Desde que el universo comenzó a existir hace aproximadamente 13.800 millones de años, se ha estado expandiendo. Pero debido a que tampoco conocemos su edad precisa, resulta complicado precisar hasta qué punto se extiende más allá de los límites de lo que podemos ver. Sin embargo, una propiedad que los astrónomos han intentado utilizar para resolver esto es un número conocido como la constante de Hubble.
"Es una medida de qué tan rápido se está expandiendo el universo en el momento actual", dice Wendy Freedman, astrofísica de la Universidad de Chicago que ha pasado su carrera midiéndolo. "La constante de Hubble establece la escala del universo, tanto su tamaño como su edad", añade.
La primera medición de la constante de Hubble realizada en 1929 por el astrónomo que le da nombre, Edwin Hubble, la colocó en 500 km por segundo por megaparsec (km/s/Mpc). El pársec o parsec es una unidad de longitud utilizada en astronomía equivalente a 3,26 millones de años luz.
Ese valor calculado por el científico significa que por cada megaparsec más lejos de la Tierra que miras, las galaxias que ves se alejan de nosotros 500 km/s más rápido que las que están a un megaparsec más cerca.
Hay que pensar en el universo como un globo que se infla. Como puntos en su superficie, a medida que las estrellas y las galaxias se separan entre sí más rápidamente, mayor es la distancia entre ellas.
Desde nuestra perspectiva, esto significa es que cuanto más lejos está una galaxia de nosotros, más rápido se aleja. Desafortunadamente, cuanto más miden los astrónomos este número, más parece desafiar las predicciones basadas en nuestra comprensión del universo.
La mayoría de las descripciones de la discrepancia de la constante de Hubble dicen que hay dos formas de medir su valor. Una observa qué tan rápido se alejan de nosotros las galaxias cercanas, mientras que la segunda usa el fondo cósmico de microondas (CMB), la primera luz que escapó después del Big Bang.
Todavía hoy podemos ver esta luz, pero debido a que las partes distantes del universo se alejan de nosotros, la luz se ha estirado en ondas de radio. Estas señales de radio, descubiertas por primera vez en la década de 1960 por accidente, nos dan la idea más temprana posible de cómo era el universo.
Dos fuerzas en competencia, la atracción de la gravedad y el empuje hacia afuera de la radiación, jugaron un tira y afloja cósmico con el universo en su infancia. Esto creó perturbaciones que aún se pueden ver dentro del fondo cósmico de microondas como pequeñas diferencias de temperatura.
Usando estas perturbaciones, es posible medir qué tan rápido se expandía el universo poco después del Big Bang y esto se puede aplicar al Modelo Estándar de Cosmología para deducir la tasa de expansión actual.
Este Modelo Estándar es una de las mejores explicaciones que tenemos de cómo comenzó el Universo, de qué está hecho y qué vemos a nuestro alrededor hoy. Pero hay un problema. Cuando los astrónomos intentan medir la constante de Hubble observando cómo las galaxias cercanas se alejan de nosotros, obtienen una cifra diferente.
"Si el modelo [estándar] es correcto, entonces los dos valores, lo que mides hoy localmente y el valor que infieres de las primeras observaciones estarían en línea", dice Freedman. "Y no lo hacen".
Cuando el satélite Planck de la Agencia Espacial Europea (ESA) midió las discrepancias en el CMB, primero en 2014 y luego nuevamente en 2018, el valor que obtuvo para la constante de Hubble es de 67,4 km/s/Mpc.
Pero esto es alrededor de un 9% menos que el valor que los astrónomos como Freedman han medido al observar galaxias cercanas. Si el Modelo Estándar está equivocado, una de las primera cosas que podría significar es que nuestros modelos de de que está compuesto el universo, las cantidades relativas de materia bariónica o "normal", materia oscura, energía oscura y radiación, no son del todo correctas.
Además, si el universo se expande realmente más rápido de lo que pensamos, podría ser mucho más joven que los 13.800 millones de años que actualmente se piensa que tiene.
Una explicación alternativa para la discrepancia es que la parte del universo en la que vivimos es de alguna manera diferente o especial en comparación con el resto del universo, y esa diferencia está distorsionando las medidas.
"Está lejos de ser una analogía perfecta, pero puedes pensar en cómo se modifica la velocidad o la aceleración de tu automóvil si subes o bajas una colina, incluso si estás aplicando la misma presión al pedal del acelerador", dice Beaton.
"Creo que es poco probable que sea la causa última de la discrepancia en la constante de Hubble que vemos, pero también creo que es importante no ignorar el trabajo realizado en esos resultados".
Pero los astrónomos creen que están más cerca de determinar cuál es la constante de Hubble y cuál de las medidas es correcta. "Lo que es emocionante es que creo que realmente resolveremos esto en un plazo bastante corto, ya sea en un año, dos o tres", dice Freedman.
"Hay tantas cosas que se avecinan en el futuro y que van a mejorar la precisión con la que podemos hacer estas mediciones que creo que llegaremos al fondo de esto".
Otra instalación que ayudará a responder la pregunta de cuál es el valor de la constante de Hubble es el telescopio espacial James Webb, que se lanzará a fines de 2021. Al estudiar las longitudes de onda infrarrojas, permitirá mejores mediciones que no serán oscurecidas por el polvo que hay entre nosotros y las estrellas.
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