Nuove misurazioni effettuate con lenti gravitazionali spingono la discrepanza della costante di Hubble oltre 5σ

Se la discrepanza del valore di H0 non può essere attribuita a errori sistematici, potrebbe davvero essere necessario di rivedere il modello ΛCDM per considerare una nuova fisica cosmologica.

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Poco si sa su cosa siano realmente la materia oscura e l’energia oscura, le componenti dominanti dell’universo, ma il modello standard della cosmologia del Big Bang, noto come MCDM, incorpora le conseguenze sull’universo della loro esistenza.
L‘energia oscura, presume il modello, assume la forma di una costante cosmologica Λ o di una densità di energia costante per unità di volume di vuoto. E la materia oscura è fredda, cioè non relativistica, e interagisce solo attraverso la gravità e forse la forza debole.

Diagramma dell'effetto lente su un quasar
Diagramma dell’effetto lente su un quasar. Credito: Freddie Pagani

Le osservazioni dell’universo generalmente concordano bene con il modello ΛCDM, ma un’eccezione emergente è la costante di Hubble H0, l’attuale tasso di espansione dell’universo.
Se combinato con le misurazioni del fondo cosmico a microonde, un riflesso della struttura spaziale dell’universo primordiale, il modello MCDM prevede che l’universo oggi dovrebbe espandersi a una velocità di 67,4 ± 0,5 km/s/Mpc. Le misurazioni dirette di H0, basate su osservazioni di candele standard — stelle variabili Cefeide e supernovae di tipo Ia — danno un valore diverso: 74,0 ± 1,4 km/s/ Mpc.
Guidata da Sherry Suyu, la collaborazione H0LiCOW hanno utilizzato utilizzano quasar osservati tramite una lente gravitazionale per misurare in modo indipendente il valore di H0. L’ultimo risultato ottenuto dal gruppo, 73,3 + 1,7 – 1,8 km/s/Mpc, concorda bene con il valore standard ottenuto utilizzando le candele. Combinando le misure H0LiCOW e candele standard si ottiene un H0 di 73,8 ± 1,1 km/s/ Mpc, che differisce dal valore ΛCDM per 5,3 deviazioni standard.
La sfida insita in qualsiasi misurazione diretta di H0 sta nel misurare le distanze da oggetti astronomici lontani; le loro velocità relative rispetto alla Terra vengono dedotte dallo spostamento verso il rosso della loro radiazione luminosa.
Le candele standard sono allettanti perché le loro luminosità sono note, quindi le loro distanze possono essere calcolate da quanto luminose appaiono sulla Terra. Nella misurazione complementare di H0LiCOW, i ricercatori hanno studiato i quasar la cui luce è fortemente deviata dalle galassie in primo piano, apparendo come immagini multiple distinte, come mostrato nella figura.
Poiché la luce in ogni immagine attraversa un percorso di diversa lunghezza, le fluttuazioni della luce del quasar si manifestano nelle immagini con lenti in momenti diversi. Misurare quelle differenze di tempo, che sono nell’ordine di settimane, non produce direttamente Dd (la distanza dalla Terra all’obiettivo) o Dds (la distanza dall’obiettivo al quasar). Nel 2017 la collaborazione aveva già pubblicato un primo risultato basato su tre quasar con lenti (vedi Physics Today, aprile 2017, pagina 24). L’attuale lavoro estende l’analisi a sei quasar.
Il risultato riduce la probabilità che la discrepanza di H0 sia dovuta a qualche incertezza sistematica non apprezzata nella misurazione basata sulle candele standard; preso al valore nominale, sembra indicare la necessità di rivedere il modello ΛCDM.
(KC Wong et al., Lunedì non. R. Astron. Soc. , In corso di stampa,  https://arxiv.org/abs/1907.04869).

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