Vicent J. Martínez, Universitat de València; Bernard J.T. Jones, University of Groningen i Virginia L Trimble, University of California, Irvine

Un estudi recent sobre la tensió del Hubble, escrit pel premi Nobel de Física de 2011 Adam Riess i col·laboradors, ha llançat pólvora a la metxa d'una polèmica que es cuina al minut al centre neuràlgic de l'astronomia. Riess, que –cal insistir-hi– és un premi Nobel, tanca el treball amb aquesta frase: “Una vegada negats els errors de mesurament, allò que resta és la possibilitat real i apassionant que hàgem entès malament l'univers”. La frase és un tir amb fona.

En molts mitjans es posa l'accent que l'article de Riess manté i reforça la tensió de Hubble. Però l'opinió de molts astrònoms és que els seus resultats són tan ferms que amb aquests la tensió desapareix per donar lloc a una profunda crisi del model cosmològic, el que ens serveix per a explicar el cosmos. El cosmos tal com ens el contem.

L'article utilitza dades sobre l'expansió de l'univers obtingudes pel telescopi espacial James Webb, que confirmen els resultats prèviament aconseguits pel telescopi espacial Hubble (HST) sobre el valor de la constant de Hubble. És a dir, per als dos gegants tot concorda amb allò que s’espera. Però hi ha mesuraments que fins i tot posen els gegants en dubte.

L'expansió de l'univers

Edwin Powell Hubble i els seus col·laboradors, fa a penes cent anys, van ser els primers a revelar que l'univers és més o menys uniforme en totes les direccions i fins allà on els telescopis podien observar. Però també van descobrir que tot el sistema de galàxies estava expandint-se.

Aquell va ser un dels majors descobriments científics de tots els temps: l'equivalent modern a la revolució copernicana. A partir d'aquell moment, els astrònoms van començar a quantificar quant s'expandeix i a quin ritme ho fa, fins a establir la taxa actual d'expansió còsmica. Coneixent aquestes dades, és possible posar data al seu origen i contar la història implícita de l'univers.

La cerca de dos nombres

L'univers és gran, antic i irregular. Durant una gran part del segle passat, físics, astrònoms i cosmòlegs han utilitzat la teoria general de la relativitat d'Einstein i han dut a terme observacions cosmològiques per tractar d'esbrinar com de gran, antic i l'irregular és, a més de dilucidar si l'expansió còsmica continuarà per sempre o revertirà i esclafarà els nostres descendents més allunyats.

En 1970, l’ara difunt astrònom Allan Sandage va escriure un article molt citat en què assenyalava dos nombres que ens acosten a les respostes a aquestes preguntes, en cas que puguem mesurar-los i conèixer com canvien amb el temps còsmic. Aquests nombres són la constant de Hubble, H₀, i el paràmetre de desceleració, q₀.

El primer d'aquests dos nombres indica com de ràpid està expandint-se l'univers. El seu valor actual és la constant de Hubble, denotada per H₀ (per Hubble, que va reunir les primeres dades per a obtenir-ne el valor). Els astrònoms ho mesuren en unitats una miqueta estranyes (quilòmetres per segon per megaparsec, abreujat com a km/s/Mpc).

La discrepància en els mesuraments

Però avui dia tenim dues maneres per a determinar la taxa d'expansió còsmica actual. El mètode directe es basa a mesurar la velocitat de recessió i la distància a la qual es troben un gran nombre de galàxies. La llei de Hubble-Lemaître indica que el seu quocient és la constant de Hubble. Si el valor per a H₀ obtingut d'aquesta manera per Hubble hagués sigut correcte, l'univers tindria una edat de només uns dos mil milions d'anys: seria més jove que la Terra i que molts estels!

Des que es va enunciar fins al present, la relativitat general s'ha mantingut ferma, mentre que la interpretació de les observacions, una gran part pel treball iniciat per Sandage, ha permès incrementar notablement les distàncies estudiades i, en conseqüència, també l'escala de temps còsmic abastada.

Conflicte manifest

Als qui recordem “els vells temps”, quan H₀ era 50 o 100 i les edats de l'univers, 20 o 10 mil milions d'anys, ens va alleujar veure que en 2002 H₀ s'assentava entorn de 72 km/s/Mpc segons els resultats del projecte clau de l'HST liderat per Wendy Freedman. Com a conseqüència, l'edat de l'univers quedava entorn de 13 800 milions d'anys. El valor actual obtingut per Riess i els seus col·legues usant aquest mètode és H₀ = 73,0 ± 1,0 km/s/Mpc.

Però, com hem anunciat, existeix un segon mètode per a obtenir el valor de H₀. Es pot inferir amb molta precisió de l'anàlisi detallada dels mapes del fons còsmic de microones (CMB per les seues sigles en anglès), la radiació romanent del Big Bang que va començar a viatjar fa uns 13 500 milions d'anys.

Les dades aconseguides pels equips científics dels satèl·lits Planck i WMAP s'han analitzat, en combinació amb altres dades cosmològiques, per obtenir els valors de diferents paràmetres que descriuen el nostre univers. Aquests valors per als paràmetres defineixen el que actualment coneixem com a model cosmològic estàndard. Alguns d'aquests estan relacionats amb el segon dels nombres de Sandage, aleshores anomenat paràmetre de desacceleració (el valor de la qual és negatiu si l'expansió còsmica està accelerant-se, com apunten les observacions).

El que fan els cosmòlegs amb aquestes dades és determinar l'estat de l'univers poc després del Big Bang i, fent ús del model cosmològic, predir el que valdrà avui la constant de Hubble. El valor estimat amb aquest mètode és H₀ = 67,4 ± 0,5 km/s/Mpc.

Amb la millora les tècniques d'observació, les barres d'error de tots dos mètodes han anat reduint-se. I, havent-se fet més precises les dues maneres de mesurar H₀, han començat a proporcionar valors significativament diferents. D’aquesta discrepància, se'n diu “tensió de Hubble”: alguna cosa no hi encaixa.

Per trobar la solució, o bé s'invoca una nova física que modifique la relativitat general (que funciona tremendament bé en tota la resta) o bé s'argumenta que alguns dels dos conjunts d'observacions (o la seua interpretació) és incorrecte. O, no cal dir-ho, ambdues coses alhora.

Una cosa més profunda

La visió conservadora és que qualsevol possible explicació hauria de caure dins del marc del nostre model cosmològic estàndard.

Por ejemplo, podría ocurrir que todavía no entendamos completamente las implicaciones de la estructura a gran escala en la que estamos inmersos, el supercúmulo de Laniakea, así como nuestra proximidad al Vacío Local. Per exemple, podria ocórrer que encara no entenguem completament les implicacions de l'estructura a gran escala en què estem immersos, el supercúmul de Laniakea, així com tampoc la nostra proximitat al Buit Local.

Si finalment no es confirmés una explicació tan plausible, ens enfrontaríem a la possibilitat que el nostre model estàndard necessite una revisió fonamental. I aquesta és una apassionant oportunitat per a l'especulació.

En una revisió recent, Licia Verde i els seus col·laboradors recorren aquest mateix camí quan asseguren:

Hem de reconèixer que el model ΛCDM, tot i les seues profundes connexions amb la física fonamental i malgrat tots els seus èxits, és en darrera instància fenomenològic. Estableix un marc sòlid en què, tanmateix, resten qüestions fonamentals sense resoldre. L'energia fosca i la matèria fosca són components ad hoc.

Afirmen que no és desgavellat pensar que, igual que els epicicles o l'èter luminífer en el passat, la matèria i l'energia fosques podrien ser substituïdes per una cosa molt més profunda.

Hi ha molts exemples en la història de la ciència en què han sorgit dilemes d'aquest tipus. En recollim alguns en The Reinvention of Science. Slaying the Dragons of Dogma and Ignorance. Per exemple, en el segle XIX, per a explicar l'excés en el desplaçament del periheli del planeta Mercuri, es van proposar diferents entitats: un planeta dins de l'òrbita de Mercuri que va rebre el nom de Vulcà, un anell d'asteroides que també era intramercurial, un sol prou aplatat, un impuls degut a l'èter, així com desviacions de la llei de la gravetat de Newton als voltants del Sol, com va proposar Simon Newcomb en 1906. Tots aquests “dracs” postulats en el seu moment van ser derrotats pels qui van acceptar la relativitat general d'Einstein en 1917.

La tal cosa “una miqueta més profunda” podria ser, per exemple, que hàgem d'abandonar la suposició que l'energia fosca es distribueix uniformement per tot l'espai. Alternativament, es podria argumentar que la matèria fosca té alguna propietat estranya que actualment desconeixem. La nostra ignorància sobre aquestes dues grans incògnites permet que la nostra imaginació divague lliurement.

I tot això és la raó que hi ha darrere la frase lapidària de Riess: “Una vegada negats els errors de mesurament, allò que resta és la possibilitat real i apassionant que hàgem entès malament l'univers”.

Aquesta frase ens recorda un poc la famosa citació de Sir Arthur Conan Doyle en El signe dels quatre, quan Sherlock Holmes afirma:

“Quan s'ha descartat l'impossible, allò que resta, per improbable que siga, ha de ser la veritat”.

Vicent J. Martínez, Catedràtic d'Astronomia i Astrofísica de la Universitat de València, i membre de l'Observatori Astronòmic de la mateixa institució, Universitat de València; Bernard J.T. Jones, Emeritus Professor, University of Groningen i Virginia L Trimble, Physics and Astronomy, University of California, Irvine

Aquest article es publicà originalment en The Conversation. Llegiu l'original.