La tensión en la constante de Hubble

[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]

...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]

La “Supernova H0pe” (Esperanza H sub 0) ha sido descubierta por el JWST. Se trata de un juego de palabras, “hope” en inglés es “esperanza” y $\boldsymbol{H_0}$ es como se le denomina a la Constante de Hubble. Como recordaréis, $H_0$ es el parámetro que nos dice a qué ritmo se expande actualmente el universo. Lo hemos deducido de 2 maneras, a partir del universo lejano, medidas del fondo cósmico de microondas+oscilaciones acústicas de bariones, obteniendo un resultado de $H_0 \simeq 67 \ (km/s)/Mpc$. Y lo hemos deducido a partir de medidas del universo cercano mediante la escalera de distancias, obteniendo $H_0 \simeq 73 \ (km/s)/Mpc$. Los cosmólogos están convencidos de que, o bien una de las 2 medidas no es correcta debido a errores sistemáticos desconocidos, o bien el modelo ΛCDM es incompleto. Ahora creen que la “Supenova H0pe” podría ayudar a resolver el misterio.

Los descubrimientos que está realizando el telescopio espacial Webb están empezando a ser realmente asombrosos, observad la increíble imagen que sigue:

Hay un cúmulo de galaxias en primer plano, que es el que actúa como lente gravitacional y que es bastante grande. Es conocido como cúmulo de galaxias PLCK G165.7+67.0 (G165 abreviado) y tiene una masa total de unos cientos de veces la masa de la Vía Láctea. Este cúmulo en primer plano, G165, se sitúa a 4630 millones de años luz de distancia (z=0.35) y contiene dos "grumos" principales de masa cerca del centro del núcleo del cúmulo, con varios otros grupos de galaxias ubicados también dentro del cúmulo mayor.

Al lado del “grumo” más grande (que es el de la izquierda), y a su derecha (en amarillo) se observa el que han llamado Arco-2 que en realidad está constituido de tres imágenes separadas, todas mezcladas, de una galaxia de fondo que está mucho más lejos, a unos 16200 millones de años luz de nosotros (z=1.78). Es esa galaxia Arco 2, la que alberga la imagen por triplicado de la supernova de tipo Ia, imágenes marcadas con rótulo blanco SN 2a, SN 2b y SN 2c. Se realizaron tres rondas de observaciones de este objeto:

• 1ª ronda el 30 de marzo de 2023, que usó 8 filtros NIRCam diferentes.
• 2ª ronda el 22 de abril de 2023, que usó 6 filtros NIRCam diferentes.
• 3ª ronda el 9 de mayo de 2023, que usó esos mismos 6 filtros NIRCam.

Además, resulta que en todo el campo se han encontrado 21 objetos notables que exhiben multiplicidad de imágenes, lo que significa que hay múltiples imágenes disponibles de al menos 21 objetos de fondo con lentes gravitacionales en este campo de visión: eso significa que se podrá cuantificar muy bien la distribución espacial de masa del cúmulo cercano que actúa como lente, lo que proporcionará precisión en los cálculos. Por ello, los cosmólogos creen que SN H0pe ofrece una oportunidad única para determinar la constante de Hubble (H0) midiendo los retrasos de tiempo entre sus múltiples imágenes.

Y todavía más, junto a la galaxia Arc-2 hay 6 galaxias jóvenes lejanas más en las que se están formando estrellas y en las que pueden aparecer supernovas Ia de imágenes múltiples. Y también hay otro grupo de galaxias lejanas rodeando a la galaxia que forma el arco de la derecha Arc-1, con posibilidades de que aparezcan supernovas Ia con imágenes múltiples: todo ello combinado hace creer a los astrónomos que un monitoreo continuo de este grupo de galaxias permitirá descubrir del orden de 1 supernova al año que podrá refinar los cálculos de la Constante de Hubble que inicialmente hayamos calculado con SN H0pe.

Fuente: preprint de arxiv de la descripción del cúmulo de galaxias PLCK G165.7+67.0 en el que se destaca que, profundizando en el estudio, se podrá calcular la Constante de Hubble: The JWST Discovery of the Triply-imaged Type Ia "Supernova H0pe" and Observations of the Galaxy Cluster PLCK G165.7+67.0

No es la primera vez que se mide la Constante de Hubble a partir de imágenes múltiples de una supernova, antes se ha hecho con las imágenes de la Supernova Refsdal, recordad:

Un equipo de astrónomos [...] ha analizado [...] 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...

Pero la precisión que se obtuvo entonces fue pequeña. Seguiremos atentos, saludos.

EDITADO: Ver también Spectroscopy of the Supernova H0pe Host Galaxy at Redshift 1.78

[Jaime Rudas]

¡Muy interesante!

Me llama la atención que en el resumen dice: «La supernova está localizada a 1,5 - 2 kpc de su galaxia anfitriona Arc 2». Que esté a 1,5 - 2 kpc de la galaxia me da a entender que está fuera de la galaxia, pero cuando dice galaxia anfitriona me da a entender que está dentro de ella. Por otra parte, 2 kpc son 6523 años luz, que es una distancia bastante menor a las dimensiones de la galaxia y, dado que las galaxias tienen límites difusos, resulta raro decir que algo se encuentra tan cerca. ¿Será que se refiere a 1,5 - 2 kpc del centro de la galaxia?

[Alriga]

Yo también creo entender que se refiere a que está a 1.5 - 2 kpc del centro de su galaxia anfitriona.
Saludos.

[Alriga]

Voy a intentar recopilar los posts que han aparecido hasta ahora en La web de Física en los que se calcula la Constante de Hubble a partir del evento de onda gravitacional debido a la fusión de 2 estrellas de neutrones GW170817 y la kilonova asociada AT2017gfo

Re: Detectadas las primeras ondas gravitacionales procedentes de la fusión de 2 estrellas de neutrones

Qué interesante, veo que también han usado la fusión de las 2 estrellas de neutrones GW170817 para medir la constante de Hubble:

... Our measurement combines the distance to the source inferred purely from the gravitational-wave signal with the recession velocity inferred from measurements of the redshift using electromagnetic data. This approach does not require any form of cosmic “distance ladder” ...

La pena es que la precisión de la medida es bastante baja, han obtenido $H_0=70.0_{-8.0}^{+12.0}$ (km/s)/Mpc, compatible con los valores actualmente aceptados.

A gravitational-wave standard siren measurement of the Hubble constant

Las ondas gravitacionales OG las emiten masas aceleradas, por lo tanto su intensidad va aumentando conforme las dos estrellas se acercan y giran en torno al centro de masa común más y más deprisa. En ese tiempo de emisión de OG, no tiene en principio porqué haber emisión electromagnética. En el momento de la fusión de las dos estrellas cesa la aceleración de masas y por lo tanto la emisión de OG, pero es entonces cuando se produce la explosión electromagnética de tipo Kilonova
Mira a partir del minuto 1:12 del vídeo del post #10 y también en esta simulación por ordenador:

Y este otro vídeo

Saludos.

Medida de la Constante de Hubble mediante astronomía multimensajero de fusiones de estrellas de neutrones

En 2017 explicábamos que las fuentes de ondas gravitacionales (GW) acompañadas de contrapartidas electromagnéticas (EM) constituyen una “sirena estándar” independiente de la escalera de distancias y del CMB para medir la Constante de Hubble “Ho” y que se había usado la fusión de las 2 estrellas de neutrones GW170817 para calcular “Ho”. Lo explicábamos en el hilo Detectadas las primeras ondas gravitacionales procedentes de la fusión de 2 estrellas de neutrones Allí explicábamos que el valor obtenido fue

$H_0=70.0_{-8.0}^{+12.0}$ (km/s)/Mpc

(El paper original era A gravitational-wave standard siren measurement of the Hubble constant)

En ese mismo hilo informábamos en 2018 de la detección de Jets con velocidad aparente superlumínica procedentes de GW170817, haciéndonos eco de la publicación del estudio Superluminal motion of a relativistic jet in the neutron star merger GW170817

Pues bien, acabo de ver un artículo publicado ayer en Nature que explica cómo los datos que proporciona el Jet puede usarse para mejorar la precisión en la medida de la Constante de Hubble.

¿Cómo? Cuando dos estrellas de neutrones chocan, producen una explosión y un estallido de ondas gravitacionales. Por un lado, la luz de la galaxia en la que se produce la explosión nos permite medir el desplazamiento al rojo “z” de la fuente.

Por otro lado, la forma y la amplitud de la señal de la onda gravitacional nos dice cuán intensa fue esa explosión de ondas gravitacionales. De la medición de la intensidad de las ondas gravitacionales recibidas en la Tierra se puede calcular la distancia-luminosidad “Da” de forma directa y completamente independiente de escaleras de distancia. De los valores de “z” y de “Da” es posible calcular la constante de Hubble “Ho”

Sin embargo, hay un problema: la intensidad de las ondas gravitacionales varía con su orientación con respecto al plano orbital de las dos estrellas de neutrones. Las ondas gravitacionales son más fuertes en la dirección perpendicular al plano orbital, y más débiles si desde la Tierra el plano orbital se ve “de canto”. Para usar las ondas gravitacionales para medir la distancia con precisión, es necesario conocer esa orientación. Y aquí es donde entra en el juego el Jet.

Durante meses, los astrónomos usaron radiotelescopios (NSF’s Very Long Baseline Array "VLBA", Karl G. Jansky Very Large Array "VLA" y el Robert C. Byrd Green Bank Telescope "GBT") para medir el movimiento del chorro de material súper rápido expulsado de la explosión. Se utilizaron esas medidas junto con simulaciones hidrodinámicas detalladas, para determinar el ángulo de orientación, lo que permite afinar el uso de las ondas gravitacionales para determinar la distancia. La nueva Ho "refinada" que han obtenido ha sido

$H_0=70.3_{-5.0}^{+5.3}$ (km/s)/Mpc

que mejora la precisión respecto de la medida de Ho con la distancia sin refinar, gracias al dato del ángulo de la órbita.

El abstract de este nuevo estudio de título “A Hubble constant measurement from superluminal motion of the jet in GW170817” finaliza afirmando que “estimamos que otros 15 eventos similares a GW170817, que tienen datos de radio y datos de curvas de luz, en comparación con 50–100 eventos GW necesarios sin dichos datos, resolverán potencialmente la Tensión en la Constante de Hubble entre las mediciones de Planck y la Escalera de Distancias (Cefeidas-Supernovas)" (Aquí el pre-print de arxiv)

Tan solo 15 eventos GW con contrapartida EM es una cifra esperanzadora. Sin embargo todavía no sabemos cuál es la frecuencia de detección en este lado del Universo de nuestros interferómetros LIGO-VIRGO para estos eventos GW+EM. De momento llevamos 3 meses de Observing Run O3 y todavía no hemos detectado ninguno nuevo, hasta ahora GW170817 es un acontecimiento único.

Permaneceremos atentos, saludos.

ACTUALIZADO 26/08/2019: La Mula Francis ha publicado una reseña del artículo, Nueva estimación de la constante de Hubble usando ondas gravitacionales

Las colaboraciones LIGO y VIRGO acaban de publicar un estudio sobre la medición por ondas gravitacionales de la constante de Hubble (Ho) con un resultado de $68^{+14}_{-7}$ km/s/Mpc que, aunque con un margen de error muy superior a las mediciones de Planck y la escalera de distancias, representa una mejora del 7% con respecto a mediciones anteriores por ondas gravitacionales.

Encuentro publicado ahora, en Octubre de 2023 en la revista Astronomy and Astrophysics, el artículo Measuring the Hubble constant with kilonovae using the expanding photosphere method en donde también a partir de datos de GW170817 y AT2017gfo calculan la constante de Hubble por un método diferente (el método de expansión de la fotosfera) a los anteriores: en este último estudio aprovechan que las kilonovae, a pesar de su aparente complejidad pueden caracterizarse por una única temperatura efectiva, lo que hace que la simetría y la simplicidad de las kilonovae permitan a los astrónomos deducir exactamente cuánta luz emiten. Comparando esta luminosidad emitida con la cantidad de luz que llega a la Tierra, los investigadores pueden calcular a qué distancia se encuentra la kilonova.

El preprint de arxiv es Measuring the Hubble constant with kilonovae using the Expanding Photosphere Method (Sneppen, Watson, et.al.) A nivel divulgación: Colliding neutron stars provide a new way to measure the expansion of the Universe

Este estudio, realizado a partir de la única kilonova + onda gravitacional que hasta ahora hemos observado, arroja un resultado para la constante de Hubble de $H_0=67 \pm 3.6 \ km \ s^{-1} \ Mpc^{-1}$ Y dicen que si se detectan entre 5 y 10 nuevas kilonovae+onda gravitacional se podrá aumentar la precisión en el valor de $H_o$ al 1%

Enlazo adicionalmente un par de estudios estadísticos sobre este tema, en el primero dicen que con el método tradicional, (sin usar el método de expansión de la fotosfera) se necesitaría observar del orden de 50 sirenas estándar (GW+kilonova) para obtener buena precisión, es Prospects for Resolving the Hubble Constant Tension with Standard Sirens.

Un estudio estadístico anterior a este último es A 2 per cent Hubble constant measurement from standard sirens within 5 years

Saludos.

[Jaime Rudas]

Parece ser que en una conferencia dictada la semana pasada, Wendy Freedman anunció que, en un estudio de la constante de Hubble, utilizando la medición de distancias con tres métodos diferentes (cefeidas, región J de la rama asintótica de las gigantes (JAGB) y tope de la rama de las gigantes rojas (TRGB)) y con datos tanto del Hubble, como del James Webb, han obtenido un impresionante resultado de Ho=69,1±1,3 km/s/Mpc que, de confirmarse, prácticamente resolvería la tensión de Hubble:

Es interesante que este estudio se realizó mediante análisis ciego, donde se enmascaran los datos de tal forma que los investigadores solo conocen el resultado final una vez terminada la investigación. Lo anterior con el fin de evitar el sesgo de confirmación.

Habrá que estar atentos a la publicación del artículo.

[Alriga]

...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 Data Release 1 (DR1) de DESI se va a publicar con los datos obtenidos desde el 14 de mayo de 2021 hasta el 14 de junio de 2022, dice el abstract de preprint de arxiv:

Presentamos resultados cosmológicos de la medición de las oscilaciones acústicas de bariones (BAO) de galaxias, cuásares y trazadores en bosques Lyman-α a partir del primer año de observaciones del Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura (DESI), que se publicarán en el Data Release 1 de DESI.
DESI BAO proporciona mediciones robustas de la distancia transversal comóvil y la tasa de Hubble, o su combinación, en relación con el horizonte de sonido, en siete intervalos de corrimiento al rojo de más de 6 millones de objetos extragalácticos en el rango de corrimiento al rojo 0.1<z<4.2*
Los datos DESI BAO por sí solos son consistentes con el modelo cosmológico ΛCDM plano estándar con una densidad de materia Ωm=0,295±0,015.
En combinación con un previo BBN (Big-Bang Nucleosynthesis) y la escala angular acústica medida de forma robusta a partir del CMB, DESI requiere Ho=(68,52±0,62) km/s/Mpc. En conjunción con las anisotropías del CMB de Planck y los datos de lentes del CMB de Planck y ACT (Atacama Cosmology Telescope), encontramos Ωm=0,307±0,005 y Ho=(67,97±0,38) km/s/Mpc.

Los detalles en DESI 2024 VI: Cosmological Constraints from the Measurements of Baryon Acoustic Oscillations

*El rango de desplazamiento al rojo 0.1<z<4.2 corresponde a distancias entre 1411 millones y 24360 millones de años luz. (Entre 1345 millones y 12337 millones de años de tiempo-luz)

Saludos.