La rappresentazione di un artista di due stelle di neutroni che si fondono e liberano onde gravitazionali.
(Immagine: © R. Hurt / Caltech-JPL)
Analizzando increspature nel tessuto dello spazio e del tempo creato da coppie di stelle morte potrebbe presto risolvere un mistero cosmico che circonda la velocità con cui l'universo si sta espandendo, se gli scienziati sono fortunati.
Questo è il verdetto di un nuovo studio, che potrebbe anche far luce sul destino finale dell'universo, hanno detto i ricercatori che ci hanno lavorato.
Il cosmo ha continuato ad espandersi dalla sua nascita circa 13,8 miliardi di anni fa. Misurando il ritmo attuale dell'espansione dell'universo, noto come Costante di Hubble, gli scienziati possono dedurre l'età del cosmo e i dettagli del suo stato attuale. Possono anche usare il numero per provare ad imparare il destino dell'universo, ad esempio se si espanderà per sempre, crollerà su se stesso o si sfalderà completamente.
Gli scienziati usano due metodi principali per misurare la costante di Hubble. Uno prevede il monitoraggio di oggetti vicini le cui proprietà sono ben comprese dagli scienziati, come le esplosioni stellari note come supernove e stelle pulsanti note come Variabili cefeidi, al fine di stimare le loro distanze e quindi dedurre il tasso di espansione dell'universo. L'altro si concentra sullo sfondo delle microonde cosmiche, la radiazione residua del Big Bang ed esamina come è cambiata nel tempo per calcolare la velocità con cui il cosmo si è espanso.
Tuttavia, questa coppia di tecniche ha ceduto due risultati diversi per il valore della costante di Hubble. I dati provenienti dallo sfondo delle microonde cosmiche suggeriscono che l'universo si sta attualmente espandendo a una velocità di circa 41,6 miglia (67 chilometri) al secondo per 3,26 milioni di anni luce, mentre i dati provenienti da supernova e Cefeidi nell'universo vicino suggeriscono una velocità di circa 45,3 miglia ( 73 km) al secondo per 3,26 milioni di anni luce.
Questa discrepanza suggerisce che il modello cosmologico standard - la comprensione degli scienziati della struttura e della storia dell'universo - potrebbe essere sbagliato. Risolvere questo dibattito, noto come Conflitto costante di Hubble, potrebbe fare luce sull'evoluzione e sul destino ultimo del cosmo.
Nel nuovo studio, i fisici suggeriscono che i dati futuri delle increspature nel tessuto dello spazio e del tempo noti come onde gravitazionali potrebbero aiutare a sbloccare questo punto morto. "Il costante conflitto di Hubble - il più grande indizio che il nostro modello dell'universo è incompleto - è risolvibile in cinque o dieci anni", ha detto a Space.com l'autore principale dello studio Stephen Feeney, astrofisico del Flatiron Institute di New York.
Secondo Einstein teoria della relatività generale, la gravità deriva da come la massa distorce lo spazio-tempo. Quando un oggetto con movimento di massa, dovrebbe produrre onde gravitazionali che si avvicinano alla velocità della luce, allungandosi e schiacciando lo spazio-tempo lungo la strada.
Le onde gravitazionali sono straordinariamente deboli ed è stato solo nel 2016 che gli scienziati hanno rilevato la prima prova diretta di esse. Nel 2017, gli scienziati hanno anche rilevato onde gravitazionali da far scontrare stelle di neutroni, resti di stelle che sono morte in esplosioni catastrofiche note come supernove. Se i resti di una stella non sono abbastanza massicci da collassare per diventare un buco nero, finiranno invece per diventare una stella di neutroni, così chiamata perché la sua attrazione gravitazionale è abbastanza forte da schiacciare i protoni insieme agli elettroni per formare neutroni.
A differenza dei buchi neri, le stelle di neutroni emettono luce visibile, così come le loro collisioni. Le onde gravitazionali di queste fusioni, chiamate "sirene standard", aiuteranno gli scienziati a individuare la loro distanza dalla Terra, mentre la luce proveniente da queste collisioni aiuterà a determinare la velocità con cui si muovevano rispetto alla Terra. I ricercatori possono quindi utilizzare entrambi questi set di dati per calcolare la costante di Hubble. Secondo Feeney e i suoi colleghi, l'analisi degli arresti anomali tra circa 50 coppie di stelle di neutroni nei prossimi 5-10 anni potrebbe produrre dati sufficienti per determinare la migliore misurazione della costante di Hubble.
Tuttavia, tale stima dipende dalla frequenza con cui si verificano collisioni di stelle di neutroni. "Vi è una notevole incertezza nel tasso di fusioni di stelle di neutroni - dopo tutto, ne abbiamo visto uno solo fino ad oggi ", ha detto Feeney." Se siamo stati molto fortunati a vederlo, e le fusioni sono in realtà molto più rare di quanto pensiamo, quindi osservare il numero di fusioni necessarie per spiegare la costante di Hubble il conflitto potrebbe richiedere più tempo di quanto dichiarato nel nostro lavoro ".
Le onde gravitazionali possono finire per supportare un valore per la costante di Hubble sull'altro, ma possono anche determinare un nuovo terzo valore per la costante di Hubble, ha detto Feeney. Se ciò accade, potrebbe portare a nuove intuizioni sul comportamento di supernova, Cefeidi o stelle di neutroni, ha aggiunto.
Gli scienziati hanno dettagliato le loro scoperte online il 14 febbraio sulla rivista Physical Review Letters.
