La (no) constante de Hubble y una Cruz de Einstein

Que el universo se expande es algo que muchos de ustedes ya conocerán, y además, está teniendo lugar de forma acelerada; tal vez también sepan que es la constante de Hubble la que indica esta velocidad de expasión, y este valor se obtiene de manera experimental. Dependiendo de la precisión instrumental y de la calidad e interpretación de los datos, la constante de Hubble puede tomar unos valores u otros, por lo que eso de “constante”, en este caso, deja de tener sentido ya que varía dependiendo de cómo y quién interprete los datos.

Una de esas medidas de la constante de Hubble la está haciendo un grupo de astrónomos que pertenecen al grupo H0LiCOW (H0 Lenses in COSMOGRAIL’s Wellspring), dirigido por Sherry Suyu del Instituto Max Planck de Astrofísica (Alemania). Suyu y su equipo han utilizado varios telescopios tanto espaciales como terrestres, como el telescopio espacial Hubble (NASA/ESA) o el VLT (Very Large Telescope), entre muchos otros, para observar cinco galaxias independientemente y calcular en cada una de ellas el valor de la constante de Hubble. Con este fin han analizado una serie de lentes gravitatorias con cuásares -núcleos de galaxia extremadamente brillantes- y han relacionado la cantidad de materia ordinaria con las cantidades de materia y energía oscuras estimadas.

B1608+656 is among the five best lensed quasars discovered to date. The two foreground galaxies smeared the light of the more distant quasar's host galaxy into bright arcs.

RXJ1131-1231 is among the five best lensed quasars discovered to date. The foreground galaxy smears the image of the background quasar into a bright arc (left) and creates a total of four images — three of which can be seen within the arc.

Arriba: B1608 + 656 muestra uno de los cinco cuásares observados. En primer plano se pueden ver dos galaxias que juntas desvían la luz del cuásar produciendo los arcos luminosos. Abajo: RXJ1131-1231 muestra otro  cuasar donde en este caso la galaxia intermedia nos proporciona cuatro imágenes del mismo además de unos arcos luminosos. Créditos: ESA/Hubble, NASA, Suyu et al (Imagen original Arriba) (Imagen original Abajo).

Por si alguno de ustedes no conoce el concepto de lente gravitatoria, no se preocupen que yo se lo recuerdo: toda la materia del universo deforma el espacio a su alrededor, siendo las masas más grandes las que producen un efecto más pronunciado. Alrededor de objetos muy masivos, como las galaxias, la luz que pasa cerca se ve afectada por esta deformación y se dobla, desviándose de su trayectoria original y provocando distorsiones en el objeto emisor de luz. Si todavía no les ha quedado claro, les invito a que lean este post de la vaca Margarita donde les hablo de lentes gravitatorias con unos símiles muy particulares.

Volvamos pues a los objetos de estudio: estas cinco galaxias situadas entre la Tierra y los cuásares donde la luz de estos últimos es la que se dobla a consecuencia de las lentes gravitatorias creada por las galaxias situadas a medio camino. Para este análisis es fundamental saber que la variación de brillo aparente de los cuásares depende de la variación en la alineación, estando ese cambio de luminosidad  directamente relacionado con el valor de la constante de Hubble.

HE0435-1223 is among the five best lensed quasars discovered to date. The foreground galaxy creates four almost evenly distributed images of the distant quasar around it.

HE0435-1223 es otro de los cinco cuásares analizados. Destacan las 4 imágenes casi simétricas que produce la galaxia intermedia gracias al efecto lente formando casi a la perfección lo que se conoce como Cruz de Einstein. Créditos: ESA/Hubble, NASA, Suyu et al (Imagen original).

Midiendo estas variaciones y aplicándolas a los modelos de simulación, el equipo de HoLiCOW ha podido determinar la constante de Hubble con una precisión estimada del 3,8%, estableciendo el valor en 71,9 ± 2,7 km/s por Megaparsec, aunque les diré que esta nueva medida tiene partidarios y detractores. A favor están los valores obtenidos a través del estudio de estrellas variables Cefeidas y supernovas (A.G. Riess et al., 2016), dando un valor de 73.02 ± 1.79 km/s por Megaparsec. En contra tiene los resultados obtenidos tras analizar la radiación de fondo de microondas (P.A.R. Ade et al., 2016) obteniendo un valor de 66.93 ± 0,62 km/s por Megaparsec.

¿Esto qué quiere decir? Que la constante de Hubble parece que está lejos de ser una constante como tal aunque, cada vez estamos más cerca de fijar su valor. La desviación obtenida al calcularla en base a la radiación de fondo de microondas puede tener muchos motivos, pero uno de ellos, y desde mi ignorancia en el mundo de la cosmología, tal vez esté dada por la edad del universo, es decir, cuanto más joven era el universo, más baja era la “constante”, pero ya les digo, desde mi más profunda ignorancia.

Nota:
– Las imágenes de los otros dos cuásares analizados por HoLiCOW son WFI2033-4723 y HE1104-1805. Los pueden ver aquí y aquí, respectivamente. Créditos: ESA/Hubble, NASA, Suyu et al.

Imagen de cabecera:
– Montaje que muestra las cinco lentes gravitatorias de los cuásares con las galaxias en primer plano que ha analizado el grupo de H0LiCOW para determinar el valor de la constante de Hubble. Créditos: ESA/Hubble, NASA, Suyu et al (Imagen original).

Referencias:
– Suyu, S.H. (2016). “H0LiCOW I. H0 Lenses in COSMOGRAIL’s Wellspring: Program Overview“. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, arXiv:1607.00017v2.
– Sluse, D. (2016). “H0LiCOW II. Spectroscopic survey and galaxy-group identification of the strong gravitational lens system HE 0435−1223“. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, arXiv:1607.00382v2.
– Rusu, C.E. (2016). “H0LiCOW III. Quantifying the effect of mass along the line of sight to the gravitational lens HE 0435−1223 through weighted galaxy counts“. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, arXiv:1607.01047v1.
– Wong, K.C. et al (2016). “H0LiCOW IV. Lens mass model of HE 0435−1223 and blind measurement of its time-delay distance for cosmology“. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 465 (4): 4895-4913.
– Bonvin, V. et al (2016). “H0LiCOW V. New COSMOGRAIL time delays of HE 0435−1223: H0 to 3.8% precision from strong lensing in a flat ΛCDM model“. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 465 (4): 4914-4930.

– Riess, A.G. et al (2016). “A 2.4% Determination of the Local Value of the Hubble Constant“. The Astrophysical Journal, 826-1.
– Ade, P.A.R. et al (2016). “Planck 2015 results. XIII. Cosmological parameters“. Astronomy & Astrophysics, 594-A13.

Cosmic lenses support finding on faster than expected expansion of the Universe.
Hubble finds Universe may be expanding faster than expected.

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