L’importanza di una misurazione precisa per calcolare l’espansione dell’universo

Fino ai primi anni del novecento gli scienziati erano certi che l’intero Universo fosse composto solamente dalla nostra galassia immersa in una vastità buia. Pochi anni dopo una delle più grandi rivoluzioni dell’astrofisica cambiò per sempre le conoscenze dell’epoca, la scoperta dell’esistenza di una miriade di altre galassie che si allontanavano le une dalle altre a causa dell’espansione dell’universo oggi conosciuta come legge di Hubble. Ma Edwin Powell Hubble laureato in legge e astronomo per vocazione non fu il solo a scoprire la maestosità del cosmo, con lui molti altri lavorarono alla scoperta, primo fra tutti il Gesuita Padre Geoge Lemaitre. Nella legge è presente un valore fisso che quantifica l’espansione, la cosiddetta costante di Hubble – Lemaître, d’importanza fondamentale per determinare l’età dell’universo e il suo destino. Il valore però non trova un unico riscontro inequivocabile.
In particolare, il valore della costante di Hubble oscilla oggi tra i 74 chilometri al secondo per megaparsec, misurato grazie alle stelle variabili Cefeidi, e i 67.4 km/s/Mpc, ottenuto dal telescopio spaziale dell’ESA Planck misurando le anisotropie del fondo cosmico a microonde. Per risolvere questa “discrepanza” tra i due valori, sono state effettuate misure con metodi alternativi, per esempio i quasar doppi (72.5).
Recentemente è emerso un nuovo enigma sul parametro cosmologico, poiché sembra esserci una discrepanza tra le misurazioni di questa espansione utilizzando la radiazione nell’universo primordiale e utilizzando oggetti vicini. I ricercatori del Cosmic Dawn Center, presso il Niels Bohr Institute, Università di Copenhagen, hanno contribuito 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 il tasso di espansione dell’Universo potrebbero non essere affidabili. Come affermato nella pubblicazione, questo non risolve le discrepanze, ma piuttosto suggerisce un’ulteriore incoerenza nella composizione dell’universo.
Oggi, gli astronomi misurano l’espansione dell’Universo utilizzando due tecniche molto diverse. Uno di esse si basa sulla misurazione della relazione tra distanza e velocità delle galassie vicine usando delle candele standard (Variabili Cefeidi), mentre l’altro deriva dallo studio della radiazione di fondo dall’Universo primordiale. Come abbiamo visto, questi due approcci trovano tassi di espansione diversi. Se questa discrepanza è reale, la conseguenza sarà una nuova e piuttosto drammatica reinterpretazione dello sviluppo dell’universo. Una possibile risposta invece è che la differenza derivi da misurazioni errate. È difficile misurare le distanze nell’universo, quindi molti studi si sono concentrati sul miglioramento e sulla ricalibrazione delle misurazioni della distanza. Ma nonostante ciò, negli ultimi 4 anni il disaccordo rimane.
Nel loro articolo, i ricercatori del Cosmic Dawn Center tentano ora di far luce su un problema correlato: la misurazione della velocità. A seconda della velocità con cui un oggetto remoto si allontana da noi, la sua luce tende a spostarsi a lunghezze d’onda sul rosso. Con questo cosiddetto redshift è possibile misurare la velocità da uno spettro di una galassia remota. A differenza delle misurazioni della distanza, fino ad ora si presumeva che le velocità fossero relativamente facili da misurare.
Quando i ricercatori hanno esaminato le misurazioni della distanza e della velocità da più di 1000 supernove raccolte negli ultimi 25 anni, hanno trovato una sorprendente discrepanza nei loro risultati. Albert Sneppen, studente presso il Niels Bohr Institute spiega: “Abbiamo sempre creduto che misurare le velocità fosse abbastanza semplice e preciso, ma si è scoperto che in realtà abbiamo a che fare con due tipi di redshift”.
La misurazione che prende in considerazione la distanza e la velocità di allontanamento della galassia da noi è considerato il più affidabile. La misurazione dello spostamento verso il rosso misura invece la velocità della materia espulsa dalla supernova all’interno della galassia. o, più precisamente, la materia proveniente dalla supernova che si muove verso di noi a 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 in esame. Ma questa compensazione richiede un modello preciso per 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 in definitiva una questione di misurazioni imprecise della velocità? Probabilmente no, dice Bidisha Sen, uno degli autori dell’articolo. “Anche se usiamo 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 presso il 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 verrebbe” rotto in modo interessante. Per risolvere due problemi, uno riguardante la composizione dell’universo e uno riguardante il tasso di espansione dell’universo, sono richieste spiegazioni fisiche piuttosto diverse rispetto a se volessimo solo spiegare una singola discrepanza nel tasso di espansione”.
Con il Nordic Optical Telescope a Gran Canaria i ricercatori stanno ora acquisendo nuovi redshift dalle galassie. Quando confronteranno questi risultati con i redshift basati sulla supernova, saranno in grado di vedere se le due tecniche rimangono diverse. “Abbiamo appreso che queste misurazioni sensibili richiedono misurazioni precise della velocità e queste saranno ottenibili con nuove osservazioni”, spiega Steinhardt.
Fonte: https://phys.org/news/2020-10-expansion-universe-importance-velocity.html
Fonte: https://www.media.inaf.it/2019/07/22/altra-misura-costante-hubble/#:~:text=In%20particolare%2C%20il%20valore%20della,anisotropie%20del%20fondo%20cosmico%20a