Due team di studio hanno guidato lo studio per misurare il tasso di espansione cosmica, noto come tensione di Hubble. Uno di questi team, guidato da Adam Riess della Johns Hopkins University, ha costantemente misurato che H 0 è circa l’8 percento più alto della previsione teorica di quanto velocemente lo Spazio dovrebbe espandersi, in base agli ingredienti noti del cosmo e alle equazioni di governo.
Tensione di Hubble: sfugge ancora qualcosa
Questa discrepanza, nota come tensione di Hubble, suggerisce che il modello teorico del cosmo potrebbe mancare di qualcosa, un ingrediente o effetto extra che accelera l’espansione cosmica. Un tale ingrediente potrebbe essere un indizio per una comprensione più completa dell’Universo.
Quasi un secolo fa, Edwin Hubble ha scoperto che l’Universo si sta esagerando. Tuttavia, le misurazioni moderne della velocità con cui si sta espandendo sono in disaccordo, il che indica che la nostra comprensione delle leggi della fisica potrebbe essere sbagliata.
Tutti si aspettavano che la visione acuta del telescopio spaziale James Webb mettesse a fuoco la risposta. Ma un’analisi tanto attesa delle osservazioni del telescopio, ha raccolto ancora una volta tassi di espansione contrastanti da diversi tipi di dati, mentre si concentra su possibili fonti di errore al centro del conflitto.
Lo studio
Riess e il suo team hanno pubblicato la loro ultima misurazione di H 0 basata sui dati Webb nella primavera 2024, ottenendo un valore che concorda con le loro stime precedenti.
Per anni un team rivale guidato da Wendy Freedman dell’Università di Chicago ha invitato alla cautela, sostenendo che erano necessarie misurazioni più pulite. Le misurazioni di H 0 del suo team sono sempre state più vicine alla previsione teorica di quelle di Riess, il che implica che la tensione di Hubble potrebbe non essere reale.
Da quando il telescopio Webb ha iniziato a raccogliere dati nel 2022, la comunità astrofisica ha atteso l’analisi multiforme di Freedman utilizzando le osservazioni del telescopio su tre tipi di stelle. Ora i risultati sono arrivati: due tipi di stelle producono stime di H 0 che si allineano con la previsione teorica, mentre il terzo, lo stesso tipo di stella utilizzato da Riess, corrisponde al valore H 0 più alto del suo team.
Il fatto che i tre metodi siano in disaccordo “non ci dice nulla sulla fisica fondamentale“, ha detto Freedman. “Ci dice che c’è un qualche errore sistematico in uno o più metodi di distanza“.
I risultati di Freedman sono stati inviati a The Astrophysical Journal ma non sono ancora stati sottoposti a una formale revisione paritaria, in cui ricercatori esterni verificano in forma anonima i dati e l’analisi. Saul Perlmutter, cosmologo premio Nobel presso l’Università della California, Berkeley, a cui è stata mostrata la prestampa del team prima della sua pubblicazione, ha detto che i risultati suggeriscono “Potremmo avere una tensione di Hubble proprio all’interno delle misurazioni basate sulle stelle. Questa è la tensione che dobbiamo davvero cercare di capire più che cercare di inventare nuovi modelli cosmologici”.
Riess, dopo aver studiato la prestampa, ha detto di essere in disaccordo con il piccolo set di supernovae che il team di Freedman ha utilizzato in una fase dell’analisi, che secondo lui potrebbe alterare i risultati.
“Le nuove misurazioni sono adorabili e in effetti sono in ottimo accordo con le stesse misurazioni ottenute. Diversi anni fa dal nostro gruppo, quindi le misurazioni della distanza sembrano sotto controllo“, ha detto; “Temo che questo studio di un campione di supernovae così piccolo dia un’impressione un po’ fuorviante del valore della costante di Hubble”.
La parte difficile della misurazione dell’espansione cosmica è misurare le distanze dagli oggetti nello Spazio. L’astronoma americana Henrietta Leavitt ha scoperto per prima un modo per farlo nel 1912 usando stelle pulsanti chiamate Cefeidi.
Queste stelle tremolano a una velocità che è correlata alla loro luminosità intrinseca (e può quindi rivelarla). Una volta che sai quanto è luminosa una Cefeide, puoi confrontarla con quanto appare luminosa o fioca, per stimare quanto è lontana la sua galassia.
Edwin Hubble ha utilizzato il metodo di Leavitt per misurare le distanze di una manciata di galassie con Cefeidi al loro interno, scoprendo nel 1929 che le galassie più lontane da noi si stanno allontanando più velocemente. Questo significa che l’Universo si sta espandendo. Hubble ha fissato la velocità di espansione a 500 chilometri al secondo per megaparsec (km/s/Mpc), il che significa che due galassie separate da 1 Mpc, o circa 3,2 milioni di anni luce, si allontanano a 500 km/s.
Il telescopio spaziale James Webb sta consentendo ulteriori modi per misurare la tensione di Hubble. Ad esempio, gli astronomi sono nelle prime fasi dell’utilizzo di quanto una galassia appare screziata come un proxy per la sua distanza.
L’idea è semplice: le galassie più vicine sembrano più raggruppate perché è possibile risolvere alcune delle loro stelle, mentre le galassie più distanti appaiono più uniformi: “È fondamentalmente un modo per trasformare l’affollamento in una misura della distanza”, ha affermato Anand, che è coinvolto in questo progetto oltre al suo lavoro con Riess.
Un metodo diverso per misurare la tensione di Hubble offre anche qualche speranza: un enorme ammasso di galassie agisce come una lente di ingrandimento deformata, piegando e ingrandendo l’immagine di un oggetto dietro di sé e creando più immagini dello stesso oggetto mentre la sua luce percorre più percorsi.
L’astronoma dell’Università dell’Arizona Brenda Frye guida un programma per osservare sette ammassi con il telescopio Webb. Quando Frye e i suoi colleghi hanno guardato la loro prima immagine al telescopio nel 2023, raffigurante l’enorme ammasso di galassie G165: “abbiamo tutti detto, ‘Cosa sono quei tre punti che prima non c’erano?'”, ha ricordato. I punti erano tre immagini separate della stessa supernova che era esplosa dietro l’ammasso.
Dopo aver osservato ripetutamente l’immagine, hanno potuto calcolare le differenze tra i tempi di arrivo delle tre immagini di supernovae con lente. Il ritardo temporale è proporzionale alla tensione di Hubble e può essere utilizzato per dedurla.
“È una misurazione in un unico passaggio per H 0 “, ha affermato Frye, “che la rende completamente indipendente“. Hanno misurato una velocità di espansione di 75,4 km/s/Mpc, sebbene con una grande incertezza di +8,1 o −5,5 km/s/Mpc. Frye prevede di perfezionare quelle barre di errore dopo alcuni anni di misurazioni simili.
Conclusioni
Sia il team di Riess che quello di Freedman prevedono inoltre che i prossimi anni di osservazioni del JWST consentiranno loro di trovare una risposta alla tensione di Hubble con i loro metodi tradizionali basati sulle stelle.
“Con il miglioramento dei dati, questo quesito sarà finalmente risolto, e penso piuttosto in fretta”, ha detto Freedman: “Arriveremo in fondo a questa questione”.
