Astrofísicos de la Universidad de Illinois y la Universidad de Chicago han propuesto una técnica novedosa para medir la constante de Hubble (la velocidad a la que se expande el Universo) utilizando el débil “zumbido” subyacente de las ondas gravitacionales. Este enfoque, si se perfecciona con futuras mejoras en los detectores, tiene el potencial de remodelar la comprensión cosmológica y abordar un conflicto clave en la astrofísica moderna.
La tensión del Hubble y por qué es importante
Durante años, los astrónomos han luchado con una discrepancia entre las mediciones de la constante de Hubble: los valores obtenidos al observar el Universo temprano (a través del fondo cósmico de microondas) chocan con los derivados del estudio de objetos cercanos como supernovas y variables cefeidas. Esta diferencia, conocida como “tensión de Hubble”, sugiere que nuestros modelos actuales de cosmología podrían estar incompletos. Resolver esta tensión es crucial porque podría indicar nueva física más allá del modelo estándar, como que la energía oscura se comporte de manera diferente a lo esperado, o incluso la existencia de partículas previamente desconocidas.
Sirenas estocásticas: un nuevo enfoque
El método propuesto se basa en el análisis del “fondo estocástico de ondas gravitacionales”, un estruendo débil y continuo creado por la señal combinada de innumerables colisiones de agujeros negros en todo el cosmos. Este trasfondo no es una señal única y clara, sino un patrón estadístico sutil.
“En lugar de señalar fusiones individuales, estamos observando el murmullo colectivo de todos estos eventos”, explicó el profesor Nicolás Yunes de la Universidad de Illinois. “Al analizar estadísticamente la velocidad a la que ocurren estas colisiones a diferentes distancias, podemos inferir la tasa de expansión del Universo”.
El equipo llama a esta técnica el método de la “sirena estocástica”. A diferencia de los métodos tradicionales que se basan en la observación de eventos específicos (como las supernovas), este enfoque accede directamente al tejido del espacio-tiempo, ofreciendo una medición independiente.
Cómo funciona
La idea central es simple: la velocidad a la que se producen las colisiones de agujeros negros depende de la rapidez con la que se expande el Universo. Las fusiones más distantes parecen menos frecuentes porque el Universo se ha extendido aún más desde que ocurrió el evento. Modelando cuidadosamente este efecto, los astrofísicos pueden extraer la constante de Hubble del fondo de ondas gravitacionales.
“Esperamos que haya muchos más eventos que no podemos observar, lo que se llama fondo de ondas gravitacionales”, dijo Bryce Cousins, estudiante de posgrado de la Universidad de Illinois. “La clave es inferir estadísticamente la tasa de esos eventos no observables”.
Perspectivas de futuro
Actualmente, los detectores de ondas gravitacionales no son lo suficientemente sensibles para observar directamente el fondo estocástico. Sin embargo, se esperan mejoras en la tecnología de los detectores en los próximos seis años. A medida que estos instrumentos se vuelvan más potentes, el método de la sirena estocástica podría convertirse en la piedra angular de la cosmología de precisión. Incluso antes de una detección completa, el método puede limitar los límites superiores de la constante de Hubble, proporcionando puntos de datos adicionales en el debate en curso.
“Esta es una dirección emocionante y completamente nueva”, añadió el profesor Daniel Holz de la Universidad de Chicago. “Al incluir esa información, esperamos obtener mejores resultados cosmológicos y estar más cerca de resolver la tensión del Hubble”.
El trabajo del equipo se publicará en Physical Review Letters, ofreciendo un marco matemático detallado para futuras aplicaciones. El método representa un paso prometedor hacia el perfeccionamiento de nuestra comprensión de la historia de la expansión del Universo.
El desarrollo de esta técnica subraya la creciente importancia de la astronomía de ondas gravitacionales, que está emergiendo rápidamente como una poderosa herramienta para investigar las propiedades fundamentales del cosmos.
