Qualcosa non è del tutto giusto nell'universo. Almeno basato su tutto ciò che i fisici sanno finora. Stelle, galassie, buchi neri e tutti gli altri oggetti celesti si allontanano sempre più velocemente nel tempo. Le misurazioni passate nel nostro vicinato locale dell'universo scoprono che l'universo sta esplodendo verso l'esterno più velocemente di quanto non fosse all'inizio. Non dovrebbe essere così, basato sul miglior descrittore dell'universo da parte degli scienziati.
Se le loro misurazioni di un valore noto come Costante di Hubble sono corrette, significa che al modello attuale mancano nuove fisiche cruciali, come particelle fondamentali non contabilizzate o qualcosa di strano che accade con la misteriosa sostanza nota come energia oscura.
Ora, in un nuovo studio, pubblicato il 22 gennaio sulla rivista Monthly Avvisi della Royal Astronomical Society, gli scienziati hanno misurato la costante di Hubble in un modo completamente nuovo, confermando che, in effetti, l'universo si sta espandendo più velocemente di quanto non fosse nella sua All'inizio.
"Sta succedendo qualcosa di interessante"
Per spiegare come l'universo sia passato da un minuscolo, caldo e denso granello di plasma minaccioso alla vasta distesa che vediamo oggi, gli scienziati hanno proposto quello che è noto come il modello Lambda Cold Dark Matter (LCDM). Il modello pone vincoli sulle proprietà della materia oscura, un tipo di materia che esercita un'attrazione gravitazionale ma non emette luce e energia oscura, che sembra opporsi alla gravità. LCDM è in grado di riprodurre con successo la struttura delle galassie e lo sfondo cosmico a microonde - la prima luce dell'universo - nonché la quantità di idrogeno ed elio nell'universo. Ma non può spiegare perché l'universo si sta espandendo più velocemente ora di quanto non facesse all'inizio.
Ciò significa che o il modello LCDM è sbagliato o lo sono le misurazioni della velocità di espansione.
Il nuovo metodo mira a risolvere definitivamente il dibattito sul tasso di espansione, ha detto a Live Science Simon Birrer, ricercatore dell'Università della California, Los Angeles, e autore principale del nuovo studio. Finora, le nuove misurazioni indipendenti confermano la discrepanza, suggerendo che potrebbe essere necessaria una nuova fisica.
Per inchiodare la costante di Hubble, gli scienziati avevano precedentemente utilizzato diversi metodi. Alcuni hanno usato supernova nell'universo locale (la parte vicina dell'universo), e altri si sono affidati a Cefeidi, o tipi di stelle che pulsano e tremolano regolarmente in luminosità. Altri ancora hanno studiato la radiazione cosmica di fondo.
La nuova ricerca ha utilizzato una tecnica che coinvolge la luce dei quasar - galassie estremamente luminose alimentate da enormi buchi neri - nel tentativo di spezzare la cravatta.
"Non importa quanto sia accurato un esperimento, ci può sempre essere qualche effetto integrato nei tipi di strumenti che stanno usando per fare quella misurazione. Quindi quando un gruppo arriva così e usa un set di strumenti completamente diverso ... e ottiene la stessa risposta, quindi puoi concludere abbastanza rapidamente che quella risposta non è il risultato di un serio effetto nelle tecniche ", ha detto Adam Riess, premio Nobel e ricercatore presso lo Space Telescope Science Institute e alla Johns Hopkins University. "Penso che la nostra fiducia stia crescendo sul fatto che stia succedendo qualcosa di veramente interessante", ha detto a Live Science Riess, che non era coinvolta nello studio.
Vedendo doppio
Ecco come ha funzionato la tecnica: quando la luce proveniente da un quasar passa attraverso una galassia interposta, la gravità della galassia fa sì che la luce si "pieghi gravitazionalmente" prima di colpire la Terra. La galassia ha agito come una lente per distorcere la luce del quasar in più copie - più comunemente due o quattro a seconda dell'allineamento dei quasar rispetto alla galassia. Ognuna di quelle copie ha percorso un percorso leggermente diverso intorno alla galassia.
I quasar di solito non brillano costantemente come molte stelle. A causa del materiale che cade nei loro buchi neri centrali, cambiano di luminosità su scale di ore a milioni di anni. Pertanto, quando l'immagine di un quasar viene riflessa in più copie con percorsi di luce disuguali, qualsiasi cambiamento nella luminosità del quasar comporterà un leggero sfarfallio tra le copie, poiché la luce di alcune copie impiega più tempo a raggiungere la Terra.
Da questa discrepanza, gli scienziati hanno potuto determinare con precisione quanto siamo lontani dalla galassia quasar e da quella intermedia. Per calcolare la costante di Hubble, gli astronomi hanno quindi confrontato quella distanza con lo spostamento verso il rosso dell'oggetto o lo spostamento delle lunghezze d'onda della luce verso l'estremità rossa dello spettro (che mostra quanto la luce dell'oggetto si è allungata man mano che l'universo si espande).
Lo studio della luce da sistemi che creano quattro immagini o copie di un quasar è stato fatto in passato. Ma, nel nuovo articolo, Birrer e i suoi collaboratori hanno dimostrato con successo che è possibile misurare la costante di Hubble da sistemi che creano solo una doppia immagine del quasar. Ciò aumenta notevolmente il numero di sistemi che possono essere studiati, il che alla fine consentirà di misurare la costante di Hubble in modo più preciso.
"Le immagini di quasar che compaiono quattro volte sono molto rare - ci sono forse solo 50-100 in tutto il cielo e non tutte sono abbastanza luminose per essere misurate", ha detto Birrer a Live Science. "I sistemi a doppia lente, tuttavia, sono più frequenti di circa un fattore cinque."
I nuovi risultati di un sistema a doppia lente, combinato con altri tre sistemi a lente quadrupla precedentemente misurati, pongono il valore della costante di Hubble a 72,5 chilometri al secondo per megaparsec; questo è in accordo con le altre misurazioni dell'universo locale, ma ancora circa l'8% in più rispetto alle misurazioni dall'universo distante (l'universo più vecchio o precoce). Man mano che la nuova tecnica viene applicata a più sistemi, i ricercatori saranno in grado di adattarsi all'esatta differenza tra le misurazioni dell'universo distante (o precoce) e locale (più recente).
"La chiave è passare da un punto in cui stiamo dicendo, sì, queste cose non sono d'accordo, ad avere una misura molto precisa del livello a cui non sono d'accordo, perché alla fine questo sarà l'indizio che consente teoria per dire cosa sta succedendo ", ha detto Riess a Live Science.
Misurare accuratamente la costante di Hubble aiuta gli scienziati a capire molto più di quanto velocemente l'universo stia volando via. Il valore è indispensabile nel determinare l'età dell'universo e le dimensioni fisiche delle galassie distanti. Fornisce inoltre agli astronomi indizi sulla quantità di materia oscura e di energia oscura, là fuori.
Per quanto riguarda la spiegazione di ciò che la fisica esotica potrebbe spiegare la loro discrepanza nelle misurazioni del tasso di espansione, questo è in fondo alla linea.
