Constante de Hubble y Expansión del Universo Observable

Resumen científico

El artículo de Astronoo presenta la constante de Hubble y la expansión del Universo observable. Repasa las observaciones de Edwin Hubble y Vesto Slipher, que mostraron que las galaxias se alejan a una velocidad proporcional a su distancia, así como la escala de distancias cósmicas que hace posible esta medición. La constante de Hubble deducida del Fondo Cósmico de Microondas por el satélite Planck vale 67,4 km/s/Mpc, mientras que el método de la escala de distancias (Cefeidas y supernovas de tipo Ia, equipo SH0ES) da aproximadamente 73 km/s/Mpc. Esta discrepancia persistente, llamada tensión de Hubble, supera hoy 5 desviaciones estándar y sigue siendo uno de los enigmas no resueltos de la cosmología moderna. El artículo también explica por qué la expansión no afecta a los sistemas ligados gravitatoriamente, como el sistema solar.

¿Qué es la constante de Hubble y qué significa la expansión del Universo?

Este artículo está dedicado a la constante de Hubble, denotada H₀, y a la expansión del Universo. Pero ¿qué significa esto exactamente? La constante de Hubble es la tasa a la que el Universo se expande. Más precisamente, describe la velocidad a la que una galaxia se aleja de nosotros en función de su distancia. Por ejemplo, una galaxia situada a un megaparsec (≈3,26 millones de años-luz) se aleja a una velocidad comprendida entre 67 y 73 kilómetros por segundo según el método de medición utilizado. Esta relación, descubierta por Edwin Hubble en 1929, reveló que el Universo no es estático, sino que está en expansión. Atención: no se trata de un movimiento de las galaxias en el espacio, sino de una dilatación del espacio-tiempo mismo. La expansión solo se aplica a distancias muy grandes, entre cúmulos de galaxias. Los sistemas ligados por la gravedad, como el sistema solar o nuestra Galaxia, no se expanden. El valor exacto de la constante de Hubble sigue siendo debatido, entre 67 y 73 km/s/Mpc según se parta del Universo primordial o del Universo cercano — un desacuerdo persistente, la «tensión de Hubble», que estimula hoy la investigación en cosmología.

También para descubrir

Continúe su exploración del Universo con estos temas:

La expansión del universo

Un universo en expansión

Cuando miramos hacia el pasado, el universo es cada vez más pequeño, más denso y más caliente. En otras palabras, todos los objetos del Universo se acercan unos a otros cuando vemos la película al revés, remontándonos en el tiempo.

Las observaciones de Edwin Hubble

En 1923 Edwin Hubble (1889-1953) utilizó el telescopio Hooker de 250 cm, el telescopio más potente de la época. Al observar una estrella variable en la nebulosa de Andrómeda (M31), identificó una Cefeida — una estrella cuyo brillo varía con un período directamente relacionado con su luminosidad real, según la relación período-luminosidad descubierta por Henrietta Leavitt en 1912. Este método le permitió estimar la distancia de M31 en unos 900 000 años-luz, situándola ampliamente fuera de nuestra Galaxia. Así, Hubble puso fin al largo debate sobre la naturaleza de los objetos difusos que en adelante se llamarían galaxias.

Un poco más tarde, en 1929, Hubble analizó las velocidades radiales de las galaxias, previamente medidas por Vesto Slipher (1875-1969), a partir de los corrimientos al rojo de las líneas espectrales. Se limitó primero a las galaxias situadas a menos de 6 millones de años-luz y notó que la relación velocidad-distancia es aproximadamente lineal. Junto con Milton Humason (1891-1972), extendió su estudio a galaxias distantes hasta 100 millones de años-luz; la relación siguió siendo lineal.

La ley de Hubble y la tasa de expansión

Hubble entonces enunció su famosa ley de Hubble, "Las galaxias se alejan unas de otras a una velocidad proporcional a su distancia". En otras palabras, cuanto más lejos está una galaxia de nosotros, más rápido parece alejarse. Creó así el concepto de expansión del Universo. Atención: las galaxias se alejan, pero no se trata de un verdadero movimiento de las galaxias; es el Universo entero que se hincha y da esta velocidad aparente a las galaxias. Es el espacio entre las galaxias que aumenta; en realidad, es el espacio-tiempo que se dilata.

La tasa de expansión de las galaxias entre sí corresponde a la constante de Hubble (H₀) calculada por Edwin Hubble y Georges Lemaître en los años 1930. El inverso de la constante de Hubble se llama el tiempo de Hubble; corresponde a la duración desde el Big Bang, y por lo tanto a la edad del universo. La radiación fósil, descubierta en 1965, es una verdadera «Piedra de Rosetta» para los cosmólogos, ya que permite descifrar la historia térmica del Universo desde el Big Bang.

N.B.: La distancia de 900 000 años-luz calculada por Hubble en 1923-1925 para M31 subestimaba enormemente la realidad (hoy establecida en unos 2,5 millones de años-luz). El error provenía de una confusión entre dos poblaciones diferentes de Cefeidas, con relaciones período-luminosidad distintas, corregida solo en 1952 por el astrónomo Walter Baade — quien duplicó de golpe el tamaño estimado del Universo observable.

La escala de distancias cósmicas: de las Cefeidas a las supernovas

Una cadena de mediciones calibradas unas sobre otras

Medir una velocidad de recesión es relativamente simple, gracias al corrimiento al rojo del espectro luminoso. Medir una distancia intergaláctica es, en cambio, mucho más delicado, y esta es precisamente la principal fuente de incertidumbre sobre la constante de Hubble. Los astrónomos utilizan para ello una escala de distancias cósmicas, una sucesión de patrones de medición, cada uno calibrado sobre el anterior: la paralaje para las estrellas próximas a nuestra Galaxia, las Cefeidas para las galaxias cercanas (su luminosidad real se deduce de su período de pulsación), luego las supernovas de tipo Ia para las galaxias más lejanas, cuyo brillo máximo está notablemente estandarizado y sirve de "vela estándar".

Un método alternativo: la punta de la rama de las gigantes rojas

Otro método, llamado Tip of the Red Giant Branch (TRGB, o «punta de la rama de las gigantes rojas»), se basa en el hecho de que las estrellas gigantes rojas alcanzan todas una luminosidad máxima muy similar antes de iniciar la fusión del helio en su núcleo. Ofrece una calibración independiente de las Cefeidas y, realizada con el telescopio espacial James Webb, da valores de la constante de Hubble intermedios entre los obtenidos por los dos métodos principales — una pista seria para comprender el origen del desacuerdo descrito más adelante.

¿Cuál es el valor de la constante de Hubble?

Constante de Hubble y expansión del Universo — Estas pequeñas fluctuaciones de temperatura son los primeros destellos del universo observable vistos por la misión Planck (marzo de 2013). Desde 2013, los astrofísicos europeos, canadienses y estadounidenses han refinado la composición del Universo. Esta imagen compuesta en falso color representa las huellas de los primeros instantes de la creación, unos 380 000 años después del Big Bang, hace 13 800 millones de años (≈1%). El universo observable está compuesto por 69,4 % de energía oscura, 25,8 % de materia oscura fría y 4,8 % de átomos, es decir, de materia ordinaria.
Fuente de la imagen: ESA (nueva ventana).

El Fondo Cósmico de Microondas

El mapa del Fondo Cósmico de Microondas representa la radiación electromagnética procedente de los primeros instantes del Universo observable. Estos fotones, detectables hoy en la gama de las ondas radio, han conservado las huellas de las grandes estructuras nacientes que serán transportadas por la inflación.

Las mediciones de la constante de Hubble

El valor de la constante de Hubble (H₀) no se conoce con una precisión perfecta y, sobre todo, difiere según el método empleado. En marzo de 2013, un primer análisis de los datos del satélite Planck había dado un valor de 67,8 km/s/Mpc; el análisis final de la misión, publicado en 2018, lo afinó a 67,4 ± 0,5 km/s/Mpc, deducido del Fondo Cósmico de Microondas. Por su parte, el equipo SH0ES, combinando las Cefeidas y las supernovas de tipo Ia sobre la escala de distancias, obtiene un valor notablemente más elevado, aproximadamente 73,0 ± 1,0 km/s/Mpc (resultados de 2022). Una burbuja de 1 Mpc se hincha por tanto hoy, según el método retenido, de 67 a 73 km cada segundo; una burbuja de 10 Mpc, diez veces más; una burbuja de 100 Mpc, cien veces más…

La tensión de Hubble: una anomalía que persiste

Dos métodos, dos resultados incompatibles

Esta discrepancia entre las dos grandes familias de mediciones — 67,4 km/s/Mpc desde el Fondo Cósmico de Microondas, frente a unos 73 km/s/Mpc desde la escala de distancias locales — tiene un nombre: la tensión de Hubble. No es un simple margen de error: la discrepancia supera hoy 5 desviaciones estándar (5σ) según el equipo SH0ES, lo que hace altamente improbable que se trate de una casualidad estadística. Ahora bien, ambos métodos se basan en una física extremadamente bien comprendida — el modelo cosmológico estándar ΛCDM para el Fondo Cósmico de Microondas, y la calibración bien establecida de las Cefeidas y las supernovas de tipo Ia para la escala de distancias.

Mediciones independientes que complican el panorama

Otros métodos, totalmente independientes de los dos anteriores, alimentan el debate sin resolverlo. Las oscilaciones acústicas de bariones (BAO), medidas en 2024 por el instrumento DESI, dan un valor bajo de aproximadamente 68,4 km/s/Mpc, cercano al de Planck. A la inversa, mediciones recientes basadas en los retardos temporales de cuásares lenteados gravitatoriamente (colaboración TDCOSMO, 2025) dan valores elevados, en torno a 70 a 78 km/s/Mpc, reforzando más bien el bando de las mediciones locales. Entre ambos, el método TRGB llevado a cabo con el telescopio espacial James Webb da valores intermedios, en torno a 69 a 70 km/s/Mpc, que podrían indicar una pista de resolución parcial — sin que la comunidad científica sea hoy unánime.

¿Nueva física, o simple error sistemático?

Dos grandes hipótesis se enfrentan para explicar la tensión de Hubble. La primera supone la existencia de un error sistemático aún no identificado en uno de los métodos de medición — un sesgo en la calibración de las Cefeidas, o una mala comprensión de un parámetro del modelo ΛCDM. La segunda, más especulativa, contempla una verdadera nueva física: una forma de energía oscura temprana, una modificación de la gravedad, o una física de los neutrinos diferente de la aceptada hoy. Las futuras misiones, como el telescopio espacial Nancy Grace Roman o la misión Euclid de la ESA, deben aportar datos adicionales en los próximos años para intentar dirimir estas hipótesis.

¿Cuál es el efecto de la expansión del Universo sobre la distancia Tierra-Sol?

Una expansión a gran escala

La expansión del universo solo se aplica sobre espacios muy grandes, es decir, entre entidades como los cúmulos de galaxias o los supercúmulos.

Los sistemas ligados gravitatoriamente

En el sistema solar, los objetos están "conectados" por la fuerza gravitatoria del Sol y el conjunto puede considerarse un sistema compacto.

Los objetos, dotados de una masa y cuya velocidad de uno respecto a otro es inferior a su velocidad de escape, forman parte de un sistema gravitatorio. Mientras el sistema esté ligado gravitatoriamente, el espacio entre los objetos no puede hincharse bajo el efecto de una fuerza antigravitatoria. Todo el sistema está desacoplado de la expansión del Universo observable. Lo mismo ocurre con el Sol en el interior de la Galaxia.

Tabla: Equivalencias entre las unidades de distancia

Esta tabla presenta las equivalencias entre las principales unidades de distancia utilizadas en astronomía: el pársec (pc), el año-luz (al), la unidad astronómica (ua) y el kilómetro (km).

Unidades de distancia astronómicas
Unidades de distancia	pc	al	ua	km
pc	1	3,26	206265	3,09x10¹³
al	0,307	1	63242	9,46x10¹²
ua	4,85x10^-6	1,58x10^-5	1	1,50x10⁸
km	3,24x10^-14	1,06x10^-13	6,68x10^-9	1

Referencias

FAQ: Todo lo que hay que saber sobre la constante de Hubble y la expansión del Universo

¿Qué es la constante de Hubble?

La constante de Hubble es la tasa de expansión del Universo. Mide la velocidad a la que una galaxia se aleja en función de su distancia. Su valor se sitúa entre 67 y 73 km/s/Mpc según el método de medición utilizado.

¿Cuál es el valor actual de la constante de Hubble?

El satélite Planck, a partir del Fondo Cósmico de Microondas, midió 67,4 km/s/Mpc, mientras que el equipo SH0ES, a partir de las Cefeidas y las supernovas de tipo Ia, obtiene aproximadamente 73 km/s/Mpc. Esta diferencia, estadísticamente muy significativa, se llama tensión de Hubble.

¿Qué es la tensión de Hubble?

La tensión de Hubble designa el desacuerdo persistente, hoy superior a 5 desviaciones estándar, entre el valor de H₀ deducido del Universo primordial (Fondo Cósmico de Microondas) y el medido en el Universo cercano (escala de distancias). Su origen sigue siendo debatido: error sistemático no identificado, o nueva física más allá del modelo estándar de la cosmología.

¿Cómo se miden las distancias entre galaxias?

Los astrónomos utilizan una escala de distancias cósmicas: las Cefeidas, estrellas variables cuya luminosidad real se deduce de su período de pulsación, permiten calibrar las supernovas de tipo Ia, utilizadas como velas estándar para las galaxias más lejanas. El método de la punta de la rama de las gigantes rojas (TRGB) ofrece una calibración independiente.

¿Por qué la expansión del Universo no afecta al sistema solar?

La expansión solo se aplica a distancias muy grandes, entre cúmulos de galaxias. Los sistemas ligados por la gravedad, como el sistema solar o nuestra Galaxia, están desacoplados de la expansión. Su cohesión gravitatoria es mucho más fuerte que la expansión del espacio.

¿Qué es el tiempo de Hubble?

El tiempo de Hubble es el inverso de la constante de Hubble. Da una estimación de la edad del Universo, aproximadamente 13 800 millones de años.

¿Qué es el Fondo Cósmico de Microondas?

El Fondo Cósmico de Microondas (CMB) es una radiación fósil emitida aproximadamente 380 000 años después del Big Bang. Constituye una fotografía del Universo primordial y permite medir la constante de Hubble.

¿Está acelerada la expansión del Universo?

Sí, desde 1998 se sabe que la expansión del Universo está en aceleración. Esta aceleración se atribuye a la energía oscura, un componente misterioso que representa aproximadamente el 69 % del Universo.

🏠