La tensió de Hubble, un problema que pot canviar l’Univers

La descoberta de l’expansió de l’Univers, realitzada el 1929 per l’astrònom americà Edwin Hubble va canviar profundament la nostra comprensió del cosmos. Va ser moment trencador en la història de la ciència, que va posar en escac les certeses que es tenien fins aleshores i va obligar a repensar-les completament. No va ser senzill acceptar les conseqüències de tal descoberta, fins i tot per les ments més privilegiades de l’època, com per exemple Albert Einstein. Un Univers en expansió suposava que aquest era canviant i sobretot que era finit en el temps, que tenia un inici definit en algun moment. Una visió molt allunyada de l’Univers estàtic, infinit i etern en el temps que era l’afavorida fins aquell moment i que va portar a Einstein a introduir modificacions en la seva teoria de la relativitat general perquè aquesta s’hi ajustés de manera artificiosa. I és que la realitat subjacent que plantejava la teoria de la relativitat general ja era una altra – encara que en aquell moment desconeguda. Georges Lemaitre va ser qui primer va desvetllar el que Einstein va intentar amagar: La derivada pura de les equacions d’Einstein portaven, sense embuts, cap a un univers dinàmic amb un inici puntual en el temps, el que es coneix ara com el Big Bang. I això mateix és el que Hubble va confirmar de manera inapel·lable amb les seves observacions. Va constatar que totes les galàxies del nostre voltant semblaven allunyar-se de nosaltres i, a més, que la velocitat amb la qual ho feien era més gran com més allunyades de nosaltres es trobaven. RS Puppis, una de les Cefeides més brillants de la nostra galàxia – Crèdit: NASA, ESA, i el Hubble Heritage Team (STScI/AURA) L’única explicació possible d’aquest fenomen és que no són les galàxies les que s’estan desplaçant sinó que és el teixit mateix de l’espai-temps en les quals es troben que s’està expandint, a la manera d’un globus que s’estaria inflant de manera contínua. La mesura de manera precisa del ritme d’expansió de l’Univers, un valor intrínsecament lligat a l’edat de l’Univers, i que es va anomenar la constant d’Hubble o H0, va esdevenir des d’aleshores un valor essencial en mesurar per a poder entendre on vivim. El mateix Hubble ja en va fer una primera estimació, que va anar afinant els anys següents a mesura que millorava les seves observacions i els instruments que utilitzava. Els primers valors assenyalaven una velocitat d’expansió d’uns 500 km/s per cada 3,26 anys llum, una unitat de distància també anomenada megaparsec. Per obtenir aquest valor va observar un tipus molt concret d’estels variables, anomenat Cefeides, pels quals existeix una relació que vincula directament la seva lluminositat absoluta, calculada en el màxim de la seva corba, amb la duració del seu període de pulsació. Mesurant la seva lluminositat aparent (la que veiem des de la Terra) i sabent quina és la seva lluminositat real mesurant el seu període, es pot calcular directament la distància a la qual es troben. Si a la vegada mesurem la velocitat relativa a nosaltres de la galàxia en la qual es troben, s’obté directament el valor d’H0. Un inconvenient de talla és que les Cefeides només es poden observar a relativament poca distància de nosaltres, i per això cal buscar indicadors de distància més lluminosos i que es puguin veure de més lluny. Un d’aquests són les Supernoves de tipus I que sempre exploten amb la mateixa lluminositat absoluta real i que són visibles a unes 500 vegades més distància que les Cefeides. Altra vegada, mesurant la seva lluminositat aparent en el moment de l’explosió, i la velocitat relativa amb la qual s’allunyen de nosaltres, es pot calcular també el valor d’H0. Amb els anys i la millora dels instruments, el càlcul que Hubble va fer s’ha anat afinant. A finals del 2022, Adam Riess, Premi Nobel de Física el 2011, i els seus col·laboradors en van fer pública la mesura més precisa utilitzant aquests mateixos mètodes, utilitzant el telescopi espacial Hubble, i van anunciar com a valor d’H0 73km/s per megaparsec amb una precisió de més o menys 1. Aquest resultat hauria d’haver provocat un aplaudiment generalitzat per part de tota la comunitat científica, però en realitat va aixecar una gran polèmica. I és que el mètode emprat no és l’únic que permet calcular el valor d’H0. En realitat n’hi ha un altre que 4 anys abans de la publicació de Riess, va permetre d’avaluar la constant de Hubble amb encara més precisió. Observant les Cefeides amb el Webb permet una millor resolució però no canvia els resultats ja obtinguts pel Hubble – Crèdit: NASA. ESA, J. Kang (STScI) A. Riess (STScI) El mètode en qüestió fa servir el fons de radiació de microones, la resta fòssil de la primera llum que va poder viatjar lliurement per l’Univers, uns 300.000 anys després del Big Bang, i que avui en dia encara és observable. El satèl·lit europeu Planck va estar 4 anys observant amb altíssima precisió aquesta radiació i es va poder calcular a partir les seves observacions i usant els models teòrics d’evolució de l’Univers més avançats, un valor d’H0. El 2018, un cop analitzades les dades, l’equip de Planck va fer públic un valor de H0 de 67,4km/s per megaparsec amb un error de més o menys 0,5. La precisió de la mesura, tant dels uns com dels altres, fa incompatible els dos resultats a 99,9997% de certesa, quan hauria de ser el mateix valor o almenys compatible dins dels errors. Sembla doncs que d’alguna manera un dels dos o potser tots dos no poden ser correctes, i que alguna cosa no s’ha fet correctament. Vista la situació, i per aixecar les sospites que pesaven en les seves observacions, l’equip de Riess va decidir tornar a mesurar les mateixes Cefeides però aquest cop utilitzant el nou telescopi especial James Webb, molt més potent i precís que el vell Hubble. El resultat, publicat fa poques setmanes, no deixa dubte. Les observacions fetes amb el Hubble eren totalment correctes i el Webb no aporta cap variació en el valor d’H0. Encara queden per verificar els objectes més llunyans, de tipus Supernova I, però s’haurà d’esperar que vagin apareixent per poder-ne observar un nùmero significatiu amb el Webb. En tot cas, ara mateix, sembla que l’univers s’expandeix més ràpid del que seria d’esperar si la seva evolució sigues la que fins ara hem cregut que era. El fons de radiació de microones observat pel Planck – Crèdit: ESA i Planck Collaboration Mentrestant, i en el cas de persistir, aquest problema que s’anomena «la tensió de Hubble» pot comportar conseqüències importants per als models cosmològics amb què es descriu l’evolució de l’univers, ja que suggeriria que hi ha alguna cosa, en els models teòrics que s’han utilitzat fins ara, que se’ns escapa. Potser la gravitació no funciona igual a gran escala que en l’àmbit local, potser la matèria obscura té propietats que desconeixem o potser l’energia obscura que accelera l’expansió no és uniforme o es comporta de manera diferent ara del que ho feia en el passat. Les vies a explorar són diverses i les seves implicacions s’estenen a tots els camps de la física. I és que, parafrasejant Sherlock Holmes, havent eliminat l’existència d’errors, el que queda és la possibilitat real i excitant que haguem entès l’univers i les seves lleis de manera incorrecta. El pròxim capítol d’aquest fascinant misteri resta per escriure i serà qüestió d’esperar per saber si és el darrer o si encara queda molt per resoldre.