Una solución radicalmente conservadora para el mayor misterio de la cosmología

Los cosmólogos han utilizado cada una de las herramientas a su disposición para medir exactamente el ritmo al que se expande el universo. Pero esas mediciones han arrojado resultados contradictorios.

Estas mediciones discordantes atormentan a los astrofísicos e inspiran una desbocada producción de conjeturas acerca de si no intervendrán procesos físicos desconocidos que expliquen la divergencia. ¿No estarán las partículas de la materia oscura interaccionando fuertemente con la materia ordinaria de los planetas, las estrellas y las galaxias? ¿O no será por una partícula exótica que no se haya detectado todavía, el neutrino llamado estéril, por ejemplo? Las posibilidades son tan ilimitadas como la imaginación de los físicos teóricos.

Sin embargo, un nuevo estudio, de John Peacock, cosmólogo de la Universidad de Edimburgo, figura destacada entre los cosmólogos, adopta un punto de vista mucho más conservador del problema. Junto con su coautor, José Luis Bernal, estudiante de doctorado de la Universidad de Barcelona, sostiene que es posible que no haya tensión alguna entre las mediciones. Bastaría un no se sabe qué en algún instrumento de los telescopios, por ejemplo, o un error subestimado, para explicar la brecha entre los valores de la constante de Hubble. «Cuando se hacen mediciones así, se toma en cuenta todo lo que se sabe, pero está claro que puede haber cosas desconocidas. El artículo formaliza matemáticamente esto», dice Wendy Freedman, astrónoma de la Universidad de Chicago.

Freedman es una pionera de la medición de la constante de Hubble con cefeidas, estrellas que tienen todas el mismo brillo intrínseco. Por ello, determinando su brillo aparente se puede calcular con precisión la distancia a las galaxias cercanas que las albergan. Midiendo la velocidad a la que esas galaxias se apartan de nosotros, se tiene la constante de Hubble. Este método se puede extender al universo más distante subiendo por la escalera de las distancias cósmicas: con las cefeidas se calibra el brillo de las supernovas que se pueden ver a miles de millones de años luz de distancia.

Todas esas mediciones tienen incertidumbres, claro está. Los grupos de investigación toman primero unas mediciones crudas, y luego intentan tener en cuenta las particularidades de cada telescopio, las incógnitas astrofísicas y otras innumerables formas de incertidumbre que pueden mantener a los noctámbulos astrónomos despiertos el día entero. Al final, todos los estudios publicados se combina en un solo número que corresponde al ritmo de la expansión, junto con una medida de lo incierto que es ese número.

En el nuevo trabajo, Peacock arguye que pueden deslizarse errores desconocidos en cada fase de esos cálculos, y de maneras que distan de ser obvias para los astrónomos que trabajan con ellos. Bernal y él ofrecen un metaanálisis de las diversas mediciones mediante un enfoque estadístico bayesiano. Separan las mediciones en distintas clases independientes unas de otras (quiere decir que no usan el mismo telescopio, ni tampoco comparten suposiciones implícitas). Es fácil actualizarlo cuando hay mediciones nuevas. «No cabe duda de que se necesita una manera ‒—uno creería que los estadísticos la habrían proporcionado ya— de combinar las mediciones de modo que no sea probable que uno vaya a perder hasta la camisa si se pone a apostar basándose en las barras de error», dice Peacock. Considera entonces con Bernal la posibilidad de que haya errores subestimados y sesgos que hayan podido afectar sistemáticamente a la tasa de expansión, sea hacia arriba o hacia abajo. «Viene a ser lo contrario del proceso penal ordinario: todas las mediciones son culpables mientras no se pruebe su inocencia», dice. Tómense esos factores desconocidamente desconocidos en cuenta, y la discrepancia sobre la constante de Hubble se esfumará.

Otros investigadores aceptan que pueden intervenir esos factores prosaicos y que la excitación creada alrededor de la constante de Hubble está impulsada en parte por las ansias de dar con algo nuevo en el universo. «Tengo una muy mala sensación de que nos hemos quedado enganchados en un modelo cosmológico que funciona pero que no podemos entender o explicar a partir de primeros principios, y por eso hay mucha frustración», opina Andrea Macciò, astrofísico de la Universidad de Nueva York en Abu Dabhi. «Eso empuja a la gente a apuntarse a cualquier posibilidad que haya de una nueva física, por frágiles que sean los indicios».

Mientras, se siguen mejorando las mediciones de la constante. En un artículo del 27 de abril, que se puede leer en el repositorio de prepublicaciones de artículos de física arXiv, se explica cómo se han usado las mediciones de 1700 millones de estrellas realizadas por el observatorio espacial Gaia de la Agencia Espacial Europea para calibrar con mayor precisión la distancia a las cefeidas cercanas. Luego, los autores suben por la escalera de las distancias cósmicas para recalcular el valor de la constante de Hubble. Con los nuevos datos, la discrepancia entre las dos mediciones de la constante ha empeorado todavía más; calculan que hay menos de un 0,01 por ciento de posibilidades de que se deba al azar. Un arreglo sencillo sería muy bien recibido, pero no se cuente con él de aquí a poco.  

Ramin Skibba / Quanta Magazine

Artículo traducido y adaptado por Investigación y Ciencia con permiso de Quanta Magazine, publicación independiente promovida por la Fundación Simons para potenciar la comprensión de la ciencia.

Referencia: «Conservative cosmology: combining data with allowance for unknown systematics», de José Luis Bernal y John A. Peacock en arXiv: 1804.10655 [astro-ph.CO].