Un nuovo test conferma l’energia oscura e l’espansione dell’universo

Il modello cosmologico standard o modello Lambda-CDM (dove CDM sta per Cold Dark Matter, ossia Materia Oscura Fredda) riproduce in maniera soddisfacente le osservazioni della cosmologia del Big Bang, spiegando le osservazioni della radiazione cosmica di fondo (CMB), della struttura a grande scala dell’universo e delle supernovae che indicano un universo in espansione accelerata.
Nel Modello standard l’energia oscura permea l’universo e ne provoca un’espansione a un ritmo sempre crescente e costituisce oltre il 70% di tutto quanto c’è nel cosmo. Questo modello ha un problema ancora irrisolto: misurando il tasso di espansione con tecniche diverse si ottengono risultati discordanti tra loro.
L’espansione dell’universo può essere misurata con diverse tecniche. Una di esse consiste nel calcolare il moto relativo delle galassie distanti. Il calcolo viene eseguito misurando la luce delle supernove di tipo Ia all’interno di queste galassie. Questo tipo di stelle presentano una luminosità standard abbastanza uniforme, quindi misurando la loro luminosità si può risalire alla distanza della galassia che le ospita. Confrontando la luminosità delle supernove Ia con il redshift della galassia si ricava il parametro di Hubble.
Con questa tecnica si è scoperto che l’Universo si espande in maniera accelerata.
Un’altra tecnica è quello di osservare lo sfondo cosmico a microonde che permea l’universo. Questa radiazione proviene dall’epoca della ricombinazione, quando i primi atomi poterono combinarsi dal plasma primordiale rendendo l’universo trasparente alla luce. Questa radiazione fossile del Big Bang ha una temperatura di circa 3 K, con piccole variazioni tra le diverse regioni del cielo. La scala di queste fluttuazioni dipende dalla velocità di espansione cosmica. Attente osservazioni effettuate dal telescopio dell’ESA Planck hanno fornito una buona misura della costante di Hubble. Questa misurazione è completamente indipendente dalla misura effettuata mediante le supernovae.
I due risultati dovrebbero essere concordi, ma in realtà non lo sono.
I risultati di Planck danno un valore della costante Hubble di circa 67 – 68 (km / s) / Mpc, mentre le osservazioni delle supernova danno un valore di circa 71 – 75 (km / s) / Mpc.
I risultati ottenuti in passato erano sovrapponibili perché abbastanza grandi, ma ora la precisione del risultato ne sottolinea il totale disaccordo. Questo non significa che l’energia oscura non esista, significa però che c’è ancora qualcosa che gli astronomi non capiscono.
Una delle difficoltà che presentano questi risultati è che dipendono dal modello. Ognuno di essi dipende da determinati presupposti sull’universo.
Uno di questi è che l’universo sia piatto.
In altre parole, la luce che giunge fino a noi dalle galassie distanti ha viaggiato sostanzialmente in linea retta. Lo spazio in generale non è incurvato. Tuttavia, dai dati di Planck emergono alcune prove su una curvatura molto piccola dello spazio, questo contribuirebbe a spiegare la discrepanza nei risultati.
Il problema dell’incongruenza è stato affrontato prendendo in considerazione altre tecniche per misurare l’espansione cosmica. Una ricerca condotta da un team dell’Università di Portsmouth ritiene che le grandi strutture nella rete di galassie presenti nell’Universo siano in grado di consentire di effettuare test più precisi, sia sull’energia oscura che sull’espansione cosmica, rispetto a quelli condotti finora.
La ricerca ha preso in considerazione i dati di più un milione di galassie e quasar raccolti in più di un decennio dalla Sloan Digital Sky Survey. La tecnica è basata su una combinazione dei vuoti cosmici, grandi zone dello spazio in espansione contenenti pochissime galassie, e la debole impronta delle onde sonore nell’Universo primordiale, note come oscillazioni acustiche barioniche (BAO), che possono essere osservate nella distribuzione delle galassie.
Questo metodo consente di misurare gli effetti diretti dell’energia oscura, che guida l’espansione accelerata dell’universo, e garantisce risultati molto più precisi nella misurazione del parametro di Hubble rispetto alla tecnica basata sull’osservazione dell’esplosione delle supernove.
I risultati confermano il modello dell’energia oscura come costante cosmologica, e di un universo spazialmente piatto, con una precisione senza precedenti in contrasto con i dati raccolti dal telescopio spaziale Planck che suggeriva una curvatura spaziale positiva dedotta dalle misurazioni del fondo cosmico a microonde.
La curvatura infatti non può spiegare i diversi valori. Per il parametro Hubble, il team ha ottenuto un risultato di circa 70 – 74 (km / s) / Mpc, che concorda con il risultato della supernova più grande. Ma le loro osservazioni si sono concentrate principalmente su galassie con uno spostamento verso il rosso di z <2, o in circa 9 miliardi di anni luce. Quando il team ha aggiunto dati di galassie più distanti, il risultato si è spostato a 68 – 70 (km / s) / Mpc, che concorda meglio con il risultato di Planck.
Il risultato dello studio mostra l’importanza delle indagini sulle galassie per determinare la quantità di energia oscura, e come questa si sia evoluta negli ultimi miliardi di anni. Riporta inoltre una misurazione molto precisa della costante di Hubble, il cui valore è stato recentemente oggetto di discussione tra gli astronomi.
Fonti: https://www.universetoday.com/146380/a-new-test-confirms-dark-energy-and-the-expansion-of-the-universe/; https://www.media.inaf.it/2020/06/04/vuoto-cosmico-hubble.