Gracias a los datos de una supernova ampliada y con múltiples imágenes, un equipo dirigido por investigadores de la Universidad de Minnesota Twin Cities ha utilizado con éxito una técnica única en su tipo para medir la tasa de expansión del Universo. Sus datos brindan información sobre un debate de larga data en el campo y podrían ayudar a los científicos a determinar con mayor precisión la edad del Universo y comprender mejor el cosmos.

El trabajo se divide en dos artículos, publicados respectivamente en Science, una de las principales revistas académicas revisadas por pares del mundo, y The Astrophysical Journal, una revista científica de astrofísica y astronomía revisada por pares.

En astronomía, hay dos medidas precisas de la expansión del Universo, también llamadas « constante de Hubble ». Uno se calcula a partir de observaciones cercanas de supernovas, y el segundo utiliza el « fondo cósmico de microondas », o radiación que comenzó a fluir libremente por el Universo poco después del Big Bang.

Sin embargo, estas dos medidas difieren en aproximadamente un 10 por ciento, lo que ha provocado un amplio debate entre físicos y astrónomos. Si ambas medidas son precisas, eso significa que la teoría actual de los científicos sobre la composición del universo es incompleta.

« Si las nuevas mediciones independientes confirman este desacuerdo entre las dos mediciones de la constante de Hubble, se convertiría en una grieta en la armadura de nuestra comprensión del cosmos », dijo Patrick Kelly, autor principal de ambos artículos y profesor asistente en la Universidad. de la Escuela de Física y Astronomía de Minnesota. « La gran pregunta es si hay un posible problema con una o ambas mediciones. Nuestra investigación aborda eso mediante el uso de una forma independiente y completamente diferente de medir la tasa de expansión del Universo ».

El equipo dirigido por la Universidad de Minnesota pudo calcular este valor utilizando datos de una supernova descubierta por Kelly en 2014, el primer ejemplo de una supernova con múltiples imágenes, lo que significa que el telescopio capturó cuatro imágenes diferentes del mismo evento cósmico. Después del descubrimiento, equipos de todo el mundo predijeron que la supernova reaparecería en una nueva posición en 2015, y el equipo de la Universidad de Minnesota detectó esta imagen adicional.

Estas múltiples imágenes aparecieron porque la supernova fue captada gravitacionalmente por un cúmulo de galaxias, un fenómeno en el que la masa del cúmulo dobla y magnifica la luz. Al utilizar los retrasos de tiempo entre las apariciones de las imágenes de 2014 y 2015, los investigadores pudieron medir la constante de Hubble utilizando una teoría desarrollada en 1964 por el astrónomo noruego Sjur Refsdal que anteriormente había sido imposible de poner en práctica.

Los hallazgos de los investigadores no resuelven absolutamente el debate, dijo Kelly, pero proporcionan más información sobre el problema y acercan a los físicos a la obtención de la medida más precisa de la edad del Universo.

« Nuestra medida favorece el valor del fondo cósmico de microondas, aunque no está en fuerte desacuerdo con el valor de la supernova », dijo Kelly. « Si las observaciones de futuras supernovas que también son lentes gravitacionales de los cúmulos arrojan un resultado similar, entonces identificaría un problema con el valor actual de la supernova o con nuestra comprensión de la materia oscura de los cúmulos de galaxias ».

Usando los mismos datos, los investigadores encontraron que algunos modelos actuales de materia oscura de cúmulos de galaxias podían explicar sus observaciones de las supernovas. Esto les permitió determinar los modelos más precisos para las ubicaciones de la materia oscura en el cúmulo de galaxias, una pregunta que ha atormentado a los astrónomos durante mucho tiempo.

Esta investigación fue financiada principalmente por la NASA a través del Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial y la Fundación Nacional de Ciencias.

Además de Kelly, el equipo incluyó investigadores del Instituto de Astrofísica de Minnesota de la Universidad de Minnesota; la Universidad de Carolina del Sur; la Universidad de California, Los Ángeles; Universidad Stanford; el Instituto Federal Suizo de Tecnología de Lausana; Universidad de la Sorbona; la Universidad de California, Berkeley; la Universidad de Toronto; Universidad Rutgers; la Universidad de Copenhague; la Universidad de Cambridge; el Instituto Kavli de Cosmología; Universidad Ben-Gurion del Negev; Universidad del País Vasco; la Universidad de Cantabria; Consejo Superior de Investigaciones Científicas (el Consejo Superior de Investigaciones Científicas de España); los Observatorios de la Carnegie Institution for Science; la Universidad de Portsmouth; Universidad de Durham; la Universidad de California, Santa Bárbara; la Universidad de Tokio; el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial; el Instituto Leibniz de Astrofísica de Potsdam; la Universidad de Michigan; Universidad Nacional de Australia; Universidad Stony Brook; Universidad de Heidelberg; y la Universidad de Chiba.