Costante di Hubble: viviamo in un universo bizzarro. O lo stiamo guardando male

C'è un problema con la costante di Hubble, ossia con l'Universo. O forse c'è un problema nel modo in cui lo stiamo osservando. Ad ogni modo, c'è qualcosa di strano

C’è un problema con la costante di Hubble, ossia con l’Universo. O forse c’è un problema nel modo in cui lo stiamo osservando. Ad ogni modo, c’è qualcosa di strano.

In poche parole, l’Universo si sta espandendo, ce lo dice la misurazione della costante di Hubble. Ci sono un sacco di modi diversi per misurare tale espansione. La buona notizia è che questi metodi ottengono tutti più o meno lo stesso numero. La cattiva notizia è che non trovano esattamente lo stesso numero. Un gruppo di metodi ottiene un numero e un altro gruppo ottiene un altro numero.

Questa discrepanza esiste da un po’ e non sta migliorando. In effetti, sta peggiorando (come piace dire agli astronomi, c’è una crescente tensione tra i metodi). La grande differenza tra i due gruppi è che un insieme di metodi guarda a cose relativamente vicine nell’Universo e l’altro guarda a cose molto distanti. 

O stiamo facendo qualcosa di sbagliato, o l’Universo lontano sta facendo qualcosa di diverso da quello che fa qui vicino.

Un documento pubblicato su Arxiv utilizza un metodo diverso per misurare l’espansione osservando le galassie vicine, e ciò che trova è perfettamente in linea con i risultati ottenuti con altri metodi basati sugli “oggetti vicini”. Cosa che può o non può aiutare.

Facciamo il punto … 

Calcolare la costante di Hubble

Sappiamo da circa un secolo che l’Universo si sta espandendo. Vediamo galassie che si allontanano da noi e più una galassia è lontana, più sembra che si stia muovendo velocemente. Per quanto ne sappiamo, c’è una stretta relazione tra la distanza di una galassia e la rapidità con cui sembra allontanarsi. 

Quindi, diciamo, una galassia a 1 megaparsec (abbreviato Mpc) di distanza si allontana da noi a circa 70 chilometri al secondo e una al doppio della distanza (2 Mpc) si allontana due volte più velocemente (140 km / sec).

Questo rapporto sembra valere per grandi distanze e lo chiamiamo costante di Hubble, o H0 (pronunciato “H nought”), dal nome di Edwin Hubble che fu uno dei primi a proporre questa idea. Viene misurata in unità di chilometri al secondo per megaparsec.

I metodi che esaminano oggetti più vicini come stelle nelle galassie vicine, stelle che esplodono e simili fanno sì che H0 sia circa 73 km / sec / Mpc. Ma i metodi che utilizzano cose più distanti come il fondo cosmico a microonde e le oscillazioni acustiche barioniche ottengono per la costante di Hubble un numero inferiore, più vicino a 68 km / sec / Mpc.

Sono vicini, ma non sono la stessa cosa. E dato che i due metodi sembrano tutti coerenti internamente, questo è un problema. Cosa sta succedendo?

Il nuovo documento utilizza un metodo interessante chiamato fluttuazioni della luminosità della superficie. È un nome stravagante ma implica un’idea che è effettivamente intuitiva.

Immagina di trovarti ai margini di una foresta, proprio di fronte a un albero. Poiché sei così vicino, vedi solo un albero nel tuo campo visivo. Indietreggia un po’ e puoi vedere più alberi. Allontanati ancora e puoi vederne ancora di più.

Lo stesso con le galassie. Osservane una da vicino con un telescopio. In un dato pixel della tua fotocamera, potresti vedere dieci stelle, tutte sfocate insieme in quel singolo pixel. Solo a causa delle statistiche, un altro pixel potrebbe vedere 15 (è il 50% più luminoso del primo pixel), altri 5 (la metà più luminoso del primo).

Ora guarda una galassia identica ma due volte più distante. In un pixel potresti vedere 20 stelle e in altri 27 e 13 (una differenza di ~ 35%). A 10 volte la distanza ne vedi 120, 105 e 90 (una differenza di circa il 10%) – nota che sto semplificando il modo qui e sto solo inventando numeri come esempio. Il punto è che più una galassia è lontana, più uniforme è la distribuzione della luminosità (la differenza tra i pixel si riduce rispetto al totale in ogni pixel). Non solo, è più fluido in un modo in cui puoi misurare e assegnare un numero.

In realtà è più complicato di così. Se una galassia sta creando stelle in una sezione, getta via i numeri, quindi è meglio guardare le galassie ellittiche, che non creano nuove stelle da miliardi di anni. La galassia deve essere abbastanza vicina da poter ottenere buone statistiche, il che limita questa tecnica a quelle entro i 300 milioni di anni luce di distanza. 

Devi anche tenere conto della polvere e delle galassie di fondo nelle tue immagini, degli ammassi stellari e di come le galassie abbiano più stelle verso il loro centro, e di svariate altre variabili.

Ma tutti questi sono coefficienti noti e abbastanza semplici da correggere.

Quando gli astronomi autori del nuovo studio hanno fatto tutto questo, il numero che hanno ottenuto per la costante di Hubble H0 è 73,3 km/sec/Mpc (con un’incertezza di circa ± 2 km/sec/Mpc) in linea con altri metodi basati su oggetti vicini e molto diversi da l’altro gruppo che utilizza metodi basati su oggetti distanti.

In un modo che ci si aspetta, ma ancora una volta questo dà credito all’idea che ci sta sfuggendo qualcosa di importante.

Tutti i metodi hanno i loro problemi, ma le loro incertezze sono piuttosto piccole. O stiamo davvero sottovalutando queste incertezze (sempre possibile ma un po’ improbabile a questo punto) o l’Universo si sta comportando in un modo che non ci aspettavamo.

Se dovessi scommettere, sceglierei quest’ultima opzione.

Perché? 

Perché è già stato fatto prima. L’universo è complicato. Dagli anni ’90 sappiamo che l’espansione è tutt’altro che una costante. Gli astronomi hanno visto che supernovae molto distanti erano sempre più lontane di quanto indicato da una semplice misurazione, il che li ha portati a pensare che l’Universo si stia espandendo più velocemente di prima, il che, a sua volta, ha portato alla scoperta dell’energia oscura – l’entità misteriosa che accelera l’Espansione dell’Universo.

Quando guardiamo oggetti molto distanti li vediamo com’erano in passato, quando l’Universo era più giovane. Se il tasso di espansione dell’Universo fosse stato diverso allora (diciamo 12-13,8 miliardi di anni fa) rispetto a adesso (meno di un miliardo di anni fa) possiamo ottenere due valori diversi per la costante di Hubble H0

O, forse, diverse parti dell’Universo si stanno espandendo a velocità diverse.

Se il tasso di espansione è cambiato, ciò ha profonde implicazioni. Significa che l’Universo non ha l’età che pensiamo abbia, il che significa che è di dimensioni diverse, il che significa che il tempo necessario perché le cose accadano è diverso. Significa che i processi fisici che si sono verificati nell’Universo primordiale sono avvenuti in tempi diversi e forse sono coinvolti altri processi che influenzano il tasso di espansione.

Quindi sì, è un casino. 

O non capiamo abbastanza bene come si comporta l’Universo, o non lo misuriamo correttamente. Ad ogni modo è un enorme problema. E semplicemente non sappiamo quale sia.

Questo nuovo documento fa sembrare ancora più che la discrepanza sia reale, ma non è conclusivo. Dobbiamo attenerci a questo, continuare ad abbattere le incertezze, continuare a provare nuovi metodi e, auspicabilmente, a un certo punto avremo abbastanza dati per indicare qualcosa e trovare la soluzione.

Sarà una giornata interessante. La nostra comprensione del cosmo farà un grande balzo quando ciò accadrà, e allora i cosmologi dovranno trovare qualcos’altro su cui discutere. 

È un posto grande, questo Universo, e c’è molto di cui occuparsi.

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