Una nuova mappa per misurare l’espansione dell’universo

Il cielo notturno può sembrare ingannevolmente immobile, ma l’universo è in continua espansione, il che significa che tutto continua a camminare nel vuoto. Ora, una nuova mappa delle distanze di decine di migliaia di galassie sta aiutando i ricercatori a calcolare l’età dell’universo e il tasso di espansione con una precisione senza precedenti.

Si pensa che l’universo abbia circa 13,8 miliardi di anni, ma oggetti stellari come la stella Matusalemme, che sembra essere ancora più antica, hanno sollevato dubbi su questa stima. Per calcolare il tasso di espansione dell’universo, gli scienziati utilizzano un’unità di misura nota come costante di Hubble, che si stima sia di circa 46,6 miglia al secondo per ogni megaparsec, o 3,26 milioni di anni luce. Ma questo tasso di espansione presenta anche un enigma, poiché approcci diversi per calcolarlo producono valori diversi.

La nuova mappa dettagliata Cosmicflows-4

Ora, con la nuova mappa, chiamata Cosmicflows-4, i ricercatori si sono avvicinati più che mai a demistificare l’età e le dimensioni dell’universo, calcolando un valore costante di Hubble di 47 miglia al secondo per megaparsec (75 km al secondo per megaparsec).

I ricercatori hanno utilizzato otto metodi per misurare le distanze delle galassie; due di questi metodi erano propri mentre altri provenivano da studi precedenti. Confrontando questi diversi metodi, gli scienziati sono stati in grado di sviluppare una mappa più accurata.

Per Cosmicflows-4, i ricercatori hanno misurato la distanza tra 56.000 galassie e le loro velocità mentre si allontanano. Le distanze e le velocità di queste galassie, molte delle quali ospitano centinaia di miliardi di stelle, possono fornire maggiori informazioni sulle dimensioni dell’universo e, a loro volta, aiutare gli scienziati a individuare la data del Big Bang con maggiore precisione.

“Combinando i nostri strumenti più accurati e abbondanti, siamo stati in grado di misurare le distanze delle galassie e il relativo tasso di espansione dell’universo e il tempo trascorso dalla nascita dell’universo con una precisione di pochi punti percentuali”, ha affermato in una nota R. Brent Tully, un ricercatore dell’Istituto di astronomia dell’Università delle Hawaii e co-leader della ricerca.

Come si può mappare qualcosa di infinito? Nessuno sa fino a che punto arriva l’universo, ma per costruire Cosmicflows-4, il team di ricerca ha determinato le distanze e le velocità di migliaia di galassie in otto modi diversi. Hanno utilizzato i dati dei propri studi e di altri, con la maggior parte dei dati provenienti dall’indagine ALFALFA HI dell’ormai defunto Osservatorio di Arecibo a Porto Rico.

Le galassie sono sempre in rotazione e la velocità di tale rotazione, insieme alla luminosità e ad altri elementi, come i “codici a barre” della luce che gli scienziati chiamano spettri, possono rivelare la distanza di ciascuna galassia. I ricercatori hanno mantenuto il margine di errore estremamente basso incorporando molte misurazioni e distanze precise da varie galassie.

Studiare l’espansione dell’universo

La nuova mappa Cosmicflows-4 viene anche utilizzata per studiare come le galassie si muovono individualmente, oltre a fluire con l’espansione complessiva dell’universo. Deviazioni da questa regolare espansione sorgono a causa delle influenze gravitazionali di ammassi di materia, su scale che vanno dalla nostra Terra e Sole fino a congregazioni di galassie su scale di mezzo miliardo di anni luce.

La misteriosa materia oscura è la componente dominante su scala più ampia. Con la conoscenza dei movimenti delle galassie in risposta alla massa che le circonda, possiamo ricreare le orbite che le galassie hanno seguito da quando si sono formate, dandoci una migliore comprensione di come le vaste strutture dell’universo dominate dalla materia oscura si sono formate nel corso degli eoni di tempo.

La legge di Hubble

In astronomia e cosmologia, la legge di Hubble-Lemaître (o legge di Hubble) afferma che esiste una relazione lineare tra lo spostamento verso il rosso della luce emessa dalle galassie e la loro distanza. Tanto maggiore è la distanza della galassia e tanto maggiore sarà il suo spostamento verso il rosso. In forma matematica la legge di Hubble può essere espressa come

{\displaystyle z={\frac {H_{0}D}{c}}}

dove z è lo spostamento verso il rosso misurato della galassia, D è la sua distanza, c è la velocità della luce e H₀ è la costante di Hubble, il cui valore attualmente stimato è attorno a 2,176×10⁻¹⁸ Hz (67,15 km/s/Mpc).

La legge di Hubble è considerata la prima base di osservazione per l’espansione dell’universo e oggi serve come una delle prove più spesso citate a sostegno del modello del Big Bang. Il movimento degli oggetti astronomici dovuto esclusivamente a questa espansione è noto come flusso di Hubble.

Fonte:  The Astrophysical Journal