Investigadores de la University of Illinois Urbana-Champaign y la University of Chicago han desarrollado un enfoque novedoso para calcular la constante de Hubble usando ondas gravitacionales de colisiones de agujeros negros. Esta técnica, conocida como el método de la sirena estocástica, analiza el zumbido de fondo de fusiones débiles para resolver potencialmente la tensión de Hubble. Los resultados, aceptados para publicación en Physical Review Letters, ofrecen mayor precisión con datos actuales.
Los astrónomos han debatido la tasa de expansión del universo durante décadas, basándose en la constante de Hubble para cuantificarla. Las mediciones de observaciones del universo temprano chocan con las de eventos cósmicos más recientes, creando la tensión de Hubble, un enigma clave en cosmología. Un equipo dirigido por el estudiante de posgrado en física de Illinois Bryce Cousins ha introducido el método de la sirena estocástica, que estudia el fondo de ondas gravitacionales producido por innumerables fusiones de agujeros negros no detectadas. Estas ondulaciones en el espacio-tiempo, detectadas por la Colaboración LIGO-Virgo-KAGRA, forman un zumbido cósmico tenue que revela las tasas de colisión en todo el universo. Al vincular estas tasas con el volumen observable, el método infiere la velocidad de expansión: una constante de Hubble más baja comprimiría los eventos en un espacio menor, fortaleciendo la señal de fondo. Usando datos existentes de LIGO-Virgo-KAGRA, los investigadores descartaron tasas de expansión muy lentas sin detectar directamente el fondo. Al combinar esto con datos de fusiones individuales, obtuvieron una estimación más precisa de la constante de Hubble, alineada con el rango disputado de la tensión. A medida que los detectores mejoren, el enfoque promete resultados más precisos; los científicos anticipan la detección del fondo en unos seis años. Nicolás Yunes, profesor de física de Illinois y director fundador del Illinois Center for Advanced Studies of the Universe, afirmó: «Este resultado es muy significativo, es importante obtener una medición independiente de la constante de Hubble para resolver la tensión de Hubble actual. Nuestro método es una forma innovadora de mejorar la precisión de las inferencias de la constante de Hubble usando ondas gravitacionales.» Daniel Holz, profesor de física y astronomía de la University of Chicago, añadió: «No es todos los días que se crea una herramienta completamente nueva para la cosmología. Mostramos que usando el zumbido de fondo de ondas gravitacionales de agujeros negros fusionándose en galaxias distantes, podemos aprender sobre la edad y composición del universo. Esta es una dirección emocionante y totalmente nueva, y esperamos aplicar nuestros métodos a futuros conjuntos de datos para ayudar a restringir la constante de Hubble, así como otras cantidades cosmológicas clave.» El estudio contó con colaboradores como Kristen Schumacher, Ka-wai Adrian Chung de Illinois, y Colm Talbot y Thomas Callister de Chicago. La financiación provino de la NSF, Simons Foundation, NASA y otros. El artículo está previsto para el número del 11 de marzo de Physical Review Letters y está disponible en arXiv.