Astrónomos midieron las edades de más de 150 000 estrellas milenarias dispersas por la Vía Láctea y descubrieron que la más antigua de ellas coincide exactamente con lo que predice el modelo estándar de cosmología. El resultado socava silenciosamente una de las principales clases de explicaciones para la tensión de Hubble, el prolongado desajuste entre la velocidad de expansión del universo medida hoy y la velocidad a la que debería expandirse según el cosmos primigenio.
El estudio, liderado por Indranil Banik de la Universidad de Portsmouth y aceptado para publicación en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, utilizó espectroscopía de alta resolución del telescopio LAMOST de China y distancias precisas del satélite Gaia de la Agencia Espacial Europea para determinar las edades de 247 103 estrellas de la Vía Láctea con un cuidado sin precedentes. Tras aplicar filtros de calidad estrictos para eliminar mediciones no confiables, el equipo se concentró en una muestra final de 155 600 estrellas cuyas edades podían considerarse fiables.
“Esta es, por mucho, la muestra más grande y cuidadosamente verificada de estrellas milenarias jamás utilizada para este tipo de análisis”, dijo Banik.
El equipo se enfocó en estrellas que se acercan al final de su vida normal, cuando las estimaciones de edad son más confiables porque las estrellas cambian lo suficientemente rápido como para determinar su estado evolutivo. Exigieron que las candidatas a estrellas milenarias tuvieran bajo contenido de metales y estuvieran enriquecidas en elementos alfa, ambas señales de formación en el universo primigenio, y cotejaron las edades derivadas de datos espectroscópicos con edades independientes calculadas solo con datos de Gaia.
El resultado: la estrella más antigua de la muestra tiene una edad de 13.73 mil millones de años, con incertidumbres de aproximadamente 0.2 mil millones de años en cualquier dirección. Esa cifra implica que el universo mismo tiene unos 13.8 mil millones de años, considerando los aproximadamente 200 millones de años que tomó la formación de las primeras estrellas de larga vida después del Big Bang. El número coincide casi perfectamente con la edad derivada de forma independiente del fondo cósmico de microondas por el satélite Planck.
Esa concordancia es importante porque la tensión de Hubble —una discrepancia de aproximadamente 5 sigma entre las mediciones de la tasa de expansión desde objetos cercanos y desde el CMB— ha impulsado a los cosmólogos a proponer una amplia gama de modificaciones al modelo estándar. Una clase importante de estas propuestas invoca la “energía oscura temprana” u otra física nueva que operó en los primeros cientos de miles de años del universo, alterando la evolución del cosmos antes de la recombinación. Tales modelos pueden alinear la tasa de expansión del universo primigenio con las mediciones locales, pero tienen un costo incorporado: hacen que el universo sea más joven.
“¿Cuánto más joven?”, dijo Banik. “Unos 12.9 mil millones de años, más o menos 0.2 mil millones.”
Ahí es donde entran las estrellas milenarias. Si el universo tuviera solo 12.9 mil millones de años, una estrella medida en 13.73 mil millones sería más antigua que el cosmos mismo, una imposibilidad. Las edades estelares, por lo tanto, descartan cualquier solución a la tensión de Hubble que se base únicamente en la física previa a la recombinación.
Los investigadores probaron la solidez de su resultado variando sus criterios de calidad, incluidos cambios en el techo de metalicidad que define qué estrellas califican como verdaderamente milenarias. Incluso bajo los ajustes más agresivos, la estrella más antigua nunca cayó por debajo de 13.3 mil millones de años, aún cómodamente por encima de los 12.9 mil millones requeridos por los modelos de tensión de Hubble del universo primigenio. En el extremo superior, relajar los criterios elevó la edad de la estrella más antigua a 14.0 mil millones de años.
“La brecha es de aproximadamente 0.8 mil millones de años”, dijo Banik. “Incertidumbres de modelado estelar de ese tamaño son muy difíciles de justificar, especialmente para las estrellas con menor contenido de metales en nuestra muestra, cuya evolución es relativamente simple.”
El resultado no resuelve la tensión de Hubble en sí misma. Las mediciones locales de supernovas y variables cefeidas aún discrepan de la tasa de expansión basada en el CMB por un margen que solo ha crecido a medida que las mediciones han mejorado. Lo que hace el estudio es reducir la lista de explicaciones posibles, descartando toda una familia de soluciones del universo primigenio y apuntando en cambio hacia otra cosa: ya sea errores sistemáticos en las mediciones locales de distancia, o una física tardía que altera la tasa de expansión después de la recombinación.
“Las soluciones del universo primigenio han sido una vía popular entre los teóricos”, dijo Banik. “Este resultado sugiere que si la respuesta está en una nueva física, probablemente se trata de una física que aparece más tarde en la historia cósmica, no durante los primeros cientos de miles de años.”
Por separado, el resultado también pesa sobre la tensión S8, un desacuerdo relacionado entre las predicciones basadas en el CMB sobre cuán grumoso debería ser el universo y el agrupamiento más débil observado por los relevamientos de galaxias. Un universo más joven también habría tenido menos tiempo para que las estructuras crecieran, explicando potencialmente la falta de grumosidad. Al afirmar la edad cósmica estándar, las edades estelares sugieren que la tensión S8 también requerirá una explicación diferente.
La muestra misma ya está disponible para que otros investigadores la exploten, y el equipo de Banik espera que refinamientos adicionales en el modelado estelar y muestras más grandes de próximos relevamientos ajusten aún más las restricciones de edad. Por ahora, sin embargo, las estrellas más antiguas de la Galaxia han emitido un veredicto claro: el universo no es tan joven como algunos cosmólogos habían esperado.
Traducido por Alessandra