Proprio quando pensiamo di capire abbastanza bene l'Universo, arrivano alcuni astronomi che ribaltano tutto. In questo caso, qualcosa di essenziale per tutto ciò che sappiamo e vediamo è stato capovolto: il tasso di espansione dell'Universo stesso, noto anche come Costante di Hubble.
Un team di astronomi che utilizzano il telescopio Hubble ha determinato che il tasso di espansione è tra il cinque e il nove percento più veloce di quanto precedentemente misurato. La costante di Hubble non è una curiosità che può essere accantonata fino ai successivi progressi nella misurazione. Fa parte della natura stessa di tutto ciò che esiste.
"Questa scoperta sorprendente potrebbe essere un indizio importante per comprendere quelle parti misteriose dell'universo che costituiscono il 95 percento di tutto e non emettono luce, come energia oscura, materia oscura e radiazione oscura", ha dichiarato il leader dello studio e il premio Nobel Adam Riess dello Space Telescope Science Institute e The Johns Hopkins University, entrambi a Baltimora, nel Maryland.
Ma prima di entrare nelle conseguenze di questo studio, facciamo un passo indietro e osserviamo come viene misurata la costante di Hubble.
Misurare il tasso di espansione dell'Universo è un affare complicato. Utilizzando l'immagine in alto, funziona in questo modo:
- All'interno della Via Lattea, il telescopio Hubble viene utilizzato per misurare la distanza dalle variabili Cefeidi, un tipo di stella pulsante. Parallax è usato per fare questo, e la parallasse è uno strumento di base della geometria, che è anche usato nel rilievo. Gli astronomi sanno qual è la vera luminosità dei Cefeidi, quindi confrontandola con la loro apparente luminosità dalla Terra fornisce una misurazione accurata della distanza tra la stella e noi. La loro frequenza delle pulsazioni ottimizza anche il calcolo della distanza. Le variabili cefeidi sono talvolta chiamate "parametri cosmici" per questo motivo.
- Quindi gli astronomi volgono lo sguardo su altre galassie vicine che contengono non solo variabili Cefeidi, ma anche supernova di Tipo 1a, un altro tipo di stella ben compreso. Queste supernove, che ovviamente esplodono in stelle, sono un altro criterio affidabile per gli astronomi. La distanza da queste galassie è ottenuta usando i Cefeidi per misurare la vera luminosità delle supernovae.
- Successivamente, gli astronomi puntano l'Hubble verso galassie che sono ancora più lontane. Questi sono così distanti che non è possibile vedere alcun Cefeide in quelle galassie. Ma le supernovae di tipo 1a sono così luminose che possono essere viste, anche a queste enormi distanze. Quindi, gli astronomi confrontano la luminosità apparente e reale delle supernovae per misurare la distanza in cui si può vedere l'espansione dell'Universo. La luce delle supernovae lontane viene "spostata in rosso", o allungata, dall'espansione dello spazio. Quando la distanza misurata viene confrontata con lo spostamento rosso della luce, si ottiene una misurazione della velocità di espansione dell'Universo.
- Fai un respiro profondo e rileggi tutto ciò.
La gran parte di tutto ciò è che abbiamo una misurazione ancora più accurata del tasso di espansione dell'Universo. L'incertezza nella misurazione è scesa al 2,4%. La parte difficile è che questo tasso di espansione dell'Universo moderno non coincide con la misurazione dell'Universo primordiale.
Il tasso di espansione dell'Universo primordiale è ottenuto dalla radiazione residua del Big Bang. Quando quel bagliore cosmico viene misurato dalla sonda di anisotropia a microonde Wilkinson della NASA (WMAP) e dal satellite Planck dell'ESA, produce un tasso di espansione minore. Quindi i due non si allineano. È come costruire un ponte, dove la costruzione inizia ad entrambe le estremità e dovrebbe allinearsi quando arrivi al centro. (Avvertenza: non ho idea se i ponti siano costruiti in questo modo.)
"Inizi alle due estremità e ti aspetti di incontrarti nel mezzo se tutti i tuoi disegni sono giusti e le tue misure sono giuste", ha detto Riess. "Ma ora le estremità non si stanno ancora incontrando nel mezzo e vogliamo sapere perché."
"Se conosciamo le quantità iniziali di cose nell'universo, come l'energia oscura e la materia oscura, e abbiamo la fisica corretta, allora puoi passare da una misurazione al momento poco dopo il big bang e usare quella comprensione per prevedere come velocemente l'universo dovrebbe espandersi oggi ", ha detto Riess. "Tuttavia, se questa discrepanza regge, sembra che potremmo non avere la giusta comprensione, e cambia quanto dovrebbe essere grande la costante di Hubble oggi."
Perché non tutto sommato è la parte divertente e forse esasperante di questo.
Ciò che chiamiamo energia oscura è la forza che guida l'espansione dell'Universo. L'energia oscura sta diventando più forte? O che ne dici di Dark Matter, che comprende la maggior parte della massa nell'Universo. Sappiamo che non ne sappiamo molto. Forse ne sappiamo ancora meno e la sua natura sta cambiando nel tempo.
"Sappiamo così poco delle parti oscure dell'universo, è importante misurare il modo in cui spingono e trascinano lo spazio sulla storia cosmica", ha affermato Lucas Macri della Texas A&M University di College Station, uno dei principali collaboratori dello studio.
Il team sta ancora lavorando con Hubble per ridurre l'incertezza nelle misurazioni del tasso di espansione. Strumenti come il James Webb Space Telescope e l'European Extremely Large Telescope potrebbero aiutare a perfezionare ulteriormente la misurazione e aiutare a risolvere questo problema convincente.
