La tensión en la constante de Hubble

[Alriga]

En 1998 se inició Sloan Digital Sky Survey (SDSS) un programa de observación para hacer un mapa 3D de las galaxias del universo, desde las cercanas hasta las que había hace 11 mil millones de años. Ahora publica la 4ª entrega de resultados.

Los nuevos resultados provienen del extended Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (eBOSS), una colaboración internacional de más de 100 astrofísicos que es uno de los estudios que componen el SDSS. En el corazón de los nuevos resultados se encuentran mediciones detalladas de más de dos millones de galaxias y cuásares que cubren los últimos 11 mil millones de años de tiempo cósmico, (hasta objetos cuya distancia actual es de 19 mil millones de años luz) "Conocemos bastante bien la historia antigua del Universo y su reciente historia de expansión, pero hay una brecha problemática en el medio de 11 mil millones de años", dice el cosmólogo Kyle Dawson de la Universidad de Utah, quien lidera el equipo que ha anunciado los resultados. "Durante cinco años, hemos trabajado para llenar ese vacío, y estamos utilizando esa información para proporcionar algunos de los avances más importantes en cosmología en la última década".

La imagen esquemática adjunta refleja la profundidad observada en Giga-años de tiempo-luz (los 2 sectores en los que no hay observaciones, es porque en ellos está el plano de la Vía Láctea que no es posible “atravesar”)

En cuanto a los datos, nunca antes habíamos tenido algo así. En los 2 mil millones de años más recientes, tenemos luz de galaxias cercanas, mapeadas durante la primera década del Sloan Digital Sky Survey (1998-2008). Más allá de eso, tenemos antiguas galaxias rojas que nos llevaron de 2 a 7 mil millones de años en el pasado. Más allá de eso, hay galaxias azules jóvenes desde hace 6 a 8 mil millones de años, con cuásares que se extienden desde hace aproximadamente 7 mil millones de años hasta hace 11 mil millones de años. Incluso más allá de eso, desde hace 11 mil millones de años hasta hace poco más de 12 mil millones de años, tenemos una muestra de galaxias que emite luz desde sus átomos de hidrógeno, lo que nos lleva a tiempos más tempranos que nunca en lo que respecta a la formación de estructuras.

Tomados en conjunto, los análisis detallados del mapa eBOSS y los experimentos SDSS anteriores, ahora han proporcionado las mediciones del historial de expansión más precisas en el rango más amplio de la historia del tiempo cósmico. Estos estudios nos permiten conectar todas estas mediciones en una historia completa de la expansión del Universo. Resultados relevantes:

• La energía oscura es altamente consistente con la constante cosmológica de Einstein: no hay evidencia de que evolucione con el tiempo o varíe a través del espacio. Su densidad de energía se mantiene constante en el tiempo.
• El Universo es increíblemente plano espacialmente: la desviación permitida por las medidas de su curvatura máxima es menor que el 0.2% de la densidad crítica.
• No han visto una huella de neutrinos en la estructura a gran escala del Universo, lo que limita su masa total (la combinada de electrónicos, muónicos y tau) a menos de 0.111 eV ( $\Sigma m_{\nu} < 0.111$ eV )
• Encuentran un universo que tiene un 70% de energía oscura y un 30% de materia total (materia normal y materia oscura combinadas), con una incertidumbre del orden de tan solo ~ 1% en ambas cifras.
• En ese 30% de materia, 25 corresponde a materia oscura y 5 a materia bariónica.
• Y miden la constante de Hubble. Recordad que según el CMB se obtiene Ho=66-68 (km/s)/Mpc y según la escalera de distancias Ho=72-75 (km/s)/Mpc. Sin utilizar ninguno de esos dos conjuntos de datos, obtienen Ho=68.2 +/- 0.81 (km/s)/Mpc muy cercano al valor cosmológico del fondo cósmico de microondas.

SDSS ha publicado decenas de papers con resultados, la actual remesa es la IV y se llama Data Release 16 (DR16), yo he consultado The Completed SDSS-IV extended Baryon Oscillation Spectroscopic Survey: Cosmological Implications from two Decades of Spectroscopic Surveys at the Apache Point observatory y en la página web de SDSS No need to Mind the Gap: Astrophysicists fill in 11 billion years of our universe’s expansion history (No hay que preocuparse por la brecha: los astrofísicos completan 11 mil millones de años de la historia de expansión de nuestro universo)

Saludos.

ACTUALIZADO 22/07/2020. Hoy, La Mula Francis ha escrito un post sobre el tema La constante de Hubble estimada por eBOSS (SDSS-IV) es H0 = 68.20 ± 0.81 km/s/Mpc

[Alriga]

En esta entrada del 9 de febrero del 2017, comentaba Francisco Villatoro la entrega V de la colaboración H0LiCOW:

Hace unos días, H0LiCOW publicó su entrega XIII donde obtiene un valor para la constante de Hubble de 73,3 km/s/Mpc con una precisión del 2,4%, lo que la acerca aún más a la medida por la escalera de distancias y la aleja de la de Planck.

STRIDES (STRong-lensing Insights into Dark Energy Survey) usa el mismo método que H0LiCOW (Ho Lenses in COSMOGRAIL’s Wellspringy), las lentes gravitacionales medidas en el Universo cercano, para estimar la constante de Hubble.

Vi hace unos 8 meses que en STRIDES: a 3.9 per cent measurement of the Hubble constant from the strong lens system DES J0408-5354 obtienen el valor Ho=74.2 +2.7/-3.0 (km/s)/Mpc en concordancia con H0LiCOW, con la escalera de distancias y en tensión con el valor cosmológico.

Hoy gracias a un comentario en el blog de La Mula Francis he visto el estudio TDCOSMO IV: Hierarchical time-delay cosmography -- joint inference of the Hubble constant and galaxy density profiles en el que dicen que si se usa un perfil de masa de las galaxias lente diferente al que han usado H0LiCOW y STRIDES, se obtiene un valor de Ho=67.4 +4.1/-3.2 (km/s)/Mpc en concordancia con el valor cosmológico y en tensión con el de la escalera de distancias.

Es una buena noticia que haya tantos grupos de cosmólogos atacando la "tensión" con diferentes métodos experimentales, mientras intentan resolver la discrepancia, lo que es seguro es que se va incrementando el conocimiento en diferentes áreas de la Astronomía.

Saludos.

ACTUALIZADO 10/07/2020. Posterirmente, la Mula Francis ha escrito un post sobre el tema: TDCOSMO estima la constante de Hubble usando lentes gravitacionales débiles en 67.4 km/s/Mpc

[Alriga]

... ¿Es realmente mayor la aceleración de la expansión medida por escalera de distancias que la medida por fondo cósmico? ...

Depende de como se resuelva la discrepancia. Si ambas medidas considerasen correcto el modelo LambdaCDM la aceleración del factor de escala es:

$\ddot a=H_0^2 \ \left (\Omega_{\Lambda_0} a-\dfrac 1 2 \Omega_{M_0} a^{-2}-\Omega_{R_0} a^{-3}\right )$

Se ve en la expresión, que si se aceptan iguales valores de las omegas actuales, mayor $\boldsymbol{H_0}$ causa mayor $\boldsymbol{| \ddot a |}$

Saludos.

[Jaime Rudas]

Hola, Alriga: muy interesante el artículo y muy acertado tu comentario en cuanto a que no se tiene en consideración, para nada, un universo cíclico en el artículo.

Me intriga, sí, esta afirmación tuya:

1. Las medidas cosmológicas del fondo cósmico de microondas proporcionan pruebas de expansión acelerada del Universo con constante de Hubble Ho=68 (km/s)/Mpc
2. Las medidas mediante la escalera de distancias del universo cercano proporcionan pruebas de expansión más acelerada todavía, con Ho=74 (km/s)/Mpc.

¿Es realmente mayor la aceleración de la expansión medida por escalera de distancias que la medida por fondo cósmico?

[Alriga]

Comparto para el "archivo del hilo" el paper Relieving the Hubble tension with primordial magnetic fields (Jedamzik, Pogosian) en el que (sin haber profundizado en la lectura) creo entender que los autores defienden la hipótesis de que un campo magnético primordial podía haber agrupado bariones antes del desacoplamiento, y que gracias a ello se puede conciliar la medida del CMB-Planck de Ho ~ 68 (km/s)/Mpc con la medida mediante la escalera de distancias Ho ~ 74 (km/s)/Mpc en un valor conjunto de Ho ~ 71 (km/s)/Mpc.

En un comentario en su blog Francis Villatoro dice que "... la idea me parece muy buena, pero requiere observar dichos campos magnéticos primordiales en la escala de 0.01 picoTesla. Podrá hacerlo PICO si se aprueba y se lanza en los 2030s; así que habrá que esperar a 2035 como mínimo. PIXIE y LIteBIRD solo alcanzarán 0.1 pT y también se esperan para los 2030s. Así que es una buena idea para resolver el problema entre 2035 y 2040. Yo espero que el problema se resuelva mucho antes… y sin campos magnéticos primordiales que como pronto se podrán observar en los 2030s..."

Yo también Saludos.

[Alriga]

Se acaba de publicar un estudio sobre la medición de la constante de Hubble mediante la escalera de distancias y cuyo resultado (Ho = 69±2 km/s/Mpc) es compatible con el de la Colaboración Planck.
Recordemos que uno de los primeros escalones de la escalera de distancias es la determinación de los parámetros de la Ley de Leavitt a través de la medición del paralaje de las cefeidas cercanas. Según entendí, en el artículo explican que la medición del paralaje de las cefeidas (y, en general, de las estrellas variables) se ve muy afectada por lo que llaman el efecto cromático de la función de dispersión de punto; por lo que proponen establecer la distancia a las cefeidas, no a través de la medición de su propio paralaje, sino a través del paralaje de una estrella compañera que no sea variable. Para lo anterior, han utilizado 28 compañeras de cefeidas cuyo paralaje fue medido por Gaia y, con esto, calibran la Ley de Leavitt, con lo que obtienen el resultado indicado.

Acabo de notar que, con respecto al artículo, Francis te responde lo siguiente:

Albert, el artículo ha sido retirado de arXiv por los propios autores: el pdf de la versión 1 de “The Leavitt law of Milky Way Cepheids from Gaia DR2 static companion parallaxes” https://arxiv.org/abs/1910.04694v1 ha sido sustituido en la versión 2 por un fichero de texto que solo contiene el texto “%auto-ignore” https://arxiv.org/abs/1910.04694v2

Veo que 8 meses después de que anunciasen “versión v2 ongoing modifications” han publicado por fin la versión v3 del artículo, con el título modificado, “The Milky Way Cepheid Leavitt law based on Gaia DR2 parallaxes of companion stars and host open clusters populations”, y con otro número de referencia de arxiv y diferentes autores, (aparece el ínclito Adam Riess y un colaborador suyo y desaparecen 3 de los primitivos autores) este es el enlace

Se desdicen del valor de Ho que habían publicado inicialmente en la versión v1 del artículo, que era de 69+/-2 (km/s)/Mpc, y dan un nuevo valor de Ho=73.07+/-1.75 (km/s)/Mpc, más cercano al de la escalera de distancias. Sobre el nuevo artículo dice La Mula Francis:

«Héctor nos introduce la polémica del día, un artículo sobre la escalera de distancias que apareció en arXiv, fue retirado por sus autores, pero ha vuelto a aparecer con otro código, con dos autores nuevos y sin tres de los primeros autores. La idea es usar los datos de Gaia DR2 para reestimar la ley de Leavitt para la relación entre la variación de luminosidad de las cefeidas y su distancia. Este estudio estima la constante de Hubble; la primer versión estimaba H0 = 68.43, apoyando la medida cosmológica, mientras que la nueva versión estima H0 = 73.51, compatible con las medidas de Riess y sus colegas (él es uno de los nuevos autores)» Podcast CB SyR 273: XENON1T, gravitondas, Tierra helada y controversias cosmológicas

… Observa que el que vuelve a decir eso otra vez ahí, es el mismo de siempre: Adam Riess (y su equipo). Apareció por primera vez en el hilo en este post afirmando "Fresh Evidence for New Physics in the Universe" reapareció en este otro post afirmando "The so-called “tension” implies that there could be new physics underlying the foundations of the universe" y se reafirma en tu enlace: "Because cosmological models suggest that observed values of the expansion of the Universe should be the same as those determined from the Cosmic Microwave Background, new physics may be needed to explain the disparity"
Y lo recalca cada vez que puede, supongo que es por si finalmente aparece esa "nueva Física", (que él no es capaz de generar), pueda al menos decir "yo ya os lo dije" y así optar por lo menos otro 1/4 de Premio Nobel como el que ya tiene...

Sobre este tema no os perdáis la conversación del vídeo, vale la pena aguantar hasta el final y son solo 20 minutos, la encontraréis desde 2:23:45 hasta 2:45:05

Si el vídeo desaparece, el sonido del podcast está en Ep273: Exceso en XENON1T; Gravitondas; Controversias Cosmológicas; Oxígeno y Tierra Helada; a partir de 137:40

Saludos.

[Alriga]

... He visto el articulo original, y obtienen la constante de Hubble a partir de (sólo) 6 galaxias, relativamente cercanas (z<0.03). Quizás la relevancia de este trabajo pueda ser más para validar otras escalas de distancias, que permitan incluir muchas más galaxias en el calculo de H, en lugar de extraer H a partir de sólo 6 casos ...

Sí así es, en la propia web del Proyecto MegaMASER lo dicen "... El trabajo en galaxias adicionales está en progreso, y esperamos una ligera mejora en las incertidumbres sobre la medición de Ho cuando el proyecto se complete alrededor de la primavera de 2021..."

De todas maneras, parece que cada vez que alguien mide el universo cercano, sea por el método que sea, (megamasers, lentes gravitacionales, cefeidas,...), con más precisión o con menos, el valor central de Ho se va más hacia los 73 (km/s)/Mpc que hacia los 68 (km/s)/Mpc deducidos del universo temprano.

Y ya empieza a andar medio mundo con la mosca detrás de la oreja.

Saludos.

[carroza]

Hola.

Gracais, Alriga, por un interesante enlace.

He visto el articulo original, y obtienen la constante de Hubble a partir de (sólo) 6 galaxias, relativamente cercanas (z<0.03). Quizás la relevancia de este trabajo pueda ser más para validar otras escalas de distancias, que permitan incluir muchas más galaxias en el calculo de H, en lugar de extraer H a partir de sólo 6 casos.

Un saludo

[Alriga]

Cálculo de la Constante de Hubble mediante observación de MegaMasers.

Una nueva medida de la constante de Hubble en el universo cercano d < 431 millones de años luz (z<0.03) con un método completamente independiente de la escalera de distancias y del CMB, proporciona Ho = 73.9 +/- 3.0 (km/s)/Mpc en tensión con los resultados de Planck.

El Megamaser Cosmology Project se enfoca en galaxias con discos de gas molecular que contienen agua que orbita agujeros negros supermasivos en los centros de las galaxias. Si el disco en órbita se ve casi de canto desde la Tierra, se pueden usar puntos brillantes de emisión de radio, llamados MASER, análogos de radio a los LASER de luz visible, para determinar tanto el tamaño físico del disco como su diámetro angular y por lo tanto, a través de la geometría, su distancia. El equipo del proyecto utiliza la red mundial de radiotelescopios para realizar las mediciones de precisión necesarias para esta técnica.

En su último trabajo, el equipo refinó sus mediciones de distancia a cuatro galaxias a distancias que van desde 168 millones de años luz a 431 millones de años luz. En combinación con mediciones de distancia anteriores de otras dos galaxias, sus cálculos arrojan un valor para la Constante de Hubble de 73.9 kilómetros por segundo por megaparsec.

El estudio, publicado en Astrophysical Journal Letters es The Megamaser Cosmology Project. XIII. Combined Hubble constant constraints. Aquí información adicional sobre The Megamaser Cosmology Project (MCP)

Se van acumulando los indicios que parecen indicar que realmente el modelo ΛCDM concordante es incompleto.

Saludos.

[Alriga]

De los estudios realizados por el satélite Planck del fondo cósmico de microondas, las hipótesis de homogeneidad e isotropía del Universo salieron reforzadas como explicábamos en el hilo Los últimos análisis del Fondo Cósmico de Microondas refuerzan la hipótesis de Isotropía del Universo

Hoy leo que se ha publicado un estudio basado en observaciones de rayos X de los satélites XMM-Newton, Chandra y Rosat que podrían apuntar a anisotropías en el universo local.

Básicamente entiendo que han estudiado 842 cúmulos de galaxias distribuidos bastante uniformemente por todas las direcciones del espacio. Han utilizado mediciones de temperatura en rayos X del gas muy caliente que impregna los cúmulos y los han comparado con el brillo que muestran en el firmamento. La premisa es que los cúmulos con la misma temperatura y situados a distancia similar deberían tener un brillo parecido, pero resulta que no es eso lo que han observado. Ha visto que cúmulos con similares propiedades y temperaturas parecen menos brillantes de lo esperado en una dirección y más brillantes en otra. Afirman que la diferencia es significativa, de alrededor del 30 % y que presentan un patrón claro dependiendo de la dirección en que se observa el universo. Aunque la expansión era isótropa en los tiempos del universo joven del desacoplamiento como probó el telescopio Planck, ¿tal vez a partir de cierto momento de la vida del universo la expansión dejó de ser isótropa?

Naturalmente, todo esto hay que cogerlo todavía con pinzas, hay que hacer más y mejores muestreos, estudiar posibles errores sistemáticos,... aunque imagino que empezarán a florecer titulares sensacionalistas del tipo "Se descubre que la expansión del universo no es uniforme" o similares.

El artículo científico es: Probing cosmic isotropy with a new X-ray galaxy cluster sample through the LX–T scaling relation

Saludos.

[Richard R Richard]

Gracias por la explicación!,Entiendo que de lo que citas nunca se ha podido asegurar con 5 sigmas que se traten de inhomogeneidades.

Lo que intento manifestar es que esta teoría de Lombricer, me da un dejo a lo que en otras épocas fue la teoría heliocéntrica geocéntrica...

El universo esta hecho de "hormigon" justo nosotros vivimos dentro de una piedra de "leca"
El universo en general tiene densidades uniformes justo nosotros vivimos dentro de una zona menos densa...


No digo que no pueda ser cierto, pero hay que medir mejor localmente, para probarlo y de ser posible también localmente una burbuja vecina, con el mismo método. Es una obviedad la carencia tecnológica, para lograrlo, pero mucho no entiendo en porque no se centran en elegir un método que pueda zanjar la discusión, en vez de seguir jugando a ver quien la tiene mas grande... o bien la razón o el ego digo.

[carroza]

Hola.

Me refería a las estructuras observadas a gran escala en el universo, https://en.wikipedia.org/wiki/Observ...cale_structure como el "giant void", o el "great wall". Cito:

In 1987, Robert Brent Tully identified the Pisces–Cetus Supercluster Complex, the galaxy filament in which the Milky Way resides. It is about 1 billion light-years across. That same year, an unusually large region with a much lower than average distribution of galaxies was discovered, the Giant Void, which measures 1.3 billion light-years across. Based on redshift survey data, in 1989 Margaret Geller and John Huchra discovered the "Great Wall",^[55] a sheet of galaxies more than 500 million light-years long and 200 million light-years wide, but only 15 million light-years thick.

Estas estructuras observadas tienen escalas de centenares a miles de millones años luz, por lo que no parece descabellada la hipotesis de Lombricer de una burbuja de 260 millones de años luz.

Un saludo

[Alriga]

... Y hoy he visto otro estudio reciente, (Lucas Lombriser) que vuelve a decir que sí: Consistency of the local Hubble constant with the cosmic microwave background

Lombriser calcula en su estudio que si vivimos en una “burbuja” de 260 millones de años luz de diámetro (40 Mpc de radio) en la cual la densidad es un 50% inferior a la densidad media del universo, como las cefeidas y las supernovas Ia más cercanas que “calibran” la escalera de distancias están en ese volumen, el cálculo de la constante de Hubble está sesgado y por eso se obtiene Ho=74 (km/s)/Mpc en vez de los Ho=67 (km/s)/Mpc medidos en el CMB ...

Hoy La Mula Francis comenta el tema, dice

"... se ha propuesto una nueva solución al problema de la constante de Hubble. Se propone como hipótesis que nos encontramos en un vacío de unos 40 Mpc con una densidad aproximada del 50% de la del resto del universo. Te recuerdo que nuestro supercúmulo local Laniakea tiene un diámetro de unos 77 Mpc. Los mapas de galaxias contradicen la existencia de un vacío con las características del artículo. Que esta bella propuesta contradiga los datos que tenemos de nuestro universo no quita que sea un trabajo teórico muy interesante, cuya lectura recomiendo a los jóvenes físicos ..."

Fuente: Podcast CB SyR 258: coronavirus, Dryas reciente, anomalía de KOTO, vacío cósmico y más noticias

Saludos.

[Richard R Richard]

Si carroza, las burbujas de 260MAL entran dentro de un universo de 96400MAL solo linealmente unas 370 burbujas es decir podemos inferir que todo el universo tendría 15 M de burbujas y justo la nuestra difiere del 50 % en la densidad que la media global, y que esto seria normal para el 5 al 20% de las burbujas totales , imagino entonces que otro 5 al 20% tendrá 150% veces la densidad media.. no se que tan homogéneo es eso... a eso me refiero hay regiones del universo con densidad 3 veces superior a esta burbuja???.eso es lo que debe probar.. podrá?

En un universo de la densidad del titanio tendriamos mezcladas "esferas" 5-20% de alumino y otro 5-20% de "bolas" de zinc... no lo hubiéramos detectado antes?estas "regiones", "sectores" , "angulo solido" o lo que fuera como objeto de estudio.
Cuantos pixeles tiene la imagen del CMB no tiene acaso mas que la cantidad de burbujas, dicha variación la hubiéramos notado, por mas aleatoria que sea, alguna región estadisticamente, debería ser mas densa que otras , para ver si hay alguna heterogeneidad se mira la polarización de esos fotones, no si estos vienen mas o menos corridos al rojo , se entiende la analogía ?

[carroza]

Hola.

Sin bucear en la bibliografía amplia que proporciona Alriga, entiendo, por la info de Alriga, que Lombricer no propone que haya que abandonar la hipotesis de homogeneidad. De hecho, esa homogeneidad es a gran escala, y gran escala es mayor que 40 Mpc. De hecho, entiendo que evalúa la probabilidad de que, en un universo homogeneo a gran escala, se encuentre una fluctuación del 50 % en una escala de 40 Mpc, y encientra que esta probabilidad está entre el 5% y el 20%.

Un saludo