Con che velocità si sta espandendo l'Universo? Questa è una domanda a cui gli astronomi non sono stati in grado di rispondere con precisione. Hanno un nome per il tasso di espansione dell'Universo: la Costante di Hubble, o Legge di Hubble. Ma le misurazioni continuano a presentare valori diversi e gli astronomi hanno discusso avanti e indietro su questo tema per decenni.
L'idea alla base della misurazione della costante di Hubble è quella di guardare a fonti di luce distanti, di solito un tipo di supernovae o stelle variabili chiamate "candele standard" e misurare lo spostamento rosso della loro luce. Ma non importa come lo facciano gli astronomi, non possono trovare un valore concordato, solo un intervallo di valori. Un nuovo studio che coinvolge quasar e lenti gravitazionali potrebbe aiutare a risolvere il problema.
Che l'Universo si stia espandendo non è in discussione. Lo sappiamo da circa 100 anni. La luce proveniente da galassie distanti viene spostata in rosso mentre si allontanano da noi e misurando tale spostamento rosso ha prodotto valori diversi per l'espansione universale.
"La costante di Hubble ancora la scala fisica dell'universo."
Simon Birrer, studioso post-dottorato dell'UCLA e autore principale dello studio.
Il tasso di espansione è misurato in chilometri al secondo per-Megaparsec, scritto come (km / s) / Mpc. Quindi, ad esempio, qualcosa in espansione al ritmo di 10 (km / s) / Mpc significa che due punti nello spazio a 1 megaparsec (l'equivalente di 3,26 milioni di anni luce) si allontanano l'uno dall'altro a una velocità di 10 chilometri per secondo.
Quando fu scoperto per la prima volta negli anni '20, si pensava che il tasso di espansione fosse di 625 kps / Mpc. Ma a partire dagli anni '50, una ricerca migliore la misurò a meno di 100 kps / Mpc. Negli ultimi decenni, numerosi studi hanno misurato il tasso di espansione e hanno prodotto velocità comprese tra circa 67 e 77 kps / Mpc.
Ma la scienza non accetterà una serie di risposte per qualcosa che dovrebbe avere un valore. Non sarebbe scienza se lo facesse. Quindi gli scienziati continuano a provare diversi modi per misurare la costante di Hubble per vedere se riescono a farlo bene, perché la costante di Hubble è più di una semplice misura dell'espansione dell'universo.
"La costante di Hubble fissa la scala fisica dell'universo", ha affermato Simon Birrer, studioso post-dottorato dell'UCLA e autore principale dello studio. Senza un valore preciso per la costante di Hubble, gli astronomi non possono determinare con precisione le dimensioni delle galassie remote, l'età dell'universo o la storia di espansione del cosmo. Quindi farlo bene è un grosso problema.
Un nuovo studio appena pubblicato su Avvisi mensili della Royal Astronomical Society sta provando un nuovo metodo per misurare la costante di Hubble. La ricerca è guidata da un team di astronomi dell'UCLA e si basa su quasar distanti la cui luce viene sottoposta a lenti gravitazionali prima di raggiungere la Terra.
I quasar sono oggetti ultra luminosi. Sono anche chiamati nuclei galattici attivi, perché si pensa che siano causati da buchi neri supermassicci al centro delle galassie. La radiazione elettromagnetica che emettono è causata dal vorticoso disco di accrescimento attorno al buco nero. Man mano che il disco di materia attorno al foro accelera, emette un'enorme quantità di energia.
Poiché i quasar sono così luminosi, possono essere visti da grandi distanze. Ciò li rende non solo affascinanti oggetti di studio, ma utili anche come marker per studiare la Legge di Hubble.
La lente gravitazionale si verifica quando la sorgente luminosa proveniente da un oggetto estremamente distante, quasar in questo studio, incontra una galassia interveniente prima che raggiunga gli osservatori sulla Terra. La massa estrema della galassia è sufficiente per piegare la luce, in modo simile a una lente di vetro. Il risultato è una sorta di effetto "casa degli specchi". L'immagine sotto mostra come appare. La scoperta del cristallino gravitazionale è strettamente associata a Einstein, anche se non è stato fino al 1979 che è stato osservato.
Questo studio si è concentrato sui doppi quasar. Un doppio quasar, a volte chiamato gemello quasar, non è due quasar vicini l'uno all'altro, ma piuttosto un effetto di lente gravitazionale. Con un doppio quasar, la loro luce viene riflessa intorno a una galassia interveniente prima di raggiungere la Terra, producendo due immagini del quasar. Nessuno studio precedente li ha usati per cercare di determinare il tasso di espansione dell'Universo.
Quando la luce proveniente dal quasar viene piegata attorno alla galassia che si trova in mezzo, producendo due immagini dello stesso quasar, crea un'opportunità di osservazione unica. La luce che crea le immagini separate del quasar percorre un percorso diverso per ogni immagine. Mentre la luce del quasar oscilla, c'è un ritardo tra lo sfarfallio in ciascuna delle due immagini.
Misurando il ritardo temporale tra i tremolii e conoscendo la massa della galassia interveniente, il team ha dedotto le distanze tra la Terra, la galassia a lente e il quasar. Conoscere i redshift del quasar e della galassia ha permesso agli scienziati di stimare la velocità con cui l'universo si sta espandendo.
Questo studio si è concentrato sul doppio quasar chiamato SDSS J1206 + 4332 e si basava anche sui dati del telescopio spaziale Hubble, Gemini e W.M. Osservatori di Keck e dalla rete di monitoraggio cosmologico delle lenti gravitazionali o COSMOGRAIL. Il team ha trascorso diversi anni a scattare immagini quotidiane del doppio quasar, che ha fornito loro misurazioni molto precise del ritardo tra sfarfallio. Se combinato con gli altri dati, ha dato agli astronomi una delle migliori misurazioni della costante di Hubble.
"Il bello di questa misurazione è che è altamente complementare e indipendente dagli altri", ha detto Tommasso Treu, professore di fisica e astronomia dell'UCLA e autore senior del documento.
Quindi, quanto velocemente si sta espandendo?
“... l'universo è un po 'più complicato.
Tommasso Treu, professore di fisica e astronomia dell'UCLA.
Il team ha prodotto un valore per la costante di Hubble di 72,5 chilometri al secondo per megaparsec. Ciò lo allinea alle altre misurazioni che utilizzavano supernovae distanti come candele standard per misurare la costante di Hubble. Ma è circa il 7% più alto rispetto alle misurazioni che si basano sullo sfondo delle microonde cosmiche per misurarlo.
Questa non è la fine del dibattito sulla legge di Hubble. C'è ancora quella fastidiosa differenza tra i metodi di misurazione. Cosa significa? "Se esiste una differenza effettiva tra questi valori, significa che l'universo è un po 'più complicato", ha detto Treu. Treu ha anche detto che una delle misure, o anche tutte e tre, sono sbagliate.
Il team continuerà a perseguire il metodo di misurazione con lenti quasar. Stanno guardando 40 quasar quadrupli per sperare di dare loro una misura ancora più precisa del tasso di espansione dell'Universo.
Fonti:
- Documento di ricerca: H0LiCOW - IX. Analisi cosmografica del quasar doppia immagine SDSS 1206 + 4332 e una nuova misurazione della costante di Hubble
- Comunicato stampa UCLA: vedere il doppio potrebbe aiutare a risolvere la disputa sulla velocità con cui l'universo si sta espandendo
- H0LiCOW
- Voce di Wikipedia: Legge di Hubble
