sino una curva, lo que sugiere que el valor de la constante de Hubble ha cambiado con el tiempo.

En el universo local, midiendo la constante de Hubble (H0) a partir de observaciones de cefeidas cercanas y SNe Ia da 74,03 ± 1,42 kms-1Mpc-1que no coincide con los valores calculados para el universo primitivo utilizando Tablón Datos de la radiación de fondo cósmico de microondas (CMB) y el modelo lambda-fría-materia oscura que mejor se ajusta ΛCDM (67,4 ± 0,5 km-1Mpc-1). Esta diferencia de 4 a 6 σ en la constante de Hubble encontrada entre estos diferentes métodos independientes es significativa y se conoce como “Tensión constante de Hubble”. Esta tensión plantea preguntas importantes: ¿hay algún problema con las observaciones? ¿O hay algo mal con nuestro modelo cosmológico de mejor ajuste ΛCDM, a pesar de que predice tantos datos correctamente?

Nuestro equipo se centró en las observaciones de Supernovas de tipo Ia (SN 1a) y Oscilaciones acústicas bariónicas (BAO) en el universo cercano. usamos el Panteón Muestra: una compilación de 1048 SNe Ia confirmados espectroscópicamente de diferentes encuestas, divididos en tres contenedores de corrimiento al rojo de valor creciente. Luego consideramos un conjunto SNe 1a + BAO, combinando los datos SNe con un punto de datos BAO en cada contenedor de corrimiento al rojo (por lo que la misma cantidad de BAO está en diferentes contenedores). Usando este análisis de corrimiento al rojo agrupado, investigamos si H0 realmente permanece más constante que el rango de rango de corrimiento al rojo de las sondas (SNE + BAO) consideradas.

Esta investigación se extiende sobre la análisis previo publicado el año pasado en The Astrophysical Journal. Esto consideró sólo la variación de H0 en la muestra SNe Ia Pantheon (tanto para el plano ΛCDM como para w0wamodelos CDM), pero no cualquier otro parámetro cosmológico o cualquier otra sonda.

En el análisis actual, extendemos esto para variar dos parámetros cosmológicos con H0: el parámetro de densidad de materia total (Ω0m) en el modelo ΛCDM, y la ecuación de los parámetros de evolución de estado (wa) en la W0waModelo CDM, usando los datos SNe y SNe + BAO. Esto se puede ver en la Figura 1. La inclusión de BAO en los cálculos cosmológicos nos permite verificar si la tendencia de H0 en la investigación anterior sigue siendo evidente cuando incluimos otras sondas. Este análisis no pretende restringir Ω0m o cualquier otro parámetro cosmológico, sino más bien para investigar la fiabilidad de la tendencia de H0 con corrimiento al rojo.

Dos gráficos muestran la constante de Hubble frente al corrimiento al rojo, uno para cada modelo.  Los datos se dividen en tres contenedores de corrimiento al rojo con el ajuste del modelo trazado también.
Figura 1: La constante de Hubble frente al corrimiento al rojo (z) para los dos modelos diferentes. El color rojo muestra la sonda SNe 1a solamente, mientras que el azul representa SNe + 1 BAO. El panel izquierdo muestra el modelo ΛCDM y el panel derecho muestra el w0wamodelo MDL.

Nuestro nuevo estudio allana el camino para comprender cómo las sondas combinadas (SNe + BAO) todavía muestran la evolución de la H0 por corrimiento al rojo y cómo las simulaciones en cosmología GRB están progresando para obtener Ω0m incertidumbres comparables a los resultados de SNe Ia. El uso de GRB, SNe Ia y BAO juntos como sondas cosmológicas en un futuro cercano ha demostrado no solo ser factible, sino también necesario, ya que el rango de corrimiento al rojo que cubren los GRB es mucho mayor que el de SNe Ia. Como resultado de esta característica, los GRB sin duda podrán brindar nuevos conocimientos sobre la naturaleza del universo primitivo y plantear nuevas restricciones en las futuras mediciones de H0.

Astrobite editado por: emma foxell

Leave a Reply

Your email address will not be published.