estás leyendo...
Papers recientes

Ráfagas rápidas de radio y el debate centenario

Hace algunas semanas, publicamos un artículo acerca del gran debate de la cosmología moderna, la tensión de Hubble. Para la cosmología, la ciencia que estudia el Universo, sus contenidos, su pasado, y su futuro, este debate es absolutamente crucial. La discrepancia, que según cómo se mire, ha persistido por más de cien años, es acerca de cúan rápido se está expandiendo el Universo. La velocidad de la expansión del Universo se mide a través de la constante de Hubble, H0, y como decíamos en el artículo anterior, ha sido motivo de largo debate desde el descubrimiento de la expansión del Universo por Edwin Hubble en la década de 1920.

Hoy en día, la controversia es entre dos formas distintas de medir H0 que dan resultados distintos. Por un lado, el equipo SH0ES (H0 y supernova para la equación de estado de energía oscura, por sus siglas en inglés) midió H0 a través de estrellas variables Cefeidas en galaxias relativamente cercanas, usando entre otras, la misma técnica que Hubble usó hace ya más de cien años. Por el otro lado, el telescopio espacial Planck observó la luz más antigua del Universo, el fondo cósmico de radiación, combinado con datos de supernovas tipo 1A y aglomeración de galaxias. Ya que ambos equipos midieron el mismo parámetro, sus resultados deberían ser iguales, pero no lo son. La Figura 1 muestra la diferencia entre ellos, que es pequeña, pero significativa.

Figura 1: Tres mediciones distintas de H0. El equipo SH0ES (azul) entrega la medición más alta de H0. La más baja es por el equipo Planck (negro). La intermedia está basada en estrellas gigantes rojas (rojo). No está claro aún cúal de estas mediciones es la correcta. (Crédito: Freedman et al. 2019)

Un misterio fugaz: ráfagas rápidas de radio

En 2007, el astrónomo Duncan Lorimer y su alumno David Narkevic descubrieron accidentalmente una señal muy extraña: una explosión de radio brillante que duró menos de 5 milisegundos. Desde entonces se han descubierto del orden de cien eventos similares, todos muy fugaces, de duración en los milisegundos. Nos referimos a ellos como ráfagas rápidas de radio (FRB por sus siglas en inglés). Al parecer, al menos algunas de estas ráfagas están relacionadas con magnetares, estrellas compactas con campos magnéticos extremadamente potentes. Algunos parecen repetirse periódicamente, otros en períodos irregulares, y otros no se repiten. Aún no sabemos su origen.

Las ráfagas son extremadamente brillantes: la energía liberada en uno de estos eventos en un milisegundo es tanto como la energía del Sol en 3 días enteros. Esto significa que pueden ser observados a enormes distancias, en galaxias lejanas, cuando el Universo era más joven.

Figura 2: Descubrimiento de la primera ráfaga, en 2007. En el eje horizontal tenemos el tiempo, en milisegundos. En el eje vertical, la frecuencia de la señal. La señal llega más tarde en las frecuencias más bajas, lo que es un indicio de que fue interrumpida por material entre la fuente y el telescopio. Aparte de la señal, se puede observar una línea horizontal negra, un artefacto artificial debido a la falla de un detector. El resto de la imagen es ruido blanco, igual que lo que ve en un televisor sintonizado a un canal donde no hay señal. (Crédito: Lorimer et al. 2007)

Ráfagas de radio y el gran debate

Los autores del artículo de hoy utilizan ráfagas rápidas de radio para estimar la constante de Hubble, H0, y así asistir en el gran debate. Su metodología consiste en identificar las galaxias huéspedes de las ráfagas, determinar la velocidad de la expansión usando las propiedades de la luz de la galaxia, calcular su distancia usando la ráfaga, y así estimar H0. Esta técnica es muy similar a la empleada por Hubble en los años 20, y no es ninguna coincidencia: el equipo SH0ES también hizo algo muy similar.

El método que usan para estimar la distancia a la ráfaga está relacionado con el material galáctico e intergaláctico entre la fuente y la Tierra. Ya que estas ráfagas vienen de galaxias ajenas a la nuestra, la señal de radio debe viajar grandes distancias a través de gas ionizado (átomos que han perdido sus electrones). Entre más electrones en el camino de la luz, más retraso hay en la señal, como si hubiera tráfico en la autopista. El retraso depende de la frecuencia de la señal, como se puede apreciar en la Figura 2. Los autores modelan la densidad de electrones en tres partes: los electrones de la galaxia huésped, los electrones entre galaxias, y aquellos de la Vía Láctea. El más incierto de los tres es el primero: no es claro cúanto material ionizado hay en estas galaxias lejanas.

De los ~100 eventos detectados hasta ahora, sólo hemos logrado identificar la galaxia huésped en 9 de ellos. Los autores usan estas 9 ráfagas y 9 galaxias para calcular la velocidad de la expansión del Universo, H0. Sus resultados están resumidos en la Figura 3.

Figura 3: Medición de H0 usando ráfagas de radio. El eje x es el valor de H0, y el eje y representa la probabilidad de ese valor de H0. Las mediciones de SH0ES y Planck son las bandas verde y azul, respectivamente. Las líneas de colores son las 9 ráfagas, y la línea negra es la combinación de las 9. La medición es incierta, y no distingue entre las mediciones de Planck y SH0ES. (Figura 1 del artículo)

Conclusiones

Los autores del artículo midieron H0 usando las 9 ráfagas de radio con galaxias huésped identificadas, y encontraron que H0 = 62.3 ± 9.1 km/s/Mpc, un número más bajo que Planck y SH0ES, y con un error demasiado grande para distinguir entre ellos dos. La fuente más grande de error es estadística: tienen muy pocas ráfagas, y la segunda fuente es la incertidumbre en la densidad de electrones en las galaxias huéspedes. Los autores estiman que esta técnica podría hacer una medición con 1% de error si tuvieran 500 ráfagas con galaxias huésped identificadas, cosa que es factible con más tiempo de observación de telescopios presentes y futuros, como CHIME, HIRAX y SKA. El debate centario continúa, pero pronto tendremos muchas más herramientas para solucionarlo.

Acerca de Felipe Maldonado

Astrofísico graduado de Florida State University, Estados Unidos. Soy Chileno. Estoy interesado en la cosmología y difusión astronómica. Escribo para Astrobitos por que quiero desmitificar la astronomía y las ciencias exactas en general. Mi hobbies incluyen el cine, anime y Gunpla.

Comentarios

Aún no hay comentarios.

Deja un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada.