Gli astronomi migliorano la scala delle distanze cosmologiche e tensione cosmica peggiora

C'è, evidentemente, qualcosa sull'espansione cosmica che ancora non capiamo e possiamo solo sperare che dati più numerosi e migliori ci portino a una soluzione

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Misurare l’espansione dell’universo è difficile. Per prima cosa, poiché l’universo è in espansione, la scala delle misurazioni della distanza influisce sulla scala dell’espansione. E poiché la luce proveniente dalle galassie lontane vuole tempo per arrivare, non si può misurare ciò che l’universo è, ma piuttosto quello che era. Poi c’è la sfida della scala delle distanze cosmiche.

La scala delle distanze deriva dal fatto che, sebbene abbiamo molti modi per misurare la distanze cosmiche, nessuno di essi funziona a tutte le scale. Ad esempio, le distanze maggiori sono determinate misurando la luminosità apparente delle supernove in galassie lontane. Funziona alla grande per miliardi di anni luce, ma non ci sono abbastanza supernove nella Via Lattea per misurare le distanze vicine. Forse la misurazione della distanza più accurata utilizza la parallasse, che misura lo spostamento apparente della posizione di una stella mentre la Terra orbita attorno al Sole. La parallasse è una questione di geometria semplice, ma è accurata solo per un paio di migliaia di anni luce.

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Alcuni dei metodi utilizzati per misurare le distanze cosmiche. Credito: Tabitha Dillinger

Per questo motivo, gli astronomi spesso misurano la scala fondendo un metodo con l’altro. Usano la parallasse per le stelle più vicine, incluso un tipo di stelle variabile note come variabili Cefeidi. Le Cefeidi variano in luminosità in modo proporzionale alla loro luminosità media e vengono usate per misurare distanze fino a 100 milioni di anni luce circa. Le supernove si verificano sempre all’interno di tale intervallo, quindi puoi utilizzare le misurazioni delle supernove per determinare le distanze su miliardi di anni luce. Questi non sono gli unici metodi utilizzati nella scala delle distanze cosmiche, ma ogni metodo ha una portata e una precisione limitata.

Poiché c’è un’incertezza in ogni misurazione effettuata, nella scala della distanza possono accumularsi errori. Se le misurazioni di parallasse sono un po’ sbagliate, allora le misurazioni basate sulle Cefeidi partiranno già con degli scostamenti e le misurazioni sulle supernovae saranno ancora meno accurate. Per questo motivo, quando viene misurata l’espansione cosmica utilizzando metodi diversi, si ottengono risultati leggermente in disaccordo. Questa situazione è nota come tensione cosmica. In passato, questo non era un grosso problema. Sebbene metodi diversi fornissero risultati diversi, l’incertezza della misurazione era abbastanza grande da sovrapporre i risultati. Ma man mano che le misurazioni sono diventate più accurate, la sovrapposizione è scomparsa. Ora le misurazioni sono decisamente in disaccordo.

La nuova misura della scala della distanza non è d’accordo con la misura di Planck. Credito: Riess, et al

Per risolvere questo problema, un team di astronomi si è recentemente concentrato sul rendere più precisa la scala delle distanze cosmiche. Il loro focus si è concentrato sulle misurazioni della parallasse, che è il terreno su cui si trova la scala della distanza. In questo caso, utilizzando i dati della sonda Gaia.

Gaia ha misurato la parallasse e il movimento di oltre un miliardo di stelle, comprese le stelle variabili Cefeidi. Da questo, il team ha ridotto l’incertezza del metodo basato sulle Cefeidi a solo l’1%. Usando questo nuovo risultato nella scala della distanza cosmica, hanno ottenuto una misurazione per la costante di Hubble (il tasso di espansione cosmica) tra 71,6 e 74,4 km / sec / Mpc.

Questo è ottimo, ma è ulteriormente in conflitto con altri metodi, in particolare con i dati della misurazione satellitare di Planck del fondo cosmico a microonde, che fornisce un valore compreso tra 67,2 e 68,1 km / sec / Mpc.

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Sembra che più accurate diventano le misurazioni, peggiore diventa il problema della tensione. C’è, evidentemente, qualcosa sull’espansione cosmica che ancora non capiamo e possiamo solo sperare che dati più numerosi e migliori ci portino a una soluzione.

Riferimento: Riess, Adam G., et al. ” Distanze cosmiche calibrate all’1% di precisione con parallassi Gaia EDR3 e fotometria del telescopio spaziale Hubble di 75 Cefeidi della Via Lattea confermano la tensione con LambdaCDM .” prestampa arXiv arXiv: 2012.08534 (2020).