JWST confirma las mediciones de Ho del Hubble y pone al modelo cosmológico estándar Lamda CDM contra las cuerdas

La Tensión de Hubble

La tasa de expansión del universo nos muestra que los objetos que se encuentran más lejos se expanden más rápido. Esto es razonable cuando entendemos que la expansión no es consecuencia de una explosión convencional en el espacio como las que podemos imaginar (por ejemplo una bomba de explota y arroja materia en todas direcciones). La expansión del universo es una consecuencia ineludible de la Teoría General de la Relatividad de Einstein. Esta expansión del espacio puede explicarse con la analogía de lo que ocurre en la superficie de un globo que se infla: puntos marcados en su superficie se alejarán todos de todos a medida que el globo se infla. Así, formaciones estelares lo suficientemente distantes, se alejan de nosotros a velocidades incluso superiores a la de la luz sin violar la Teoría Especial de la Relatividad.

Existen 2 métodos distintos para medir la tasa de expansión actual del universo y arrojan resultados distintos. A esto se lo conoce como la tensión de Hubble. 

El primer método se obtiene midiendo la radiación de fondo de microondas a través de satélites (primero WMAP y luego Plank). La radiación de fondo de microondas son las señales más antiguas que podemos detectar, vestigios de cuando el universo apenas tenía sólo unos 380 mil años. La tasa de expansión actual medida por este método arroja un valor de alrededor de 67 km/s/Mpc. 

El segundo método se lo conoce como “escalera cósmica” y consiste en medir la luminosidad y estimar la velocidad de recesión por efecto Doppler de estrellas variables llamadas Cefeidas y de Supernovas tipo IA. Estás formaciones son como “luces patrones” en el universo ya que sus comportamientos son regulares y predecibles debido a procesos físicos bien conocidos que en ellas ocurren. Estas mediciones se han realizado principalmente con el telescopio espacial Hubble y el valor arrojado de tasa de expansión actual es de 73 km/s/Mpc.

La diferencia de los valores obtenidos entre ambos métodos es considerablemente mayor que el error de ambos métodos por lo tanto sabemos que nunca podrán hacerse compatibles.

Reciéntes mediciones realizadas por el nuevo telescopio espacial James Webb confirman, en espectro infrarrojo, y de manera mucho mas precisa aún, que las mediciones realizadas en el espectro óptico por el Hubble son correctas. Esto confirma que la tensión de Hubble es un problema real y no un error en los aparatos de medición, dejando al modelo cosmológico estándar una situación complicada. La mayoría de la comunidad científica cree que la causa de este problema, es que alguna pieza nos esta faltando en el modelo cosmológico actual.

Que alternativas tenemos?

Energía Oscura Temprana

Una posible solución a este problema es la introducción de un nuevo tipo de energía oscura temprana, de naturaleza distinta a la energía oscura actual y que haya afectado durante los primeros 380 mil años, antes de la recombinacion. Y luego se hizo despreciable.

En este modelo actual, la naturaleza de la energía oscura hace que esta se haga dominante en la dinámica de expansión a partir de los 7 mil millones de años. Antes de eso, sus efectos son despreciables.

Este modelo introduce una vez más un elemento forzado similar a la energía oscura tradicional pero que resuelve el problema elegantemente y sin afectar otras cosas. Es especulativo, pero no mucho más que el modelo actual y además es relativamente simple de verificar.

Teorías de Gravedad Modificada

Está alternativa, mucho menos aceptada, incluye una serie de teorías alternativas a la Relatividad General llamadas de Gravedad Modificada. Son altamente especulativas y más radicales pues implicarían un cambio de paradigma y presentan tensiones nuevas con otros datos cosmológicos.

Nuevas partículas y/o nuevas interacciones

Introducción de nuevas partículas e interacciones exóticas no conocidas (como por ejemplo entre la materia oscura y la energía oscura). Estás alternativas son altamente especulativas y difíciles de validar.

Modelo Timescape

Finalmente tenemos el Modelo Timescape (paisaje temporal) que va ganando adeptos poco a poco. Este modelo propone que las observaciones cosmológicas como la expansión acelerada del universo podrían ser interpretadas como efectos emergentes de la estructura no homogénea del universo en lugar de requerir una componente adicional como la energía oscura. Se basa en la idea de que la homogeneidad gravitacionales a gran escala crean zonas de grandes espacios vacíos donde el tiempo transcurre hasta un 50% mas rápido que en zonas altamente gravitacionales como el interior de las galaxias. Así estos diferentes relojes locales afectan la interpretación de los observadores cosmológicos globales. En este caso, la aceleración del la expansión del universo no sería un fenómeno físico real, sino un efecto de promediar sobre diferentes escalas, estructura compleja.

Es una idea atractiva por su elegancia y su compromiso con una interpretación diferente del universo sin recurrir a nueva física especulativa. Sin embargo, debido a su complejidad matemática y la falta de consenso en su implementación, actualmente no parece ser la solución más práctica o directa a la tensión de Hubble.