Il nome "energia oscura" è solo un segnaposto per la forza - qualunque essa sia - che sta causando l'espansione dell'Universo. Nuove osservazioni di diverse stelle variabili Cefeidi da parte del telescopio spaziale Hubble hanno perfezionato la misurazione del tasso di espansione attuale dell'Universo con una precisione in cui l'errore è inferiore al cinque percento. Il nuovo valore per il tasso di espansione, noto come costante di Hubble, o H0 (dopo Edwin Hubble che per primo ha misurato l'espansione dell'universo quasi un secolo fa), è di 74,2 chilometri al secondo per megaparsec (margine di errore di ± 3,6). I risultati concordano strettamente con una misurazione precedente ottenuta da Hubble di 72 ± 8 km / sec / megaparsec, ma ora sono più del doppio della precisione.
La misurazione di Hubble, condotta dal team SHOES (Supernova H0 per l'equazione di stato) e guidata da Adam Riess, dello Space Telescope Science Institute e della Johns Hopkins University, utilizza una serie di perfezionamenti per semplificare e rafforzare la costruzione di un cosmico "Scala della distanza", lunga un miliardo di anni luce, che gli astronomi usano per determinare il tasso di espansione dell'universo.
Le osservazioni di Hubble delle variabili pulsanti Cefeidi in un marcatore di miglio cosmico vicino, la galassia NGC 4258, e nelle galassie ospiti di supernove recenti, collegano direttamente questi indicatori di distanza. L'uso di Hubble per colmare questi pioli nella scala ha eliminato gli errori sistematici che sono quasi inevitabilmente introdotti confrontando le misure di diversi telescopi.
Riess spiega la nuova tecnica: "È come misurare un edificio con un metro a nastro lungo invece di spostare un bastone da giardino da un capo all'altro. Eviti di aggravare i piccoli errori che commetti ogni volta che sposti il metro. Più alto è l'edificio, maggiore è l'errore. "
Lucas Macri, professore di fisica e astronomia presso il Texas A&M, e un contributo significativo ai risultati, ha dichiarato: “I cefeidi sono la spina dorsale della scala delle distanze perché i loro periodi di pulsazione, che sono facilmente osservabili, sono direttamente correlati con la loro luminosità. Un altro perfezionamento della nostra scala è il fatto che abbiamo osservato i Cefeidi nelle parti del vicino infrarosso dello spettro elettromagnetico in cui queste stelle variabili sono indicatori di distanza migliori rispetto alle lunghezze d'onda ottiche. "
Questo nuovo, più preciso valore della costante di Hubble è stato usato per testare e limitare le proprietà dell'energia oscura, la forma di energia che produce una forza repulsiva nello spazio, che sta causando l'accelerazione del tasso di espansione dell'universo.
Mettendo tra parentesi la storia dell'espansione dell'universo tra oggi e quando l'universo aveva solo circa 380.000 anni, gli astronomi furono in grado di porre dei limiti sulla natura dell'energia oscura che sta causando un'accelerazione dell'espansione. (La misurazione per il lontano universo primitivo è derivata dalle fluttuazioni del fondo cosmico a microonde, come risolto dalla sonda di anisotropia a microonde Wilkinson della NASA, WMAP, nel 2003.)
Il loro risultato è coerente con la più semplice interpretazione dell'energia oscura: che è matematicamente equivalente all'ipotetica costante cosmologica di Albert Einstein, introdotta un secolo fa per spingere il tessuto dello spazio e impedire all'universo di collassare sotto l'attrazione della gravità. (Einstein, tuttavia, rimosse la costante una volta che l'espansione dell'universo fu scoperta da Edwin Hubble.)
"Se metti in una scatola tutti i modi in cui l'energia oscura potrebbe differire dalla costante cosmologica, quella scatola ora sarebbe tre volte più piccola", afferma Riess. "Questo è un progresso, ma abbiamo ancora molta strada da fare per individuare la natura dell'energia oscura".
Sebbene la costante cosmologica sia stata concepita molto tempo fa, l'evidenza osservativa per l'energia oscura non è arrivata fino a 11 anni fa, quando due studi, uno condotto da Riess e Brian Schmidt dell'Osservatorio del Monte Stromlo, e l'altro da Saul Perlmutter di Lawrence Berkeley National Laboratory, ha scoperto l'energia oscura in modo indipendente, in parte con le osservazioni di Hubble. Da allora gli astronomi hanno perseguito osservazioni per caratterizzare meglio l'energia oscura.
L'approccio di Riess nel restringere le spiegazioni alternative per l'energia oscura - che si tratti di una costante cosmologica statica o di un campo dinamico (come la forza repulsiva che ha guidato l'inflazione dopo il big bang) - è quello di affinare ulteriormente le misurazioni della storia dell'espansione dell'universo.
Prima del lancio di Hubble nel 1990, le stime della costante di Hubble variavano di un fattore due. Alla fine degli anni '90, il progetto chiave del telescopio spaziale Hubble sulla scala della distanza extragalattica ha perfezionato il valore della costante di Hubble con un errore di solo il dieci percento circa. Ciò è stato ottenuto osservando le variabili Cefeidi a lunghezze d'onda ottiche fino a distanze maggiori di quelle ottenute in precedenza e confrontandole con misurazioni simili da telescopi terrestri.
Il team SHOES ha utilizzato la telecamera a infrarossi vicini di Hubble e lo spettrometro multi-oggetto (NICMOS) e la telecamera avanzata per sondaggi (ACS) per osservare 240 stelle variabili cefeidi in sette galassie. Una di queste galassie era NGC 4258, la cui distanza era determinata in modo molto preciso attraverso osservazioni con radiotelescopi. Le altre sei galassie hanno recentemente ospitato supernove di tipo Ia che sono indicatori di distanza affidabili per misurazioni ancora più lontane nell'universo. Le supernovae di tipo Ia esplodono tutte con quasi la stessa quantità di energia e quindi hanno quasi la stessa luminosità intrinseca.
Osservando i Cefeidi con proprietà molto simili alle lunghezze d'onda del vicino infrarosso in tutte e sette le galassie e usando lo stesso telescopio e lo stesso strumento, il team è stato in grado di calibrare con maggiore precisione la luminosità delle supernove. Con le potenti capacità di Hubble, il team è stato in grado di eludere alcuni dei pioli più traballanti lungo la precedente scala delle distanze che comporta incertezze nel comportamento dei Cefeidi.
Alla fine Riess vorrebbe vedere la costante di Hubble perfezionata su un valore con un errore non superiore all'uno percento, per porre vincoli ancora più severi sulle soluzioni all'energia oscura.
Fonte: Space Telescope Science Institute
