Determinando la constante de Hubble
El Megamaser Cosmology Project permite obtener una medición de la constante de Hubble independiente de los métodos empleados hasta ahora. Sus datos concuerdan con los resultados de la misión Planck


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Antxon Alberdi
(IAA-CSIC)
Tags: constante de hubble, expansión del universo

Las galaxias se alejan unas de otras a una velocidad proporcional a su distancia, un hecho que se considera una de las evidencias observacionales fundamentales del paradigma de la expansión del universo. A la constante de proporcionalidad entre ambos parámetros se la conoce como la constante de Hubble. Sin embargo, la “constante” no es tal y evoluciona con el tiempo. Denominamos H0 al valor de la constante de Hubble en el momento de la observación, que se estima en setenta kilómetros por segundo por megapársec (km/s/Mpc), lo que significa que a una distancia de un megapársec (3,26 millones de años luz) el universo se expande a setenta kilómetros por segundo.
La medida de la constante de Hubble es uno de los grandes retos de la astronomía. Su determinación precisa permitiría restringir muchos de los parámetros fundamentales del universo, como la ecuación de estado de la energía oscura, la curvatura del espacio o la masa de los neutrinos. Observaciones recientes de las denominadas “candelas estándar” (estrellas cefeidas con una luminosidad bien definida ligadas a observaciones de galaxias anfitrionas de supernovas tipo Ia) realizadas con los telescopios espaciales Hubble y Spitzer han determinado recientemente valores de 73,8 ± 2,4 km/s/Mpc y 74,3 ± 1 km/s/Mpc, respectivamente. Sin embargo, la misión espacial Planck ha determinado un valor para H0 de 67,1 ± 1,2 km/s/Mpc, muy diferente de los valores anteriores. Si se confirma esta gran diferencia entre unas medidas y otras (hay que considerar que, aparte de estas dos, existen otras determinaciones experimentales), tendría consecuencias muy importantes en la física del universo, como la reinterpretación del papel de la energía oscura o, incluso, la posible existencia de un tipo adicional de neutrinos. Alternativamente podría suceder que las medidas basadas en el estudio de las cefeidas presentaran algunos errores sistemáticos que se desconocen. Por ello, sería muy beneficioso disponer de nuevas medidas obtenidas con técnicas diferentes, que permitieran dar nuevos indicios sobre el valor de la constante.

Un nuevo método

La radiointerferometría ofrece un método adicional para la determinación de H0, que es además independiente de la presencia de candelas estándar y que proporciona, en un solo paso, una medida precisa puramente geométrica. El procedimiento consiste en la observación sistemática de una muestra de galaxias en las que se detectan máseres de vapor de agua en los discos de acreción que giran en torno al agujero negro central (un máser constituye una emisión estimulada similar al láser, pero que opera en la región de microondas del espectro en lugar de en el óptico).    
Para que la emisión de los máseres de agua sea observable, el disco debe hallarse de canto, de forma que la columna de gas molecular sea lo suficientemente larga para que la emisión de los máseres sea amplificada y detectable. Estos máseres rotan en torno al agujero negro central y, de la medida de las velocidades de rotación de los diferentes puntos, puede obtenerse un cálculo muy preciso de la masa del agujero negro. Pero eso no es lo que nos interesa ahora …
En un disco de máseres se detecta emisión en tres localizaciones diferentes: frente del agujero negro central, que se observa a la frecuencia característica del máser, y a ambos lados del disco, que se detectan a una frecuencia desplazada por la velocidad de rotación de la galaxia (al rojo si el material se aleja de nosotros y al azul si se acerca). El denominado Megamaser Cosmology Project (MCP) propone realizar dos conjuntos de observaciones de las galaxias seleccionadas. Por un lado, a través de un seguimiento del espectro de los máseres situados frente al agujero negro puede determinarse la aceleración de los mismos, lo que proporciona directamente una medida del tamaño lineal del disco. Por otro lado, a través de medidas de VLBI de los máseres del disco puede determinarse su localización y velocidad, y de ahí el tamaño angular del disco (los máseres situados al borde del disco tienen aceleración cero). De la comparación de ambas medidas se obtiene una cota precisa de la distancia y, por tanto, de la constante de Hubble. El proyecto MCP ha observado ya una muestra de galaxias en el rango de distancias de 150 a 650 millones de años luz y seguirá ampliando la muestra en el futuro cercano. El escenario real no es, desde luego, tan sencillo: las galaxias no se encuentran completamente de canto, los discos pueden presentar alabeos, las órbitas de los máseres pueden no ser estrictamente circulares, etc. Por estas razones, el análisis de las medidas requiere un modelo tridimensional para los máseres en el disco y el ajuste del mejor modelo a las observaciones.
Con las galaxias observadas hasta el momento, los investigadores norteamericanos responsables del MCP han obtenido una valor de  H0=68.0 ± 4.8 km/s/Mpc, muy próximo al valor obtenido por Planck. Todavía la barra de error es lo suficientemente grande como para incluir la medida obtenida a partir de las cefeidas. Sin embargo, la precisión de este método y, por tanto, la barra de error de la determinación de H0, irá mejorando conforme se midan nuevos candidatos y, probablemente, se confirmará el resultado. En ello están los investigadores. Es, sin duda, un proyecto apasionante. Y las cuestiones que dejará abiertas, también.
 

 

Concepción artística del disco de acrecimiento en torno al agujero negro central de la galaxia NGC 4258. Fuente: NRAO/AUI y John Kagaya (Hoshi No Techou).


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