Negli anni 1920, Edwin Hubble fece la rivoluzionaria rivelazione che l'Universo era in uno stato di espansione. Originariamente previsto come conseguenza della Teoria della relatività generale di Einstein, questa conferma portò a quella che divenne nota come Costante di Hubble. Negli ultimi decenni, e grazie all'impiego di telescopi di prossima generazione, come il telescopio spaziale Hubble (HST), gli scienziati sono stati costretti a rivedere questa legge.
In breve, negli ultimi decenni, la capacità di vedere più lontano nello spazio (e più in profondità nel tempo) ha permesso agli astronomi di effettuare misurazioni più accurate su quanto rapidamente si espandesse l'Universo primordiale. E grazie a un nuovo sondaggio condotto utilizzando Hubble, un team internazionale di astronomi è stato in grado di condurre le misurazioni più precise della velocità di espansione dell'Universo fino ad oggi.
Questo sondaggio è stato condotto dal team Supernova H0 per il team Equation of State (SH0ES), un gruppo internazionale di astronomi che ha cercato di perfezionare l'accuratezza della costante di Hubble dal 2005. Il gruppo è guidato da Adam Reiss of the Space Telescope Science Institute (STScI) e Johns Hopkins University, e comprende membri dell'American Museum of Natural History, Neils Bohr Institute, National Optical Astronomy Observatory e molte prestigiose università e istituti di ricerca.
Lo studio che descrive i loro risultati è apparso di recente in Il diario astrofisico sotto il titolo "Tipo Ia Supernova Distances at Redshift> 1.5 from the Telescopio spaziale Hubble Programmi di tesoreria multi-ciclo: il tasso di espansione anticipata “. Per motivi di studio e coerentemente con i loro obiettivi a lungo termine, il team ha cercato di costruire una nuova "scala delle distanze" più precisa.
Questo strumento è il modo in cui gli astronomi hanno tradizionalmente misurato le distanze nell'Universo, che consiste nel fare affidamento su indicatori di distanza come le variabili Cefeidi - stelle pulsanti le cui distanze possono essere dedotte confrontando la loro luminosità intrinseca con la loro apparente luminosità. Queste misurazioni vengono quindi confrontate con il modo in cui la luce proveniente dalle galassie a distanza viene spostata in rosso per determinare la velocità con cui lo spazio tra le galassie si sta espandendo.
Da ciò deriva la costante di Hubble. Per costruire la loro scala distante, Riess e il suo team hanno condotto misurazioni di parallasse usando la Wide Field Camera 3 (WFC3) di Hubble di otto stelle variabili Cepheid appena analizzate nella Via Lattea. Queste stelle sono circa 10 volte più lontane di qualsiasi altra studiata in precedenza - tra 6.000 e 12.000 anni luce dalla Terra - e pulsano a intervalli più lunghi.
Per garantire la precisione che spiegherebbe le oscillazioni di queste stelle, il team ha anche sviluppato un nuovo metodo in cui Hubble misurava la posizione di una stella mille volte al minuto ogni sei mesi per quattro anni. Il team ha quindi confrontato la luminosità di queste otto stelle con Cefeidi più distanti per garantire che potessero calcolare le distanze da altre galassie con maggiore precisione.
Usando la nuova tecnica, Hubble fu in grado di catturare il cambiamento di posizione di queste stelle rispetto ad altre, il che semplificò immensamente le cose. Come Riess ha spiegato in un comunicato stampa della NASA:
“Questo metodo consente ripetute opportunità di misurare gli spostamenti estremamente piccoli dovuti alla parallasse. Stai misurando la separazione tra due stelle, non solo in un punto della fotocamera, ma più e più volte migliaia di volte, riducendo gli errori di misurazione ".
Rispetto ai precedenti sondaggi, il team è stato in grado di estendere il numero di stelle analizzate a distanze fino a 10 volte più lontane. Tuttavia, i loro risultati contraddicono anche quelli ottenuti dal satellite Planck dell'Agenzia spaziale europea (ESA), che ha misurato il Cosmic Microwave Background (CMB) - la radiazione residua creata dal Big Bang - da quando è stata dispiegata nel 2009.
Mappando il CMB, Planck è stato in grado di tracciare l'espansione del cosmo durante il primo Universo - circa. 378.000 anni dopo il Big Bang. Il risultato di Planck ha previsto che il valore della costante di Hubble dovrebbe ora essere di 67 chilometri al secondo per megaparsec (3,3 milioni di anni luce) e non potrebbe essere superiore a 69 chilometri al secondo per megaparsec.
Sulla base del loro sondaggio, il team di Riess ha ottenuto un valore di 73 chilometri al secondo per megaparsec, con una discrepanza del 9%. In sostanza, i loro risultati indicano che le galassie si stanno muovendo a un ritmo più veloce di quello implicito dalle osservazioni dell'Universo primordiale. Poiché i dati di Hubble erano così precisi, gli astronomi non possono liquidare il divario tra i due risultati come errori in ogni singola misurazione o metodo. Come ha spiegato Reiss:
"La comunità è davvero alle prese con la comprensione del significato di questa discrepanza ... Entrambi i risultati sono stati testati in diversi modi, escludendo così una serie di errori non correlati. è sempre più probabile che questo non sia un bug ma una caratteristica dell'universo. "
Questi ultimi risultati suggeriscono quindi che una forza precedentemente sconosciuta o qualche nuova fisica potrebbero essere all'opera nell'Universo. In termini di spiegazioni, Reiss e il suo team hanno offerto tre possibilità, tutte legate al 95% dell'Universo che non possiamo vedere (cioè materia oscura ed energia oscura). Nel 2011, Reiss e altri due scienziati hanno ricevuto il premio Nobel per la fisica per la loro scoperta del 1998 che l'Universo aveva un tasso di espansione accelerato.
Coerentemente con ciò, suggeriscono che l'energia oscura potrebbe allontanare le galassie con forza crescente. Un'altra possibilità è che esista una particella subatomica non scoperta che è simile a un neutrino, ma interagisce con la materia normale per gravità invece che per forze subatomiche. Questi "neutrini sterili" viaggerebbero vicino alla velocità della luce e potrebbero essere collettivamente noti come "radiazioni oscure".
Ognuna di queste possibilità significherebbe che i contenuti dell'Universo primordiale erano diversi, costringendo così un ripensamento dei nostri modelli cosmologici. Al momento, Riess e i colleghi non hanno alcuna risposta, ma hanno in programma di continuare a perfezionare le loro misurazioni. Finora, il team SHoES ha ridotto l'incertezza della costante di Hubble al 2,3%.
Ciò è in linea con uno degli obiettivi centrali del telescopio spaziale Hubble, che era quello di contribuire a ridurre il valore di incertezza nella costante di Hubble, per la quale le stime una volta variavano di un fattore 2.
Quindi, mentre questa discrepanza apre le porte a nuove e difficili domande, riduce anche sostanzialmente la nostra incertezza quando si tratta di misurare l'Universo. In definitiva, questo migliorerà la nostra comprensione di come l'Universo si è evoluto dopo essere stato creato in un cataclisma infuocato 13,8 miliardi di anni fa.
