Per misurare l’espansione dell’universo, oggi disponiamo di una nuova tecnica, basata sulla rilevazione delle distanze da un tipo particolare di stella, chiamata Ramo gigante asintotico della regione J, o tecnica JAGB.
L’astrofisica Abigail Lee in un suo articolo ha analizzato le osservazioni della luce di una galassia vicina per convalidare la tecnica JAGB nella misurazione delle distanze cosmologiche.
Questa tecnica consentirà future misurazioni della distanza indipendenti che potranno rispondere a una delle più grandi domande della cosmologia: quanto è rapida l’espansione dell’universo?
La cosmologia nasconde una nuova fisica in grado di spiegare l’espansione dell’universo e la sua evoluzione? La differenza nei risultati delle diverse misurazioni della costante di Hubble potrebbero significare nuove proprietà dell’universo o errori di interpretazione nelle misurazioni.
Ad affermarlo Wendy L. Freedman, professoressa di astronomia e astrofisica dell’Università John e Marion Sullivan e autrice senior dell’articolo scritto con la Lee.
“Ci sono pochissimi metodi per misurare le distanze che possono fornire la precisione richiesta. Lee sta sviluppando questo nuovo metodo JAGB, che mostra le prime promesse per la risoluzione di questa discrepanza” ha aggiunto Freedman.
Nel 1920, Edwin Hubble scoprì che la Via lattea non è l’unica galassia presente nell’universo. Con le sue osservazioni si accorse che esistevano altre galassie che chiamò “universi isola” che si allontanavano dalla nostra galassia a velocità tanto più elevata, tanto più erano distanti.
Hubble ricavò una costante che oggi prende il suo nome, la costante di Hubble appunto, che viene utilizzata per calcolare il tasso di espansione dell’universo.
Hubble misurò la costante confrontando le misurazioni della distanza galattica e della velocità derivate da un tipo specifico di stella, le variabili cefeidi.
Le misurazioni che utilizzano metodi diretti come quello di Hubble sono migliorate notevolmente nel corso dei decenni, ma non concordano con i metodi che estrapolano dallo sfondo delle microonde cosmiche, la luce residua dall’universo primordiale. Questo disaccordo è chiamato tensione di Hubble ed è uno dei problemi più importanti della cosmologia moderna.
Un metodo di misurazione indipendente potrebbe contribuire a colmare il divario tra i metodi e portare a una nuova visione della costante di Hubble per calcolare il tasso di espansione dell’universo.
È qui che entra in gioco il metodo JAGB. Le stelle nella regione J Asymptotic Giant Branch sono un tipo specifico di giganti che contengono una quantità sostanziale di carbonio nelle loro atmosfere, portato in superficie dalle correnti di convezione.
Il carbonio da a questo tipo di stelle un colore distinto e una luminosità che consente loro di essere identificate in un insieme di stelle all’interno di una galassia.
Queste stelle potrebbero diventare le nuove “candele standard” che gli astronomi potrebbero utilizzare per misurare l’espansione dell’universo.
Poiché la luminosità apparente di una stella dipende sia dalla distanza dall’osservatore che dalla sua luminosità intrinseca, conoscere la luminosità intrinseca di una stella può permettere agli astronomi di calcolare la sua distanza.
Espansione dell’universo: candele standard
Il team ha scelto una galassia alla periferia del gruppo di galassie più vicino, chiamato Wolf-Lundmark-Melotte o WLM, e ha utilizzato i dati presi dalle osservazioni con i telescopi Magellan all’Osservatorio di Las Campanas in Cile.
Utilizzando un singolo oggetto come obiettivo e applicando quattro diversi metodi di misurazione indipendenti, il team ha potuto confrontare l’accuratezza e la precisione del metodo JAGB.
Dopo aver analizzato i dati in quattro modi diversi, i ricercatori hanno scoperto che il metodo JAGB non è solo un controllo indipendente su altri metodi di misurazione della distanza, ma che richiede meno tempo di osservazione.
Le stelle JAGB sono più luminose delle stelle utilizzate in altre misurazioni della distanza, quindi possono anche essere osservate a distanze maggiori, il che consentirà calibrazioni più lontane di quanto sia possibile con altri metodi.
Inoltre, le stelle JAGB si trovano in tutti i tipi di galassie, a differenza delle stelle usate da Hubble che sono presenti solo in alcuni tipi di galassie a spirale.
Il metodo sarà testato con il prossimo telescopio spaziale James Webb e con il telescopio spaziale Hubble che permetteranno nuovi test sull’espansione dell’universo.
Le supernove di tipo Ia vengono utilizzate per misurare galassie più distanti, ma devono essere calibrate mediante misurazioni ai distanze più brevi utilizzando tecniche come il metodo JAGB.
“Una volta fatto ciò, non solo possiamo misurare la costante di Hubble, ma anche confrontare questi vari metodi di distanza per vedere se ci sono problemi con qualcuno di essi” ha spiegato la Lee.
Se quel nuovo valore indipendente per la costante di Hubble concorda con altri metodi di misurazione diretta o con le misurazioni dell’universo primordiale, farà luce su questa domanda che ha a lungo perplesso astronomi e cosmologi.
