Los campos magnéticos primordiales podrían aliviar la tensión de Hubble

Un desacuerdo en el corazón de la cosmología

No hay un debate serio sobre si el universo se está expandiendo. La disputa es sobre a qué velocidad. Dos de las técnicas de medición más fiables de la astronomía moderna arrojan valores que se niegan a coincidir, un enfrentamiento que los investigadores llaman la tensión de Hubble. La discrepancia es pequeña en términos absolutos, pero lo bastante obstinada como para haberse convertido en uno de los problemas definitorios de la cosmología, porque un conflicto genuino entre mediciones independientes puede indicar que al modelo estándar le falta algo.

La constante de Hubble es el número que los astrónomos usan para expresar la tasa de expansión. Lleva el nombre de Edwin Hubble, el astrónomo estadounidense que demostró por primera vez en la década de 1920 que el universo se está expandiendo. Un siglo después, el valor de esa constante sigue siendo objeto de disputa, no porque los instrumentos sean toscos, sino porque las dos familias de métodos empleados para extraerlo parten de regímenes físicos muy diferentes.

Vía uno: leer el resplandor residual

El primer enfoque es indirecto. Toma el modelo cosmológico estándar y lo ajusta al tenue patrón de fluctuaciones del fondo cósmico de microondas, el resplandor residual del Big Bang. Telescopios espaciales como Planck han cartografiado esas diminutas variaciones en la luz antigua con gran precisión. Introduzca ese patrón en el modelo y la tasa de expansión que resulta es de unos 67 kilómetros por segundo por megapársec.

Para los lectores ajenos a la astronomía, esas unidades pueden resultar opacas. Un pársec es una unidad de distancia equivalente a aproximadamente 3,26 años luz, o unos 30,9 billones de kilómetros; un megapársec es un millón de pársecs. Así pues, la predicción describe la rapidez con que crece un tramo dado de distancia cósmica.

Vía dos: observar estrellas en explosión

El segundo método es más directo y más cercano en espíritu a lo que hizo Hubble en la década de 1920. Mide la rapidez con que las galaxias lejanas se alejan de la Vía Láctea siguiendo el brillo de las supernovas que detonan en esas galaxias. Las supernovas de tipo Ia sirven como "candelas estándar" porque se entiende que su luminosidad es la misma dondequiera que ocurran, lo que permite a los astrónomos usar el brillo aparente como marcador de distancia. Esta ruta arroja una tasa de expansión más alta que la ruta del fondo cósmico de microondas.

La brecha entre las dos respuestas es la tensión de Hubble. Es exactamente el tipo de discrepancia que inquieta a los cosmólogos: las mediciones se han refinado repetidamente y, sin embargo, el desacuerdo no se ha disuelto.

Una pista tomada de otro misterio

Investigadores que escriben en The Conversation y de cuyo trabajo informó ScienceDaily se preguntaron si una idea propuesta para un enigma completamente distinto —el origen de los campos magnéticos cósmicos— podría arrojar luz también sobre la tensión de Hubble. Su trabajo, publicado recientemente, examina si campos magnéticos extremadamente débiles, remanentes de los primeros instantes tras el Big Bang, podrían ayudar a explicar el choque entre las mediciones de la tasa de expansión.

Los campos en cuestión no son el magnetismo familiar de un imán de nevera ni siquiera los vastos campos que atraviesan hoy las galaxias. Son primordiales: generados en los primeros instantes de la historia cósmica, cuando el universo era mucho más denso, caliente y energético que cualquier cosa reproducible en un laboratorio. Su intensidad sería extraordinariamente pequeña, pero su influencia podría no haber sido desdeñable.

Cómo un magnetismo tenue podría mover un número cósmico

El mecanismo propuesto pasa por el hidrógeno. Simulaciones detalladas indican que estos campos magnéticos primordiales podrían haber alterado cómo se formó el hidrógeno en el universo temprano. Eso importa porque la formación del hidrógeno no es un detalle secundario: da forma a cómo la materia ordinaria interactuó con la luz en el cosmos infantil y, por tanto, deja una huella en el fondo cósmico de microondas.

Cambie la historia del hidrógeno y el patrón del resplandor residual antiguo se desplaza. Cambie el patrón y la tasa de expansión inferida de él también se desplaza. En principio, esa secuencia ofrece una manera de reconciliar la estimación indirecta con la directa, sin abandonar el modelo subyacente ni descartar décadas de observaciones de supernovas.

Es una palanca sutil, y eso es parte de su atractivo. Pequeños ajustes en la física del universo temprano pueden propagarse hasta las mismas mediciones que han resultado tan difíciles de armonizar.

Por qué las simulaciones sostienen el argumento

El caso se apoya en un modelado numérico detallado más que en una única observación. Las simulaciones permiten a los investigadores seguir lo que ocurre cuando hay campos magnéticos presentes durante la era en que se formaba el hidrógeno, y luego rastrear las consecuencias hasta el fondo de microondas que los telescopios observan hoy. Así es como una idea especulativa sobre el universo temprano se convierte en una afirmación contrastable con los datos.

El trabajo también apunta a un beneficio más amplio: una ventana a la física a energías muy superiores a cualquier cosa alcanzable en la Tierra. Los aceleradores de partículas no pueden alcanzar las condiciones que prevalecieron instantes después del Big Bang. Si el magnetismo primordial dejó una marca medible en el fondo cósmico de microondas, el cielo mismo se convierte en el experimento.

Qué resuelve la investigación y qué no

Esta es una explicación propuesta, no un veredicto. La tensión de Hubble sigue sin resolverse, y los investigadores enmarcan su trabajo como una exploración de si este ingrediente desatendido podría importar. La fortaleza de la idea es que conecta dos enigmas que normalmente se han tratado por separado, y que hace predicciones ancladas en una señal medible. La pregunta abierta es si el efecto es lo bastante grande, y lo bastante distintivo, para ser identificado en datos reales y no meramente inferido de simulaciones.

Esa pregunta tiene respuesta. A medida que las mediciones del fondo cósmico de microondas y de las supernovas cercanas ganen precisión, las dos estimaciones de la constante de Hubble convergerán o divergirán aún más. Si se mantienen separadas, explicaciones como el magnetismo primordial pasan de especulativas a necesarias. Si finalmente coinciden, la presión disminuye, y el misterio vuelve a ser una cuestión de error de medición.

Por qué la tensión importa más allá del número

El modelo estándar de la cosmología es notablemente exitoso, y precisamente por eso una contradicción interna persistente atrae tanta atención. Un modelo que explica el resplandor residual, la abundancia de elementos ligeros y la estructura a gran escala del universo también debería poder decir a qué velocidad se expande. Cuando dos rutas cuidadosas hacia ese número discrepan, las interpretaciones más probables son poco atractivas: o una medición tiene un fallo sutil, o el modelo está incompleto.

La propuesta de los campos magnéticos primordiales pertenece a la segunda categoría. Sugiere que la brecha podría no ser un error en absoluto, sino la huella de una física que el cuadro estándar omite: un ingrediente activo tan temprano que sus efectos están por lo demás ocultos.

Qué hay que observar

• Restricciones más estrictas sobre el fondo cósmico de microondas, que afinarían la estimación indirecta de la tasa de expansión.
• Encuestas continuadas de supernovas, que refinan la medición directa y determinan si la discrepancia persiste.
• Trabajo de simulación que ponga a prueba si los campos magnéticos tempranos pueden desplazar la formación de hidrógeno lo suficiente para dejar una huella detectable.
• Sondas independientes del magnetismo primordial, que mostrarían si tales campos existieron con la intensidad requerida.

Ninguno de estos pasos resolverá por sí solo la tensión de Hubble. En conjunto, determinan si un susurro de magnetismo de los primeros instantes del universo forma parte de la respuesta, o es meramente otra posibilidad intrigante en un campo que ha aprendido a esperar sorpresas.

Este artículo se basa en la cobertura de Science Daily. Lea el artículo original.