Una tanto attesa mappa del bagliore del Big Bang non riesce a risolvere il dibattito sulla velocità con cui l'Universo si sta espandendo e la tensione sulla costante di Hubble è più forte che mai
Una nuova e più dettagliata mappa dell’Universo primordiale non è riuscita a dirimere la diatriba che si trascina da qualche anno circa la velocità alla quale l’universo si espande.
La mappa è stata realizzata utilizzando i dati raccolti utilizzando il telescopio nel deserto di Atacama in Cile che supportano le precedenti stime dell’età, della geometria e dell’evoluzione dell’Universo. Ma i risultati si scontrano con le misurazioni della velocità con cui le galassie si allontanano l’una dall’altra e prevedono che l’Universo dovrebbe espandersi a un ritmo significativamente più lento di quanto si osservi attualmente.
L’Atacama Cosmology Telescope (ACT) ha mappato il fondo cosmico a microonde (CMB), il “bagliore” di radiazione del Big Bang. I risultati, basati su dati raccolti tra il 2013 e il 2016, sono stati pubblicati lo scorso 15 luglio in due prestampe sul repository arXiv.
La radiazione CMB proviene da tutte le direzioni dello spazio, ma non è perfettamente uniforme: le sue variazioni nelle diverse aree del cielo rivelano che alcune regioni dell’Universo primordiale differivano leggermente in temperatura, con una differenza di meno di 0,03 kelvin. Negli ultimi due decenni, i cosmologi hanno usato quelle minuscole variazioni – insieme a una teoria consolidata che chiamano modello standard – per calcolare alcune delle caratteristiche chiave della struttura e dell’evoluzione dell’Universo, tra cui la sua età e la densità della materia.
I cosmologi, insoltre, utilizzano queste lievissime differenze per prevedere la velocità con cui l’Universo si sta attualmente espandendo, una misura nota come costante di Hubble. Il telescopio Planck dell’Agenzia spaziale europea ha mappato il CMB nell’intero cielo effettuando misurazioni tra il 2009 ed il 2013 con una precisione senza precedentiricavando dati che sono considerati il gold standard della cosmologia CMB. I dati ACT ora confermano i risultati di Planck e producono un valore molto simile per la costante di Hubble.
Ma nessuno dei due risultati corrisponde alle misurazioni dirette della costante di Hubble effettuate utilizzando tecniche diverse, una discrepanza che è diventata nota come tensione della costante di Hubble. Gli astronomi usano la luminosità di particolari tipi di stelle ed esplosioni di supernova, collettivamente chiamate candele standard, per calcolare la velocità di espansione hanno calcolato che le galassie si allontanano l’una dall’altra a una velocità di circa il 10% maggiore di quanto previsto dalle mappe CMB.
Molti ricercatori avevano sperato che, man mano che le tecniche sarebbero diventate più accurate, il divario si sarebbe ridotto. Invece, restringere il margine di errore per ogni tipo di studio ha solo reso l’incongruenza più significativa.
Il telescopio cosmologico Atacama. Credito: Debra Kellner
L’esperimento di CMB a Terra denominato ACT avrebbe potuto confutare i risultati di Planck, afferma Erminia Calabrese, cosmologa dell’Università di Cardiff, nel Regno Unito, che ha guidato l’analisi dei dati. Il design e la posizione del telescopio, relativamente vicini all’equatore, gli consentono di mappare una maggiore porzione dello sfondo cosmico a microonde rispetto ad altri telescopi terrestri o aerostati, che in genere sono stati limitati a regioni più piccole.
Mappare il cielo su larga scala è cruciale per calcolare i parametri chiave dell’espansione cosmica, sostiene la Calabrese. Un altro punto di forza dell’esperimento ACT è stato il fatto che ha effettuato misurazioni precise della polarizzazione della radiazione CMB, come ha spiegato il ricercatore principale Suzanne Staggs dell’Università di Princeton nel New Jersey. I dati di polarizzazione rivelano come le galassie in primo piano influenzano la propagazione del CMB e aiutano a rendere più precise le misurazioni cosmologiche.
“Per la prima volta abbiamo due set di dati misurati in modo indipendente e con sufficiente precisione per fare un confronto“, afferma Calabrese. Dopo essere stata anche un membro del team Planck, per lei è stato un sollievo scoprire che le predizioni della costante di Hubble dei due esperimenti si accordavano entro lo 0,3% l’una dall’altra.
Questo accordo tra ACT e Planck sulla costante di Hubble è “una vera pietra miliare“, afferma Paul Steinhardt, fisico teorico all’Università di Princeton. “Sono rimasto molto colpito dalla qualità dei nuovi dati e dalla loro analisi“, aggiunge.
“È sempre bello avere controlli indipendenti, e penso che questo lo sia davvero“, afferma Wendy Freedman, astronoma dell’Università di Chicago in Illinois e pioniere delle misurazioni attraverso le candele standard.
Adam Riess, astronomo della Johns Hopkins University di Baltimora, nel Maryland, che ha condotto gran parte del lavoro all’avanguardia sulle candele standard, afferma che l’accordo sui dati ACT è “rassicurante” e “una testimonianza della qualità del lavoro degli sperimentatori”.
Ma la tensione sulla costante di Hubble rimane. Nuove tecniche sviluppate da diversi team, incluso uno guidato da Freedman, potrebbero aiutare a risolverla. Steinhardt ritiene che le misure alla fine convergeranno man mano che gli sperimentatori perfezioneranno i loro metodi.
Ma Riess afferma che forse potrebbe essere il modello standard della cosmologia ad essere essere sbagliato. “La mia sensazione è che stia accadendo qualcosa di interessante“.
