Sembrerebbe che le osservazioni del telescopio spaziale James Webb su 10 galassie vicine abbiano indicato che la tensione di Hubble, ovvero una discrepanza sconcertante nelle misurazioni relative alla velocità di espansione dell’Universo, potrebbe non essere reale.
Le nuove osservazioni sulla tensione di Hubble
Le osservazioni del James Webb Space Telescope hanno fissato il valore medio della costante di Hubble (H0), fondamentale per determinare la velocità di espansione dell’Universo, a 69,96 chilometri al secondo per mega parsec. Questo è effettivamente coerente con le previsioni derivanti dal modello standard della cosmologia, che dovrebbe risultare come la fine della questione, ma i risultati evidenziano anche un disaccordo critico.
Nel 2013, la missione Planck dell’Agenzia spaziale europea ha misurato la costante di Hubble a 67,4 chilometri al secondo per megaparsec. In altre parole, ciò significa che per ogni megaparsec (un milione di parsec, o 3,26 milioni di anni luce ) l’universo si espande di 67,4 chilometri ogni secondo.
Il team scientifico di Planck è stato in grado di dedurre questo valore della costante di Hubble misurando le proprietà fondamentali dell’Universo catturate alla luce del fondo cosmico a microonde (CMB) e quindi applicando il nostro modello standard di cosmologia per prevedere il tasso di espansione. Supponendo che il modello standard sia corretto, questo metodo dovrebbe essere accurato entro l’1%.
La ricerca della tensione di Hubble
Le misurazioni di un team guidato da Adam Riess della Johns Hopkins University, che ha utilizzato il telescopio spaziale Hubble per misurare l’espansione cosmica utilizzando supernove di tipo Ia, che sono le esplosioni di stelle nane bianche, non sono d’accordo. Le supernove di tipo Ia hanno una luminosità massima standardizzabile, il che significa che gli astronomi possono misurare la loro distanza in base a quanto appaiono luminose.
Questa distanza viene quindi confrontata con il loro redshift, perché più velocemente l’Universo si espande, maggiore è il redshift di un oggetto. Quel metodo pone H0 a 73,2 chilometri al secondo per megaparsec, il che implica che l’Universo si sta espandendo più velocemente di quanto previsto dal modello standard. È questo disaccordo che gli scienziati descrivono come la tensione di Hubble.
Il nuovo lavoro sulla tensione di Hubble guidato da Wendy Freedman dell’Università di Chicago solleva alcune difficili questioni.
Il team di Freedman, che ha lavorato a un progetto chiamato Chicago–Carnegie–Hubble Program (CCHP), ha utilizzato il JWST per misurare la distanza di dieci galassie relativamente vicine, tutte osservate come aventi avuto un’occorrenza di supernova di tipo Ia. Le misurazioni della distanza sono state poi verificate tramite tre mezzi indipendenti.
Il primo di questi tre metodi indipendenti è noto come “punta del ramo delle giganti rosse“, che descrive la luminosità massima che possono raggiungere le stelle simili al Sole evolute chiamate giganti rosse. Il secondo metodo coinvolge qualcosa chiamato ramo asintotico delle giganti della regione J, che si riferisce a un tipo di stelle giganti rosse che sono ricche di carbonio e che hanno simili luminosità infrarosse intrinseche.
Il terzo controllo incrociato è stato fatto con le stelle variabili Cefeidi, che hanno una relazione periodo-luminosità scoperta per la prima volta da Henrietta Swan Leavitt nel 1908, che collega il periodo di pulsazione con la luminosità massima. In altre parole, semplicemente misurando quanto tempo impiega una stella a pulsare, possiamo calcolare quale dovrebbe essere la sua luminosità massima e confrontarla con quanto appare luminosa nel cielo notturno per dedurre quanto deve essere lontana.
“Sulla base di questi nuovi dati JWST e utilizzando tre metodi indipendenti, non troviamo prove solide di una tensione di Hubble“, ha affermato Freedman in una dichiarazione: “Al contrario, sembra che il nostro modello cosmologico standard per spiegare l’ evoluzione dell’Universo stia reggendo”.
Le misurazioni delle variabili Cefeidi però sembrano continuare a creare la tensione di Huble. Le Cefeidi formano il gradino più basso della scala delle distanze cosmiche, con le supernovae di tipo Ia come gradino successivo perché possono essere viste a una distanza maggiore delle Cefeidi. Nel lavoro del gruppo di Riess — Supernova H0 per l’equazione di stato, o SH0ES in breve — le Cefeidi sono fondamentali per calibrare le misurazioni delle supernovae di tipo Ia.
In passato Freedman ha espresso preoccupazioni circa un potenziale problema chiamato “affollamento“. Sebbene il telescopio spaziale Hubble abbia una risoluzione sufficientemente potente per identificare le stelle variabili Cefeidi in altre galassie, è possibile che stelle di piccola massa molto vicine a una Cefeide possano rimanere irrisolte e finire per confondersi con la luce della Cefeide, influenzando così i risultati scientifici sulla tensione di Hubble.
Conclusioni
Mentre l’attenzione si concentrerà ora sulle misurazioni delle distanze galattiche usando variabili Cefeidi, ulteriori misurazioni con il JWST di galassie con supernovae di tipo Ia saranno inestimabili per confermare i risultati sulla tensione di Hubble di queste 10 galassie.
Le supernovae di tipo Ia in galassie che hanno anche Cefeidi risolvibili, giganti rosse e stelle al carbonio sono relativamente rare, il che significa che potrebbe volerci del tempo per ottenere un campione sufficientemente ampio.
I risultati del team del CCHP guidato da Freedman sono attualmente disponibili come pre-print e sono stati inviati per la revisione paritaria al The Astrophysical Journal.
