Il problema, chiamato “tensione di Hubble”, è che l’attuale tasso di espansione dell’Universo è più veloce di quello che gli astronomi si aspettassero che fosse, in base alle sue condizioni iniziali e alla nostra attuale comprensione della sua evoluzione.
Tasso di espansione dell’Universo: occorre una nuova fisica?
Gli scienziati che hanno utilizzato il telescopio spaziale Hubble della NASA e molti altri telescopi hanno trovato costantemente un numero che non corrisponde alle previsioni basate sulle osservazioni della missione Planck dell’ESA (Agenzia spaziale europea).
Risolvere questa discrepanza sul tasso di espansione dell’Universo richiede una nuova fisica? Oppure è il risultato di errori di misurazione tra i due diversi metodi utilizzati per determinare la velocità di espansione dello spazio?
Hubble ha misurato l’attuale tasso di espansione dell’universo da 30 anni e gli astronomi vogliono eliminare ogni dubbio persistente sulla sua precisione.
Hubble e il telescopio spaziale James Webb della NASA hanno collaborato per produrre misurazioni definitive, favorendo la tesi che qualcos’altro, non errori di misurazione, sta influenzando il tasso di espansione.
“Una volta annullati gli errori di misurazione, Quello che rimane è la reale ed entusiasmante possibilità che abbiamo frainteso l’universo“, ha affermato Adam Riess, fisico della Johns Hopkins University di Baltimora. Riess ha ricevuto un premio Nobel per aver scoperto insieme che il tasso di espansione dell’universo sta accelerando, a causa di un misterioso fenomeno ora chiamato “energia oscura”.
Comparare le informazioni sul tasso di espansione dell’Universo
Come controllo incrociato, una prima osservazione di Webb nel 2023 ha confermato che le misurazioni di Hubble del tasso di espansione dell’universo si sono dimostrate accurate. Tuttavia, nella speranza di alleviare la tensione di Hubble, alcuni scienziati hanno ipotizzato che gli errori invisibili nella misurazione potrebbero aumentare e diventare visibili man mano che guardiamo più in profondità nell’universo.
In particolare, l’affollamento stellare potrebbe influenzare in modo sistematico le misurazioni della luminosità di stelle più distanti.
Il team SH0ES (Supernova H0 for the Equation of State of Dark Energy), guidato da Riess, ha ottenuto ulteriori osservazioni con Webb di oggetti che sono importanti indicatori cosmici, noti come stelle variabili Cefeidi, che ora possono essere correlati con i dati di Hubble.
“Abbiamo ora coperto l’intera gamma di ciò che Hubble ha osservato e possiamo escludere un errore di misurazione come causa della tensione di Hubble con una sicurezza molto elevata“, ha spiegato Riess.
Le prime osservazioni Webb effettuate dal team nel 2023 sono riuscite a dimostrare che Hubble era sulla strada giusta per stabilire con fermezza la fedeltà dei primi gradini della cosiddetta scala delle distanze cosmiche.
Gli astronomi hanno utilizzato vari metodi per misurare le distanze relative nell’universo, a seconda dell’oggetto osservato. Collettivamente queste tecniche sono conosciute come la scala della distanza cosmica: ogni ramo o tecnica di misurazione si basa sul passaggio precedente per la calibrazione.
Ma alcuni astronomi hanno suggerito che, spostandosi verso l’esterno lungo il “secondo gradino”, la scala della distanza cosmica potrebbe traballare se le misurazioni delle Cefeidi diventassero meno accurate con la distanza.
Tali imprecisioni potrebbero verificarsi perché la luce di una Cefeide potrebbe fondersi con quella di una stella adiacente, un effetto che potrebbe diventare più pronunciato con la distanza man mano che le stelle si affollano e diventa più difficile distinguerle l’una dall’altra.
La problematica osservativa è che le immagini passate di Hubble di queste variabili Cefeidi più distanti sembrano più raggruppate e sovrapposte alle stelle vicine a distanze sempre maggiori tra noi e le loro galassie ospiti, richiedendo un’attenta considerazione di questo effetto.
La polvere interposta ha complicato ulteriormente la certezza delle misurazioni in luce visibile. Webb ha tagliato la polvere e ha isolato naturalmente le Cefeidi dalle stelle vicine perché la sua visione è più nitida di quella di Hubble alle lunghezze d’onda dell’infrarosso.
“La combinazione di Webb e Hubble ci offre il meglio di entrambi i mondi. Troviamo che le misurazioni di Hubble rimangono affidabili man mano che saliamo lungo la scala della distanza cosmica”, ha affermato Riess.
La fondamentale combinazione di Webb e Hubble
Le nuove osservazioni di Webb includono cinque galassie ospiti di otto supernove di tipo Ia contenenti un totale di 1.000 Cefeidi, e raggiungono la galassia più lontana dove le Cefeidi sono state ben misurate – NGC 5468 – a una distanza di 130 milioni di anni luce.
“Questo copre l’intera gamma in cui abbiamo effettuato misurazioni con Hubble. Quindi, siamo arrivati alla fine del secondo gradino della scala della distanza cosmica”, ha detto il coautore Gagandeep Anand dello Space Telescope Science Institute di Baltimora, che gestisce i telescopi Webb e Hubble per la NASA.
L’ulteriore conferma della tensione di Hubble da parte di Hubble e Webb ha creato altri osservatori per risolvere il mistero. Il prossimo Nancy Grace Roman Space Telescope della NASA effettuerà ampie indagini celesti per studiare l’influenza dell’energia oscura, la misteriosa energia che sta causando l’accelerazione dell’espansione dell’universo. L’Osservatorio Euclid dell’ESA, con il contributo della NASA, sta portando avanti un compito simile.
Al momento è come se la scala delle distanze osservata da Hubble e Webb avesse saldamente fissato un punto di ancoraggio sulla riva di un fiume, e il bagliore residuo del big bang osservato dalle misurazioni di Planck dall’inizio dell’universo fosse saldamente fissato sull’altra sponda.
Il modo in cui l’espansione dell’universo è cambiata nei miliardi di anni tra questi due punti finali deve ancora essere osservato direttamente: “Dobbiamo scoprire se ci manca qualcosa su come collegare l’inizio dell’Universo e il presente“, ha detto Riess.
Il telescopio spaziale Hubble è operativo da oltre tre decenni e continua a fare scoperte rivoluzionarie che modellano la nostra comprensione fondamentale dell’universo. Hubble è un progetto di cooperazione internazionale tra NASA ed ESA.
Il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, nel Maryland, gestisce il telescopio. Goddard conduce anche operazioni di missione con Lockheed Martin Space a Denver, in Colorado. Lo Space Telescope Science Institute (STScI) di Baltimora, nel Maryland, conduce operazioni scientifiche Hubble e Webb per la NASA.
Il James Webb Space Telescope è il principale osservatorio di scienze spaziali del mondo. Webb sta risolvendo i misteri del nostro sistema solare, guardando oltre, verso mondi lontani attorno ad altre stelle, e sondando le misteriose strutture e origini del nostro universo e il nostro posto in esso. Webb è un programma internazionale guidato dalla NASA con i suoi partner, l’ESA (Agenzia spaziale europea) e l’Agenzia spaziale canadese.
