La tensión en la constante de Hubble

[Alriga]

...Adam Riess y su equipo publicaron anteayer en arxiv “Un primer vistazo a las cefeidas de un anfitrión de SN Ia con JWST” A First Look at Cepheids in a SN Ia Host with JWST. Básicamente vienen a decir que este estudio preliminar de datos del Webb concluye en los mismos resultados que los estudios del Hubble, como se aprecia en la imagen:

Y que por lo tanto el JWST respalda su medida SH0ES de la constante de Hubble, en tensión con la medida del satélite Planck de Ho=67.37 +/- 0.54 (km/s)/Mpc

Notad que se trata de un estudio preliminar basado en una imagen casual del JWST obtenida para otros fines. Por ello aún debemos ser cautos y esperar a un estudio específico dedicado a las cefeidas de las galaxias NGC 1448, NGC 1559, NGC 4258, NGC 5468, NGC 5584 y NGC 5643, todas ellas anfitrionas usadas para calibrar supernovas SN-Ia, que el Webb tiene programado observar entre Febrero y Agosto de 2023.

La Mula Francis ha escrito un post sobre el tema: Las primeras cefeidas de JWST confirman a HST para la calibración de supernovas Ia en la medida de la constante de Hubble...

Nuevo artículo de Adam Riess et. al. utilizando el Telescopio Espacial Webb sobre la relación período/luminosidad de cefeidas previamente analizadas mediante el Telescopio Espacial Hubble. El resumen del artículo puede verse en esta imagen:

La pendiente de la gráfica proporcionada por ambos telescopios es prácticamente la misma, pero debido a su mayor precisión, la dispersión en las medidas del JWST (puntos rojos) es menor que la de las medidas del Hubble, puntos grises. Las mediciones del Webb han reducido drásticamente el ruido en las mediciones de Cefeidas con la observación de más de 320 de ellas y se confirma que las mediciones anteriores del Telescopio Espacial Hubble eran precisas, aunque más ruidosas.

Por lo tanto parece que la tensión en la constante de Hubble no podrá ser achacada a una mala calibración de uno de los peldaños de la escalera de distancias, en concreto el peldaño período/luminosidad de las cefeidas.

El artículo científico ha sido aprobado para publicación en The Astrophysical Journal y se puede consultar el preprint de arxiv en Crowded No More: The Accuracy of the Hubble Constant Tested with High Resolution Observations of Cepheids by JWST

Saludos.

[Alriga]

...Medida de la Constante de Hubble a partir de las imágenes de la Supernova Refsdal: Nueva medida independiente de la Constante de Hubble, esta vez a partir del retraso en la llegada de la 5ª imagen de la Supernova Refsdal

El valor obtenido $H_0=64_{-11}^{+9} \ km \ s^{-1} \ Mpc^{-1}$ es compatible con las medidas de Planck+BAO+DES.

Este es el estudio: The Hubble constant from SN Refsdal...

Un equipo de astrónomos completamente independiente del que firma ese estudio, ha analizado también ahora las 5 imágenes de la Supernova Refsdal con mayor precisión para calcular la Constante de Hubble. El artículo se ha publicado en la prestigiosa Science y dice en el abstract:


La Supernova Refsdal con lentes gravitacionales apareció en múltiples imágenes, producidas a través de lentes gravitacionales por un cúmulo masivo de galaxias en primer plano. Después de que apareciera la supernova en 2014, los modelos de lentes del cúmulo de galaxias predijeron que aparecería una imagen adicional de la supernova en 2015, que se observó posteriormente. Usamos los retrasos de tiempo entre las imágenes para realizar una medición ciega de la tasa de expansión del Universo, cuantificada por la constante de Hubble ( $H_0$ ). Usando ocho modelos de lentes de racimo, inferimos $H_0=64.8_{-4.3}^{+4.4} \ km \ s^{-1} Mpc^{-1}$
Usando los dos modelos más consistentes con las observaciones, encontramos $H_0=66.6_{-3.3} ^{+4.1} \ km \ s^{-1} \ Mpc^{-1}$ Las observaciones se reproducen mejor mediante modelos que asignan halos de materia oscura a galaxias individuales y al cúmulo en general.


Notad que los valores obtenidos están más próximos a los medidos por Planck en el CMB que a los medidos mediante Cefeidas y Supernovas SN-1A. El pre-print de arxiv del artículo es: Constraints on the Hubble constant from Supernova Refsdal's reappearance

The Astrophysical Journal publica el artículo que explica cómo han analizado las 5 imágenes de la SN Refsdal, el título es: The Magnificent Five Images of Supernova Refsdal: Time Delay and Magnification Measurements

Saludos.

PD: La Mula Francis ha escrito posteriormente sobre el tema: Podcast CB SyR 416: JUICE, Helion Energy, CNEOS en ApJ, supernova Refsdal, retrocausalidad y sistema nervioso de ctenóforos

Imagen de la web de Francis de "la tensión en la Constante de Hubble" que incluye este último estudio basado en la supernova Refsdal.

[Alriga]

Me comenta el compañero Richard R Richard la última publicación del Telescopio del Polo Sur, A Measurement of the CMB Temperature Power Spectrum and Constraints on Cosmology from the SPT-3G 2018 TT/TE/EE Data Set

Es una confirmación de que la colaboración Planck hizo bien su trabajo: el Telescopio del Polo Sur (SPT) ha observado el fondo cósmico de microondas (lo mismo que hizo Planck) y el análisis de las nuevas observaciones conduce a los mismos resultados que obtuvo Planck.

Es muy interesante como confirmación independiente de los resultados de Planck, pero no aporta nada nuevo para resolver “la tensión en la constante de Hubble” que es la discrepancia entre las medidas de $H_0$ realizadas en el CMB y las realizadas en el universo cercano.

La Mula Francis ha escrito un artículo sobre el tema: El primer resultado de SPT-3G permite estimar la constante de Hubble en 67.24 ± 0.54

Saludos.

[Jaime Rudas]

¿Sabías que además Wendy Freedman es la líder de la construcción de mi telescopio futuro favorito, el Telescopio Gigante de Magallanes (GMT)?

Wendy Freedman led the construction of the Giant Magellan Telescope, a massive earthbound observatory

No, no lo sabía y me alegra mucho, pues tengo en muy alta estima a Freedman. Sabía, sí, que es la directora de observatorios del Instituto Carnegie, o sea, tiene el puesto que ocupó Hubble en su momento.

[Alriga]

...Me gustan los artículos de Freedman y Madore (que, a propósito, son pareja)...

¿Sabías que además Wendy Freedman es la líder de la construcción de mi telescopio futuro favorito, el Telescopio Gigante de Magallanes (GMT)?

Wendy Freedman led the construction of the Giant Magellan Telescope, a massive earthbound observatory

Saludos.

[Alriga]

El pasado 13 de Agosto el telescopio espacial Webb (JWST) estaba realizando un estudio de formación estelar en 19 galaxias cercanas. El campo de una de las imágenes de una de las galaxias estudiadas, en concreto NGC-1365 en Fornax situada a 56 millones de años luz, se superpone con el campo de imágenes tomadas previamente por el telescopio espacial Hubble (HST) y otros telescopios terrestres.

(El campo de JWST está en magenta y el del HST en cian)

Dentro de las zonas comunes de los campos fotográficos hay ubicadas varia cefeidas, que el Hubble estudió en su día como peldaño de la escalera de distancias para calibrar la distancia a una Supernova Tipo SN-Ia (SN 2012fr), una de las supernovas que Adam Riess y el equipo SH0ES usaron para calcular que la constante de Hubble es Ho=73.04 +/- 1.04 (km/s)/Mpc como explica Jaime Rudas en el post anterior.

Ahora, Adam Riess y su equipo publicaron anteayer en arxiv “Un primer vistazo a las cefeidas de un anfitrión de SN Ia con JWST” A First Look at Cepheids in a SN Ia Host with JWST. Básicamente vienen a decir que este estudio preliminar de datos del Webb concluye en los mismos resultados que los estudios del Hubble, como se aprecia en la imagen:

Y que por lo tanto el JWST respalda su medida SH0ES de la constante de Hubble, en tensión con la medida del satélite Planck de Ho=67.37 +/- 0.54 (km/s)/Mpc

Notad que se trata de un estudio preliminar basado en una imagen casual del JWST obtenida para otros fines. Por ello aún debemos ser cautos y esperar a un estudio específico dedicado a las cefeidas de las galaxias NGC 1448, NGC 1559, NGC 4258, NGC 5468, NGC 5584 y NGC 5643, todas ellas anfitrionas usadas para calibrar supernovas SN-Ia, que el Webb tiene programado observar entre Febrero y Agosto de 2023.

La Mula Francis ha escrito un post sobre el tema: Las primeras cefeidas de JWST confirman a HST para la calibración de supernovas Ia en la medida de la constante de Hubble

Saludos.

[Alriga]

Los mismos autores del estudio de Energia Oscura Temprana (EDE) comentado aquí, han publicado ahora Hints of Early Dark Energy in Planck, SPT, and ACT data: new physics or systematics?. Este estudio lo comenta Francis en Podcast CB SyR 357: ISS; ITER; Exoluna; Energía Oscura Temprana; Agujero Negro. Explica que todavía hay poca significación estadística a favor de la EDE, apenas 2 sigmas.
Saludos.

[Jaime Rudas]

Por la última entrada del bolg de Francis me entero de un nuevo artículo de Adam Riess y otros sobre este tema donde se aumenta significativamente la precisión de la medición «local» de la constante de Hubble $H_0$, la cual estiman en 73,04 ± 1,04 km/s/Mpc. Esta precisión se logra, en gran medida, gracias a la calibración de la constante de Leavitt utilizando los paralajes de cefeidas medidos por Gaia EDR3, con lo que se aumenta la precisión de la escalera de distancias.
Tal como lo advierte Francis, «Cada vez resulta más difícil sostener la sospecha de que el problema tiene su origen en errores sistemáticos en la escalera de distancias», lo que, por otra parte, demuestra que no siempre Francis es renuente a cambiar de opinión, pues en varias de sus entradas, había sostenido que la medición local adolecía de errores sistemáticos. Por ejemplo, en esta entrada, afirmaba: «... yo mismo siempre repitiendo hasta la saciedad de que hay errores sistemáticos en la escalera de distancias»

[Alriga]

Ja, ja,... sí, traduje "New analysis by UChicago astronomer finds agreement with ..." sin pensar, lo cambio

[Jaime Rudas]

"Nuevo análisis realizado por un astrónomo de la Universidad de Chicago..."
Por una astrónoma.

[Alriga]

Nueva medida de la Constante de Hubble dirigido por Wendy Freedman del Departamento de Astronomía y Astrofísica de la Universidad de Chicago. Usa Supernovas Tipo Ia pero sustituye las Cefeidas por TRGB (Tip of the Red Giant Branch) ... El resultado que han obtenido es $\boldsymbol{H_0=69.8} \pm 0.8$ (km/s)/Mpc que se sitúa a medio camino entre Planck y Cefeidas...

Wendy Freedman ha publicado hace un par de semanas un nuevo artículo en el que "calibra" el método TRGB con muchos más datos y mayor precisión y se reafirma en un valor para la constante de Hubble de $\boldsymbol{H_0=69.8 \pm 0.6 \ (stat) \pm 1.6 \ (sys)}$

Leo en el Summary de su trabajo:

En la actualidad, el método TRGB y el de las Cefeidas proporcionan la mayor base (estadísticamente robusta) y más fuerte (probada sistemáticamente) de determinaciones de distancia para la calibración de H0 en el universo local. Juntos proporcionan una comprobación de la sistemática general. Hay evidencia que una comparación de cada método para las galaxias más cercanas (es decir, en un radio de 7 Mpc) coincide tanto en el punto cero como en la dispersión con una precisión superior al 2%. Sin embargo, estas mismas dos escalas de distancia divergen a distancias mayores.

Es importante entender el origen de esta divergencia y determinar si su resolución reforzará o debilitará la necesidad de física adicional. El hecho de que cualquier galaxia deba tener una distancia única significa que los errores sistemáticos en una o ambas estimaciones actuales deben ser la causa de la divergencia. Por el momento, se desconoce el resultado: no se han encontrado pruebas claras de efectos sistemáticos destacados en las distancias del TRGB o de las cefeidas. Sin embargo, hay que tener en cuenta que los efectos de aglomeración/mezcla no son un problema para el TRGB, que las múltiples determinaciones geométricas del punto cero muestran consistencia al nivel del 1%, y que los efectos de la metalicidad se entienden mejor desde la teoría, y son más fáciles de abordar empíricamente, para TRGB que para las cefeidas. Por último, una serie de estudios en curso sobre las TRGB y las cefeidas, junto con el próximo lanzamiento del JWST, además de las mejoras en de los puntos cero de Gaia en futuras versiones, son prometedores para una mejora significativa que permitan resolver las discrepancias actuales en los próximos años.

El paper es: Measurements of the Hubble Constant: Tensions in Perspective. Interesante también el artículo de divulgación sobre el tema titulado "Después de todo, puede que no haya un conflicto en el debate del universo en expansión" en donde leo:

Nuevo análisis realizado por una astrónoma de la Universidad de Chicago encuentra acuerdo con el modelo estándar en la actual tensión de la constante de Hubble. Nuestro universo se está expandiendo, pero nuestras dos formas principales de medir qué tan rápido está sucediendo esta expansión han dado como resultado diferentes respuestas. Durante la última década, los astrofísicos se han dividido gradualmente en dos campos: uno que cree que la diferencia es significativa y otro que piensa que podría deberse a errores en la medición.

Si resulta que la causa del desajuste son los errores, eso confirmaría nuestro modelo básico de cómo funciona el universo. La otra posibilidad presenta el cabo de un hilo que, cuando se tira de él, sugeriría que se necesita de nueva física fundamental desconocida para volver a coserlo. Durante varios años, cada nueva observación de los telescopios ha hecho oscilar el argumento de un lado a otro, dando lugar a lo que se ha llamado la "Tensión en la Constante de Hubble".

Wendy Freedman, una reconocida astrónoma y profesora de astronomía y astrofísica de la Universidad John y Marion Sullivan en la Universidad de Chicago, realizó algunas mediciones originales de la tasa de expansión del universo y en un nuevo artículo de revisión aceptado en Astrophysical Journal, Freedman ofrece una descripción general de esas observaciones más recientes. Su conclusión: las últimas observaciones están comenzando a cerrar la brecha. Es decir, puede que no haya un conflicto después de todo, y nuestro modelo estándar del universo no necesita ser modificado significativamente.

El resto de ese interesante artículo lo encontraréis en la web de la Universidad de Chicago: There may not be a conflict after all in expanding universe debate

Por otro lado, también se ha publicado recientemente (Mayo 2021) otro interesante artículo de Mortsell, Goobar, Johansson y Dhawanque que duda si se están utilizando las cefeidas correctamente, dice en el abstract:

Motivados por la gran diversidad observada en las propiedades de la extinción extragaláctica por polvo, reanalizamos la calibración de las Cefeidas utilizada para inferir el valor local de la constante de Hubble, Ho, a partir de las supernovas de Tipo Ia.

A diferencia del equipo de SH0ES, no aplicamos una relación universal de color-luminosidad para corregir las magnitudes de las Cefeidas en el infrarrojo cercano. En su lugar, nos centramos en un método basado en los datos, en el que los colores medidos de las Cefeidas se utilizan para derivar una relación color-luminosidad para cada galaxia individualmente.

Presentamos dos análisis diferentes, uno basado en las magnitudes de Wesenheit, una práctica común en el campo que intenta combinar las correcciones tanto de la extinción como de las variaciones en los colores intrínsecos, dando como resultado Ho=66,9±2,5 km/s/Mpc, de acuerdo con el valor de Planck.

En el segundo enfoque, calibramos utilizando excesos de color con respecto a los colores intrínsecos medios derivados, dando como resultado Ho=71,8±1,6 km/s/Mpc, una tensión de 2,7σ con el valor inferido del fondo cósmico de microondas.

Por lo tanto, argumentamos que las incertidumbres sistemáticas relacionadas con la elección del método de calibración color-luminosidad de las cefeidas nos impiden actualmente medir Ho con la precisión necesaria para afirmar una tensión sustancial con los datos de Planck

El paper es The Hubble Tension Bites the Dust: Sensitivity of the Hubble Constant Determination to Cepheid Color Calibration

Saludos.

[Jaime Rudas]

¡Gracias, Alriga! Los tres documentos están buenísimos: directo a la carpeta "Documentos que hay que leer con mucho detenimiento"

[Alriga]

... lo importante del instrumento es que es capaz de obtener el espectro de 5000 objetos diferentes simultáneamente. ¡Muy interesante! ... Sin embargo, no entiendo cómo, con los solos espectros, se pueda deducir la distancia,

No lo sé exactamente, aunque creo que sí conceptualmente. Entiendo que si tenemos millones de redshifts de galaxias medidos con gran precisión:

1. Se puede lograr un gran ajuste estadístico para las Oscilaciones Acústicas de Bariones (BAO) observadas, y comparando con las teóricas para diferentes parámetros de la expansión, (ecuación de estado de la energía oscura w, constante de Hubble Ho y ratios de densidad $\Omega$s) se pueden obtener éstos con precisión. Mirad BAO with DESI (Palanque-Delabrouille, Nathalie), observad que permite descargar el pdf.

2. Se pueden estudiar las Redshift Space Distortions (RSD) observadas, para ajustes finos del modelo, mira Unraveling the Universe with DESI

Hay una breve introducción a nivel divulgación en español en Ciencia con DESI

Saludos.

[Jaime Rudas]

[...] DESI observará un tercio del cielo con el objetivo de mapear la distancia entre la Tierra y 35 millones de galaxias, más otros 2,4 millones de cuásares.

El instrumento está diseñado para explorar el misterio de la energía oscura, [...]

Según entendí, lo importante del instrumento es que es capaz de obtener el espectro de 5000 objetos diferentes simultáneamente. ¡Muy interesante!
Sin embargo, no entiendo cómo, con los solos espectros, se pueda deducir la distancia, a menos que se asuma algún régimen de expansión. Si es así, tampoco me queda clara la información que se obtiene de la energía oscura.

Saludos

[Alriga]

Una muy buena noticia, el Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), un espectrógrafo instalado en el telescopio Mayall de 4 metros de primario del Kitt Peak National Observatory ha finalizado su período de pruebas de 4 meses, y ayer 17/05/2021 empezó sus operaciones de ciencia de 5 años de duración en el que DESI observará un tercio del cielo con el objetivo de mapear la distancia entre la Tierra y 35 millones de galaxias, más otros 2,4 millones de cuásares.

El instrumento está diseñado para explorar el misterio de la energía oscura, que constituye aproximadamente el 68% del universo y que es responsable de su expansión acelerada. DESI nos permitirá ver unas diez veces más galaxias que cartografiados anteriores, lo que facilitará el estudio de la evolución del universo desde hace 11 mil millones de años hasta la actualidad, para crear el mapa tridimensional más detallado del universo hecho hasta la fecha. El telescopio recoge luz, y DESI realiza espectros de galaxias y quásares, lo que permite medir su velocidad de recesión.

DESI puede detectar simultáneamente luz de 5000 objetos diferentes y obtener sus espectros en sólo 20 minutos. A medida que el telescopio se mueve un conjunto de fibras ópticas se alinean para recoger la luz de las galaxias reflejadas en el espejo del telescopio. Desde allí, la luz se conduce a un banco de espectrógrafos y cámaras CCD para su posterior procesamiento y estudio. En una buena noche, DESI puede registrar espectros de unos 150.000 objetos.

El espejo primario del instrumento, de 4 metros de diámetro, y el conjunto de lentes correctoras, de cerca de un metro de diámetro cada una, proporcionan a DESI un gran campo de visión. El plano focal del instrumento está compuesto por 10 pétalos en forma de cuña, cada uno de los cuales contiene 500 posicionadores robóticos y una pequeña cámara que permite enfocar, alinear y apuntar el telescopio para recoger la luz de las galaxias de forma óptima. Los pequeños robots posicionadores, que sostienen cada una de las 5000 fibras ópticas que recogen la luz, sirven como los ojos de DESI.

DESI es capaz, en tan solo 10 segundos, de reposicionar automáticamente todas las fibras ópticas y enfocar un nuevo conjunto de galaxias. Gracias a esta velocidad podrá mapear más de 20 veces más objetos cósmicos que cualquier instrumento anterior.

La noticia en castellano aparece en la web del CSIC: El telescopio DESI comienza a tomar datos para revelar las claves de la energía oscura

Vídeo con subtítulos en castellano:

Saludos.