Astrofísicos del Instituto Niels Bohr sugieren un método novedoso basado en las colisiones de estrellas de neutrones para resolver la discrepancia entre las dos forman de medir la expansión del Universo.

Hace unos 100 años, Edwin Hubble y otros astrónomos midieron las velocidades de varias galaxias circundantes. Las galaxias del Universo son "arrebatadas" unas de otras por esta expansión y, por tanto, se alejan unas de otras.

Cuanto mayor es la distancia entre dos galaxias, más rápido se separan, y la velocidad precisa de este movimiento es una de las cantidades más fundamentales de la cosmología moderna. El número que describe la expansión recibe el nombre de "constante de Hubble" y aparece en multitud de ecuaciones y modelos diferentes del Universo y sus constituyentes.

Por tanto, para comprender el Universo debemos conocer la constante de Hubble con la mayor precisión posible. Existen varios métodos para medirlo; métodos que son mutuamente independientes pero que dan casi el mismo resultado.

El método intuitivamente más fácil de entender es, en principio, el mismo que utilizaron Edwin Hubble y sus colegas hace un siglo: localizar un grupo de galaxias y medir sus distancias y velocidades. En la práctica, esto se hace buscando galaxias con estrellas en explosión, las llamadas supernovas. Este método se complementa con otro método que analiza irregularidades en la llamada radiación cósmica de fondo; una forma antigua de luz que se remonta poco después del Big Bang.

Los dos métodos (el método de la supernova y el método de la radiación de fondo) siempre dieron resultados ligeramente diferentes. Pero cualquier medición conlleva incertidumbres, y hace unos años las incertidumbres eran tan sustanciales que podríamos culparlas por la disparidad.

Sin embargo, a medida que las técnicas de medición han mejorado, las incertidumbres han disminuido y ahora hemos llegado a un punto en el que podemos afirmar con un alto grado de confianza que ambas cosas no pueden ser correctas.

La raíz de este "problema del Hubble" -ya sean efectos desconocidos que sesgan sistemáticamente uno de los resultados, o si insinúa una nueva física aún por descubrir- es actualmente uno de los temas más candentes de la astronomía.

Uno de los mayores desafíos radica en determinar con precisión las distancias a las galaxias. Pero en un nuevo estudio, Albert Sneppen, estudiante de doctorado en astrofísica en el Cosmic Dawn Center del Instituto Niels Bohr de Copenhague, propone un método novedoso para medir distancias, ayudando así a resolver la disputa en curso.

"Cuando dos estrellas de neutrones ultracompactas, que en sí mismas son restos de supernovas, orbitan entre sí y finalmente se fusionan, estallan en una nueva explosión; la llamada kilonova", explica Albert Sneppen en un comunicado. "Recientemente demostramos cómo esta explosión es notablemente simétrica, y resulta que esta simetría no sólo es hermosa, sino también increíblemente útil".

En un tercer estudio que acaba de publicarse en Astronomy & Astrophysics, Sneppen demuestra que las kilonovas, a pesar de su complejidad, pueden describirse mediante una única temperatura. Y resulta que la simetría y la simplicidad de las kilonovas permiten a los astrónomos deducir exactamente cuánta luz emiten.

Comparando esta luminosidad con la cantidad de luz que llega a la Tierra, los investigadores pueden calcular a qué distancia se encuentra la kilonova. De este modo han obtenido un método novedoso e independiente para calcular la distancia a las galaxias que contienen kilonovas.

Darach Watson es profesor asociado en el Cosmic Dawn Center y coautor del estudio. Explica: "Las supernovas, que hasta ahora se han utilizado para medir las distancias de las galaxias, no siempre emiten la misma cantidad de luz. Además, primero exigen que calibremos la distancia utilizando otro tipo de estrellas, las llamadas Cefeidas, que a su vez también deben calibrarse. Con las kilonovas podemos evitar estas complicaciones que introducen incertidumbres en las mediciones".

Para demostrar su potencial, los astrofísicos aplicaron el método a una kilonova descubierta en 2017. El resultado es una constante de Hubble más cercana al método de radiación de fondo, pero los investigadores aún no se atreven a afirmar si el método de la kilonova puede resolver el problema del Hubble: "Hasta ahora sólo tenemos este estudio de caso y necesitamos muchos más ejemplos antes de que podamos establecer un resultado sólido", advierte Albert Sneppen. "Pero nuestro método al menos evita algunas fuentes conocidas de incertidumbre y es un sistema muy 'limpio' para estudiar. No requiere calibración ni factor de corrección".