Nuevo método con ondas gravitacionales mejora medición de la constante de Hubble y aporta datos sobre la expansión del universo
Físicos de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign y de la Universidad de Chicago desarrollaron un nuevo método para medir la tasa de expansión del universo mediante ondas gravitacionales. El objetivo es mejorar la precisión en el cálculo de la constante de Hubble y aportar evidencia frente a la llamada tensión de Hubble. El estudio fue aceptado para publicación en Physical Review Letters y aparecerá en la edición del 11 de marzo.
La constante de Hubble mide la tasa actual de expansión del universo. Aunque distintos métodos deberían arrojar valores coincidentes, las mediciones basadas en datos del universo temprano difieren de aquellas obtenidas del universo tardío, fenómeno conocido como tensión de Hubble.
"Este resultado es muy significativo; es fundamental obtener una medición independiente de la constante de Hubble para resolver la tensión actual de Hubble. Nuestro método es una forma innovadora de mejorar la precisión de las inferencias de la constante de Hubble mediante ondas gravitacionales", afirmó el profesor de Física de Illinois, Nicolás Yunes.
Por su parte, Daniel Holz, profesor de Física y Astronomía y Astrofísica de la Universidad de Chicago, señaló: "No todos los días se crea una herramienta completamente nueva para la cosmología. Demostramos que, al utilizar el zumbido de fondo de las ondas gravitacionales provenientes de la fusión de agujeros negros en galaxias distantes, podemos aprender sobre la edad y la composición del universo. Esta es una dirección emocionante y completamente nueva, y esperamos aplicar nuestros métodos a futuros conjuntos de datos para ayudar a limitar la constante de Hubble, así como otras magnitudes cosmológicas clave".
El nuevo enfoque, denominado método de la sirena estocástica, utiliza el fondo de ondas gravitacionales generado por colisiones de agujeros negros que aún no pueden detectarse individualmente por la red internacional LIGO-Virgo-KAGRA (LVK). Esta red, dedicada a la detección de ondas gravitacionales, cuenta con más de 2000 miembros.
Bryce Cousins, autor principal del estudio, explicó: "Como observamos colisiones individuales de agujeros negros, podemos determinar la velocidad con la que ocurren esas colisiones en todo el universo. Con base en esa velocidad, prevemos que habrá muchos más eventos que no podemos observar, lo que se denomina el fondo de ondas gravitacionales".
El equipo demostró que valores más bajos de la constante de Hubble implicarían una mayor densidad de colisiones en un volumen reducido del universo, lo que aumentaría la intensidad del fondo de ondas gravitacionales. En consecuencia, la no detección de este fondo descarta valores bajos de la constante.
Los investigadores aplicaron el método a datos actuales de la Colaboración LVK y concluyeron que la ausencia de detección del fondo puede aportar evidencia contra tasas lentas de expansión. Posteriormente, combinaron la sirena estocástica con mediciones obtenidas de colisiones individuales de agujeros negros, logrando una medición más precisa.
Cousins añadió: "Esto debería allanar el camino para la aplicación de este método en el futuro a medida que sigamos aumentando la sensibilidad, restringiendo mejor el fondo de ondas gravitacionales e incluso quizás detectándolo. Al incluir esta información, esperamos obtener mejores resultados cosmológicos y estar más cerca de resolver la tensión de Hubble".
El estudio establece que, conforme aumente la sensibilidad de los detectores, el método podría mejorar las mediciones de la constante de Hubble. Se prevé que el fondo de ondas gravitacionales pueda detectarse en los próximos seis años.
La investigación presenta un nuevo método basado en ondas gravitacionales para medir la expansión del universo y busca aportar evidencia independiente sobre la constante de Hubble y la tensión de Hubble existente entre distintas mediciones cosmológicas.