La nuova misurazione della costante di Hubble aggiunge mistero al tasso di espansione dell’Universo


stsci-h-p1928a-m-2000x1750

Queste galassie sono selezionate da un programma del telescopio spaziale Hubble per misurare la velocità di espansione dell’universo, chiamata costante di Hubble. Il valore viene calcolato confrontando le distanze delle galassie con la velocità apparente di recessione dalla Terra (a causa degli effetti relativistici dell’espansione spaziale). Confrontando la luminosità apparente delle stelle giganti rosse delle galassie con le giganti rosse vicine, le cui distanze sono state misurate con altri metodi, gli astronomi sono in grado di determinare la distanza di ciascuna delle galassie ospiti. Questo è possibile perché le giganti rosse sono affidabili marcatori milepost perché raggiungono tutti la stessa luminosità di picco nella loro ultima evoluzione. E, questo può essere usato come “candela standard” per calcolare la distanza. La squisita nitidezza e sensibilità di Hubble ha permesso di trovare le giganti rosse negli aloni stellari delle galassie ospiti. Le giganti rosse sono state ricercate negli aloni delle galassie. La riga centrale mostra l’intero campo visivo di Hubble. La riga in basso ingrandisce ancora di più nei campi di Hubble. Le giganti rosse sono identificate da cerchi gialli.


Gli astronomi hanno fatto una nuova misura della velocità di espansione dell’universo, usando un tipo di stella completamente diverso da quello che si era usata in precedenza. La misura riveduta, che proviene dal telescopio spaziale Hubble della NASA, cade al centro di una questione molto dibattuta in astrofisica che può portare ad una nuova interpretazione delle proprietà fondamentali dell’universo.

Gli scienziati sanno da quasi un secolo che l’universo si sta espandendo, il che significa che la distanza tra le galassie attraverso l’universo sta diventando sempre più vasta ogni secondo. Ma esattamente quanto velocemente si sta allungando lo spazio, un valore noto come costante di Hubble, è rimasto ostinatamente sfuggente.

Ora, il professor Wendy Freedman dell’Università di Chicago e i suoi colleghi hanno una nuova misurazione del tasso di espansione nell’universo moderno, suggerendo che lo spazio tra le galassie si estende più velocemente di quanto gli scienziati si aspetterebbero. Quello di Freedman è uno dei numerosi studi recenti che indicano una fastidiosa discrepanza tra le moderne misure di espansione e le previsioni basate sull’universo come lo era più di 13 miliardi di anni fa, come misurato dal satellite Planck dell’Agenzia Spaziale Europea.

Poiché ulteriori ricerche indicano una discrepanza tra previsioni e osservazioni, gli scienziati stanno valutando se sia necessario proporre un nuovo modello di fisica dell’universo per spiegarlo.

Schermata 2019-07-17 alle 12.23.04.png

Schermata 2019-07-17 alle 12.20.48.png

Schermata 2019-07-17 alle 12.21.44.png

“La costante di Hubble è il parametro cosmologico che determina la scala assoluta, la dimensione e l’età dell’universo; è uno dei modi più diretti che abbiamo per quantificare come si evolve l’universo”, ha detto Freedman. “La discrepanza che abbiamo visto prima non è sparita, ma questa nuova evidenza suggerisce che i ricercatori sono ancora lontani dal dirimere la questione se ci sia una ragione immediata e convincente per credere che ci sia qualcosa di fondamentalmente sbagliato nel nostro attuale modello dell’universo”.

In un nuovo articolo accettato per la pubblicazione su The Astrophysical Journal, Freedman e il suo team hanno annunciato una nuova misurazione della costante di Hubble utilizzando una sorta di stella nota come gigante rossa. 

Le loro nuove osservazioni, fatte usando Hubble, indicano che il tasso di espansione per l’universo vicino è di poco meno di 70 chilometri al secondo per megaparsec. Un parsec equivale a una distanza di 3,26 anni luce.

Questa misura è leggermente inferiore al valore di 74 km/sec/Mpc recentemente riportato dal team di Hubble SH0ES (Supernovae H0 per l’Equazione di Stato) utilizzando variabili Cefeidi, che sono stelle che pulsano ad intervalli regolari che corrispondono alla loro luminosità di picco. Questo team, guidato da Adam Riess della Johns Hopkins University and Space Telescope Science Institute, Baltimora, Maryland, ha recentemente riferito di aver affinato le loro osservazioni alla massima precisione fino ad oggi per la loro tecnica di misurazione della distanza delle Cefeidi.

Una sfida centrale nella misurazione del tasso di espansione dell’universo è che è molto difficile calcolare con precisione le distanze dagli oggetti lontani.

Nel 2001, Freedman ha guidato un team che ha utilizzato stelle lontane per effettuare una misurazione di riferimento della costante di Hubble. Il team del progetto chiave del telescopio spaziale Hubble Space Telescope Key Project ha misurato il valore usando variabili Cefeidi come marcatori di distanza. Il loro programma ha concluso che il valore della costante di Hubble per il nostro universo era di 72 km/sec/Mpc.  Ma più recentemente, gli scienziati hanno adottato un approccio molto diverso: costruire un modello basato sull’increspatura della struttura della luce lasciata dal big bang, che si chiama Cosmic Microwave Background. Le misure di Planck permettono agli scienziati di prevedere come il primo universo si sarebbe probabilmente evoluto nel tasso di espansione che gli astronomi possono misurare oggi. Gli scienziati hanno calcolato un valore di 67,4 km/sec/Mpc, in significativo disaccordo con il tasso di 74,0 km/sec/Mpc misurato con le stelle Cefeidi.

Gli astronomi hanno cercato tutto ciò che potrebbe causare il disallineamento. “Naturalmente, ci si chiede se la discrepanza derivi da qualche aspetto che gli astronomi non hanno ancora capito sulle stelle che stiamo misurando, o se il nostro modello cosmologico dell’universo sia ancora incompleto”, ha detto Freedman. “O forse entrambi hanno bisogno di essere migliorati”.

Il team di Freedman ha cercato di verificare i loro risultati stabilendo un nuovo e completamente indipendente percorso verso la costante di Hubble usando un tipo di stella completamente diverso.

Alcune stelle terminano la loro vita come una specie di stella molto luminosa chiamata gigante rossa, uno stadio evolutivo che il nostro Sole vivrà tra miliardi di anni. Ad un certo punto, la stella subisce un evento catastrofico chiamato flash dell’elio, in cui la temperatura sale a circa 100 milioni di gradi e la struttura della stella viene riorganizzata, il che alla fine riduce drasticamente la sua luminosità. Gli astronomi possono misurare la luminosità apparente delle stelle giganti rosse in questa fase in diverse galassie, e possono usare questo come un modo per comunicare la loro distanza.

La costante di Hubble viene calcolata confrontando i valori di distanza con l’apparente velocità di recessione delle galassie bersaglio – cioè, quanto velocemente le galassie sembrano allontanarsi. I calcoli del team danno una costante di Hubble di 69,8 km/sec/Mpc – a cavallo tra i valori derivati dai team di Planck e Riess.

“Il nostro pensiero iniziale è stato che se c’è un problema da risolvere tra le Cefeidi e il Cosmic Microwave Background, allora il metodo della gigante rossa può essere il tie-breaker”, ha detto Freedman.

Ma i risultati non sembrano favorire fortemente una risposta rispetto all’altra dicono i ricercatori, anche se si allineano più strettamente con i risultati di Planck.

La prossima missione della NASA, il Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST), il cui lancio è previsto per la metà degli anni venti, permetterà agli astronomi di esplorare meglio il valore della costante di Hubble nel tempo cosmico. WFIRST, con la sua risoluzione simile a quella di Hubble e una vista del cielo 100 volte maggiore, fornirà una ricchezza di nuove supernovae di tipo Ia, variabili Cefeidi e stelle giganti rosse per migliorare in modo fondamentale le misurazioni della distanza delle galassie vicine e lontane.

Fonte