Da quando l’astronomo Edwin Hubble ha dimostrato l’espansione dell’universo osservando che le galassie tanto più sono distanti dall’osservatore tanto più velocemente si allontanano, i cosmologi hanno misurato il tasso di espansione cosmica o “costante di Hubble” tracciando la storia dell’evoluzione del cosmo.
Oggi i cosmologi si trovano davanti a un nuovo mistero, la notevole differenza tra le misurazioni dell’espansione mediante le radiazioni emesse dall’Universo primordiale e le misurazioni effettuate mediante il calcolo delle distanze di oggetti vicini.
I ricercatori del Cosmic Dawn Center, del Niels Bohr Institute all‘Università di Copenhagen, hanno preso parte a questo dibattito concentrandosi sulle misurazioni della velocità.
Il risultato è stato pubblicato su Astrophysical Journal.
I ricercatori del Cosmic Dawn Center hanno scoperto che le misurazioni della velocità utilizzate per determinare la costante di Hubble potrebbero non essere corrette. Questo, secondo i ricercatori, suggerisce incoerenza sulla composizione dell’universo.
Misurare il tasso di espansione cosmica
Oggi, il tasso di espansione dell’universo (costante di Hubble) viene ricavato utilizzando due tecniche diverse. La prima tecnica è basata sulla misurazione della relazione tra distanza e velocità delle galassie vicine, mentre la seconda deriva dallo studio della radiazione di fondo dall’universo primordiale.
Sorprendentemente, questi due approcci attualmente trovano tassi di espansione diversi. Se la differenza è reale, la conseguenza dovrà essere una reinterpretazione dell’evoluzione dell’Universo.
Nonostante le premesse esiste ancora un’altra possibilità, la differenza riscontrata nelle diverse misurazioni della costante di Hubble potrebbe derivare da misurazioni errate.
È estremamente complicato misurare le distanze nell’universo, per questo molti studi si sono concentrati sul miglioramento e sulla ricalibrazione delle misurazioni della distanza. Ma nonostante ciò, negli ultimi 4 anni il disaccordo è rimasto evidente.
La velocità delle galassie più lontane è facile da misurare, o almeno così si credeva
Nel nuovo studio, il team del Cosmic Dawn Center tenta di far luce su un problema legato al calcolo della costante di Hubble: la misurazione della velocità.
A seconda della velocità con cui un oggetto distante si allontana dall’osservatore, la sua luce si sposta più o meno verso il rosso.
Calcolando lo spostamento verso il rosso delle galassie lontane è possibile misurare la loro velocità di allontanamento. A differenza delle misurazioni della distanza, si è sempre pensato che le velocità di recessione fossero relativamente facili da misurare.
Tuttavia, quando il team di ricercatori ha rivisto le misurazioni della distanza e della velocità da più di 1000 supernove misurate negli ultimi 25 anni, hanno messo in evidenza una sorprendente discrepanza nei loro risultati.
Albert Sneppen, studente del Niels Bohr Institute, spiega: “Abbiamo sempre creduto che la misurazione delle velocità fosse abbastanza semplice e precisa, ma si è scoperto che in realtà abbiamo a che fare con due tipi di redshift”.
Il primo tipo, che misura la velocità con cui la galassia ospite si allontana dall’osservatore, è considerato il più affidabile.
L’altro tipo di spostamento verso il rosso misura invece la velocità della materia espulsa dalla supernova all’interno della galassia. O, più precisamente, la materia della supernova che si muove verso l’osservatore ad una piccola percentuale della velocità della luce.
Dopo aver compensato questo movimento extra, è possibile determinare lo spostamento verso il rosso e la velocità della galassia ospite.
Ma questa compensazione ha bisogno di un modello preciso per spiegare l’esplosione. I ricercatori sono stati in grado di determinare che i risultati di queste due diverse tecniche si traducono in due diverse storie di espansione per l’Universo, e quindi anche in due diverse composizioni.
Quindi, questo significa che le misurazioni dell’Universo primordiale e le misurazioni più recenti sono una questione di misurazioni imprecise della velocità?
Probabilmente no, osserva Bidisha Sen, uno degli autori dell’articolo. “Anche se utilizziamo solo i redshift più affidabili, le misurazioni della supernova non solo continuano a non essere d’accordo con la costante di Hubble misurata dall’Universo primordiale, ma suggeriscono anche una discrepanza più generale per quanto riguarda la composizione dell’Universo”.
Il professore associato del Niels Bohr Institute Charles Steinhardt, è incuriosito da questi nuovi risultati. “Se abbiamo effettivamente a che fare con due disaccordi, significa che il nostro modello attuale sarebbe” rotto in modo interessante “.
Ha poi aggiunto: “Per risolvere due problemi, uno riguardante la composizione dell’Universo e uno riguardante il tasso di espansione cosmica, sono necessarie spiegazioni fisiche piuttosto diverse che se volessimo spiegare solo una singola discrepanza nel tasso di espansione cosmica”.
Con il Nordic Optical Telescope a Gran Canaria i ricercatori stanno ora misurando nuovi redshift dalle galassie.
Quando confronteranno questi risultati con i redshift misurati sulle supernove, saranno in grado di capire se le due tecniche divergono ancora. “Abbiamo appreso che queste misurazioni sensibili richiedono misurazioni precise della velocità e saranno ottenibili con nuove osservazioni”, spiega Steinhardt.
