Los físicos han identificado un método potencialmente innovador para medir la tasa de expansión del universo, un antiguo enigma cosmológico, utilizando las ondas sutiles en el espacio-tiempo conocidas como ondas gravitacionales. El nuevo enfoque aprovecha la señal colectiva de innumerables agujeros negros fusionándose en todo el cosmos (un débil “zumbido” de gravedad) para evaluar de forma independiente qué tan rápido se está expandiendo el espacio. Incluso sin detectar directamente este trasfondo, los investigadores ya han utilizado datos actuales para refinar las limitaciones de la constante de Hubble, el valor que representa la velocidad de expansión del universo.
La tensión de Hubble: un problema central en cosmología
La tasa de expansión del universo es una cantidad fundamental, pero su valor preciso se ha convertido en un importante punto de controversia. Las mediciones derivadas de observaciones del universo temprano (como el fondo cósmico de microondas, el resplandor del Big Bang) discrepan sistemáticamente con las de objetos cercanos (como las supernovas). Esta discrepancia, denominada tensión de Hubble, es estadísticamente significativa y sugiere errores no identificados en los métodos existentes o la necesidad de una física fundamentalmente nueva.
Como explica la física de Yale Chiara Mingarelli, “las mediciones de la tasa de expansión del Universo temprano y del Universo tardío no coinciden en más de 5 sigma… O hay un error sistemático no identificado o nueva física”. La incapacidad de conciliar estos valores plantea cuestiones críticas sobre nuestra comprensión de la energía oscura, la materia oscura y la estructura general del universo.
Uso de fusiones de agujeros negros como gobernantes cósmicos
El nuevo estudio, aceptado para su publicación en Physical Review Letters, propone un método novedoso basado enteramente en ondas gravitacionales. Desde 2015, observatorios como LIGO y Virgo han detectado docenas de fusiones de agujeros negros, y cada evento proporciona información sobre las masas y distancias de los cuerpos en colisión. Al analizar las velocidades a las que se producen estas fusiones en todo el universo, los científicos pueden inferir propiedades del fondo de ondas gravitacionales: la señal combinada de eventos demasiado distantes para resolverse individualmente.
Según el autor principal, Bryce Cousins, “debido a que estamos observando colisiones de agujeros negros individuales, podemos determinar las tasas de esas colisiones que ocurren en todo el universo”. La intensidad general de esta señal de fondo depende directamente de la tasa de expansión; una expansión más lenta implica mayores volúmenes y más fusiones, lo que da como resultado una base más sólida.
Implicaciones y perspectivas futuras
El equipo de investigación demostró que la falta de detección actual del fondo de ondas gravitacionales ya excluye ciertos valores más bajos de la constante de Hubble. Si bien las limitaciones actuales siguen siendo amplias, este método establece un marco nuevo e independiente para la inferencia cosmológica. Este enfoque complementa las técnicas de “sirena estándar” existentes (que utilizan eventos de ondas gravitacionales individuales como marcadores de distancia) al explotar toda la población no resuelta de colisiones de agujeros negros.
Daniel Holz, profesor de la Universidad de Chicago, subraya esta importancia: “No todos los días se nos ocurre una herramienta completamente nueva para la cosmología”. Las actualizaciones planificadas de los detectores de ondas gravitacionales deberían permitir la detección directa del fondo en unos pocos años, transformando esto de un límite inferior a una medición precisa.
En última instancia, este método de sirena estocástica podría convertirse en una nueva y poderosa herramienta para sondear la historia de la expansión del universo y determinar si la tensión de Hubble representa un defecto fundamental en nuestros modelos o simplemente errores sistemáticos ocultos.
Esta nueva técnica ofrece una verificación independiente vital de las mediciones cosmológicas existentes y, en última instancia, puede ayudar a resolver uno de los misterios más apremiantes de la física moderna.
