La tensión en la constante de Hubble

[Richard R Richard]

Gracias Alriga ,ayer vi la noticia, pero antes de postear iba a buscar mas fuentes.
Supongamos que Lombricer lo puede probar...
eso indicaría que el principio cosmológico no es correcto, adiós homogeneidad y anuncia el final del modelo $\Lambda CDM$?
Por no es una burbujita es una buena porción del universo, ya veíamos que el supercúmulo de Hércules estaba cerca de no cumplir los 5 Sigmas, pero esto ya lo da por descontado.

[Alriga]

Sobre que la causa de la discrepancia entre la medida local y la cosmológica de la constante de Hubble es debida a que vivimos en un entorno de densidad inferior a la media, unos dicen que sí:

... del CMB ($z >>$) se deduce un valor de la Constante de Hubble $H_0$ de alrededor de 68 (km/s)/Mpc, y de galaxias de z moderado, sobre 71-73 (km/s)/Mpc ... interesantes son los estudios que intentan hallar una explicación. Una explicación posible y sencilla sería que, aunque el Universo a gran escala pueda ser homogéneo e isótropo, nuestro universo cercano en un radio de unos 300 Mpc (z=0.07) tenga una densidad bastante inferior a la media, (los titulares sensacionalistas lo describen diciendo que vivimos en un “supervacío cósmico”)

Menor densidad que la media localmente a nuestro alrededor, implicaría expansión más rápida que la media localmente a nuestro alrededor, lo que explicaría que los cálculos de $H_0$ basados en medidas de objetos de desplazamientos al rojo “z” moderados, den valores superiores a los calculados a partir del CMB de z=1089.9

Uno de los estudios que he encontrado (KBC=Keenan, Barger, Cowie) que apunta a esta solución es Evidence for a ~300 Mpc Scale Under-density in the Local Galaxy Distribution

Y otro estudio que también punta a “supervacío local” ... The KBC Void: Consistency with Supernovae Type Ia and the Kinematic SZ Effect in a ΛLTB Model

Otros dicen que no:

... Hay algunos estudios, (no he profundizado), como el que se conoce como "hipótesis KBC" del "supervacío cósmico", (en ese post encontrarás un par de papers), aunque Riess, (él, quien sinó) no está de acuerdo: The Local Perspective on the Hubble Tension: Local Structure Does Not Impact Measurement of the Hubble Constant ...

A este respecto, en el artículo de Freedman y Madore se indica:

El asunto de si estamos o no en una zona infradensa del universo ha sido abordado recientemente por Wu y Huterer (2017); Hoscheit y Barger (2018) y D’Arcy Kenworthy et al. (2019) (y sus referencias internas). Estos estudios concluyen, en acuerdo con estudios anteriores, que un efecto de este tipo es demasiado pequeño para explicar la magnitud de la tensión observada.

…Entiendo que el artículo de Hoscheit y Barger (2018) es el mismo que yo enlacé en el post#3 titulado The KBC Void: Consistency with Supernovae Type Ia and the Kinematic SZ Effect in a ΛLTB Model Ahí dice en el abstract que:
Encontramos que cuando la existencia de KBC LLV se tiene en cuenta completamente, esta tensión se reduce de $3.4\sigma$ a $2.75\sigma$

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.

Lombriser evalúa que la posibilidad de que haya tal fluctuación de densidad a esta escala es de entre 1 en 20 a 1 en 5 y afirma que “eso significa que no es la fantasía de un teórico, hay muchas regiones como la nuestra en el vasto universo”

Por ahora, la de Lombriser solo parece una opinión más, por mucho que haya titulares pomposos del tipo Le mystère de l’expansion de l’Univers trouve une solution (El misterio de la expansión del universo encuentra una solución): "Un investigador de la Universidad de Ginebra resuelve una controversia científica sobre la velocidad de expansión del Universo al proponer que no es perfectamente homogéneo a gran escala"

Seguiremos atentos a las novedades, saludos.

[Richard R Richard]

Me parece que estamos dando letra a otros divulgadores o que realmente estamos bien informados...

[Alriga]

Aporto para el "archivo del hilo" otro estudio de H0LiCOW que creo que no teníamos controlado: A SHARP view of H0LiCOW: H0 from three time-delay gravitational lens systems with adaptive optics imaging Lo han publicado también en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, (Volume 490, Issue 2, December 2019, Pages 1743–1773)

La nueva medición de la constante de Hubble, implicó un método diferente. Utilizaron el Telescopio Espacial Hubble (HST) de la NASA en combinación con el sistema de Óptica Adaptativa (AO) del Observatorio WM Keck para observar tres sistemas de lentes gravitacionales. Esta es la primera vez que se utiliza la tecnología AO en tierra para obtener la constante de Hubble.

Para descartar cualquier sesgo, el equipo realizó un análisis ciego; durante el procesamiento, mantuvieron el resultado final oculto incluso para ellos mismos hasta que se convencieron de que habían abordado la mayor cantidad posible de fuentes de error. Esto les impidió hacer involuntarios ajustes para llegar a un valor "correcto", evitando sesgos de confirmación.

Usando el sistema AO del Observatorio Keck con la cámara de infrarrojo cercano, se obtuvieron mediciones locales de tres conocidos sistemas de cuásar con lentes: PG1115 + 080, HE0435-1223 y RXJ1131- 1231. Cuando una galaxia suficientemente masiva más cercana a la Tierra se interpone en el camino de la luz de un cuásar muy distante, la galaxia puede actuar como una lente; su campo gravitacional deforma el espacio, doblando la luz del quásar de fondo en múltiples imágenes y haciendo que se vea más brillante. La combinación de los datos de AO y HST dio un resultado más preciso.

Imágenes de óptica adaptativa AO (fila superior) y del Hubble Space Telescope HST (fila inferior) de los tres sistemas de lentes gravitacionales. La línea horizontal sólida representa la escala de 1" de arco. Las galaxias que actúan de lente en primer plano están ubicadas en el centro de cada sistema de lentes. Las imágenes periféricas múltiples y el arco extendido alrededor de las galaxias lente son del núcleo galáctico activo (AGN=cuasar) y su galaxia anfitriona

A veces, el brillo del cuásar fluctúa, y dado que cada imagen corresponde a una longitud de trayectoria ligeramente diferente del cuásar al telescopio, los parpadeos aparecen en momentos ligeramente diferentes para cada imagen; (no todos llegan a la Tierra al mismo tiempo). Con HE0435-1223, PG1115 + 080 y RXJ1131-1231, el equipo del proyecto midió cuidadosamente esos retrasos, que son inversamente proporcionales al valor de la constante de Hubble. Esto permite a los astrónomos decodificar la luz de estos quásares distantes y recopilar información sobre cuánto se ha expandido el universo durante el tiempo que la luz ha estado camino a la Tierra, (Distance Measurement from Time-Delay Cosmography)

El resultado obtenido en este estudio Ho = 76.8 (+/- 2.6) km s^-1 Mpc^-1 es compatible con las medidas obtenidas mediante la escalera de distancias, y en tensión con el valor cosmológico obtenido del CMB.

Saludos.

[Jaime Rudas]

Muy interesante Jaime, gracias por compartir. Leo además en las conclusiones del estudio que señalas, The Leavitt law of Milky Way Cepheids from Gaia DR2 static companion parallaxes:

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

[Jaime Rudas]

Muy interesante Jaime, gracias por compartir. Leo en las conclusiones del estudio que señalas The Leavitt law of Milky Way Cepheids from Gaia DR2 static companion parallaxes:

Gracias, Alriga, por rectificar el enlace.

Lo que es no tener tiempo de revisar los mensajes antes de enviarlos.

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 ...

Muy interesante Jaime, gracias por compartir. Leo además en las conclusiones del estudio que señalas, The Leavitt law of Milky Way Cepheids from Gaia DR2 static companion parallaxes:

La inclusión de la variabilidad de las Cefeidas Clásicas en el procesamiento astrométrico del Tercer lanzamiento de datos de Gaia proporcionará paralajes trigonométricas de alta precisión de una gran muestra de Cefeidas Clásicas de la Vía Láctea (Clementini et al. 2018), permitiendo estudiar en detalle la influencia de la metalicidad en las relaciones Período-Luminosidad. Esto resultará en una calibración muy precisa de la Ley de Leavitt en la Vía Láctea, basada puramente en paralajes trigonométricas, y consecuentemente en una estimación más directa y confiable de la Constante de Hubble

He visto en la web de la ESA, que el Tercer Lanzamiento de Datos de Gaia DR3 será en 2 partes:

• EDR3 (Early Data Release-3) en el tercer trimestre de 2020, (falta menos de 1 año). Contendrá astrometría y fotometría integrada, es decir, posiciones, paralajes, movimientos propios, … (Entiendo que con esos datos ya se podrá empezar a trabajar en la calibración de la Ley de Leavitt que propone este trabajo)
• DR3 en la segunda mitad de 2021, que copiará la información de EDR3 y la completará con el resto de datos recogidos por Gaia durante el período completo de observación de 34 meses.

Así pues, habrá que tener paciencia y esperar un poco,…

Saludos.

[Jaime Rudas]

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.

[Alriga]

... me entero del taller "Tensiones entre el Universo temprano y el tardío" donde participaron varios de los autores a los que en este hilo hemos citado, como Wendy Freedman, Tamara Davis o Adam Riess. En el enlace se pueden ver todas las presentaciones.

No había visto que "En el enlace se pueden ver todas las presentaciones", cuando lo leí someramente creí que solo era el horario, el título y el autor de cada una de las conferencias. Muy interesante Jaime:

Kavli Institute for Theoretical Physics KITP Conference: Tensions between the Early and the Late Universe (Jul 15-17, 2019)

Saludos.

[Alriga]

Hoy La Mula Francis reseña el articulo de Nature del que nosotros hablamos hace un mes y medio aquí

El enlace al post de Francis es Nueva estimación de la constante de Hubble usando ondas gravitacionales

Saludos.

[Jaime Rudas]

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.

[Jaime Rudas]

Gracias a esta entrada de Francis me entero del taller "Tensiones entre el Universo temprano y el tardío" donde participaron varios de los autores a los que en este hilo hemos citado, como Wendy Freedman, Tamara Davis o Adam Riess. En el enlace se pueden ver todas las presentaciones.

[Jaime Rudas]

Hace unos quince años mi interés por la cosmología se expandió en forma exponencial al leer el artículo de Tamara Davis y Charles Lineweaver Confusión expandida: errores de concepto comunes sobre horizontes cosmológicos y sobre la expansión superlumínica del universo y la tesis doctoral de Davis Aspectos fundamentales de la expansión del universo y de los horizontes cósmicos, tesis dirigida por Lineweaver. Por lo anterior, le tengo un gran aprecio a Tamara Davis y recomiendo la lectura de estos dos trabajos a quien quiera enterarse de cómo funciona el universo.

Pues bien, hoy Davis, junto con Samuel Hinton, Cullan Howlett y Josh Calcino nos presenta su trabajo ¿Pueden los errores en el corrimiento al rojo sesgar las mediciones de la constante de Hubble? donde muestran que, aunque es poco probable que estos errores sean la causa principal de la tensión, sí pueden contribuir a ella en forma significativa. No he leído el artículo, pero, ojeándolo, noto que trae una descripción de los diferentes tipos de distancias que se miden en cosmología, lo que es fuente de confusión en artículos de divulgación.

Por otra parte, el resumen pinta bien:

Los desplazamientos al rojo han sido tan fáciles de medir durante tanto tiempo que tendemos a descuidar el hecho de que también tienen incertidumbres y son susceptibles a errores sistemáticos. A medida que nos esforzamos por medir los parámetros cosmológicos con errores menores al 1%, vale la pena revisar la precisión de nuestras mediciones de desplazamiento al rojo. Sorprendentemente, pequeños errores sistemáticos de desplazamiento al rojo, tan bajos como 10^-4, pueden tener un impacto significativo en los parámetros cosmológicos que inferimos, como lo es Ho. Aquí investigamos una lista extensa (pero no exhaustiva) de formas en que la estimación del desplazamiento al rojo puede tener desviaciones sistemáticas. Revisamos errores teóricos comunes, como sumar desplazamientos al rojo, en lugar de multiplicar por (1 + z); usar v = cz o usar solo el desplazamiento al rojo cosmológico en las estimaciones de la luminosidad y de las distancias por diámetro angular. Consideramos posibles errores de observación, como la precisión de la longitud de onda en reposo, la conversión de aire a vacío en altitud y la calibración de la longitud de onda del espectrógrafo. Finalmente, exploramos los efectos físicos, tales como correcciones por velocidad propia, velocidades internas de galaxias, desplazamientos al rojo gravitacional y ultracorrección dentro del flujo masivo [bulk flow]. Llegamos a la conclusión de que sería bastante fácil que pequeños errores sistemáticos de desplazamiento al rojo se hayan infiltrado en nuestros datos y estén afectando nuestros resultados cosmológicos. Si bien es poco probable que estos errores sean lo suficientemente grandes como para resolver la actual tensión en Ho, esto sigue siendo posible y la precisión del desplazamiento al rojo puede convertirse en un factor limitante en experimentos futuros. Con los enormes esfuerzos que se realizan para calibrar el eje vertical de nuestras gráficas (candelas estándar, reglas, relojes y sirenas), argumentamos que ahora vale la pena prestar un poco más de atención al eje horizontal (desplazamiento al rojo).

Saludos.

[Alriga]

Se acaba de publicar un nuevo estudio sobre la medición de la constante de Hubble (Ho) donde combinan datos de la oscilación acústica de bariones (BAO) y de la nucleosíntesis del Big Bang (BBN) y les da un resultado de 68,3 km/s/Mpc que resulta compatible con las mediciones de Planck y a 3.2σ de la escalera de distancias (SH0ES). Lo destacable de de este resultado es que son mediciones independientes de los datos del fondo cósmico de microondas, aunque dependientes del modelo ΛCDM.

El Dark Energy Survey (DES) usando también BAO+BBN obtuvo en Noviembre de 2017 el valor de 67.2 (km/s)/Mpc como explicábamos en el post #11 de este mismo hilo en relación al paper Dark Energy Survey Year 1 Results: A Precise H0 Measurement from DES Y1, BAO, and D/H Data

Es interesante que dos equipos diferentes, DES y los alemanes del "Institute for Theoretical Particle Physics and Cosmology" que enlaza Jaime Rudas, con el mismo método hayan llegado a resultados similares.

Saludos.

[carroza]

Información adicional en un artículo resumen de la Universidad de Hawaii: Astronomers map vast void in our cosmic neighborhood en donde se lee:

Durante 30 años, los astrónomos han estado tratando de identificar por qué los movimientos de la Vía Láctea, de nuestro vecino grande más cercano la galaxia de Andrómeda, y sus vecinos más pequeños se desvían de la expansión general del Universo en más de 600 km/s. El nuevo estudio muestra que aproximadamente la mitad de este movimiento se genera "localmente" a partir de la combinación de una atracción del masivo cercano Cúmulo de Virgo y nuestra participación en la expansión del Vacío Local a medida que se vuelve más vacío.

Saludos.

Muy interesante el video. Inquietante la imagen en la que se ven todas las galaxias cercanas moviendose hacia el cúmolo de virgo, y abandonando el "vacío" de andrómeda.