La misura dell’espansione dell’universo basata sui dati dei telescopi spaziali Hubble e Gaia mostra i limiti degli attuali modelli

Schema di Hubble e Gaia al lavoro (Immagine NASA, ESA, and A. Feild (STScI))
Schema di Hubble e Gaia al lavoro (Immagine NASA, ESA, and A. Feild (STScI))

Un articolo pubblicato sulla rivista “The Astrophysical Journal” descrive una nuova misurazione dell’espansione dell’universo. Un team di astronomi guidato dal premio Nobel Adam Riess ha combinato osservazioni effettuate con il telescopio spaziale Hubble e quelle effettuate con la sonda spaziale Gaia dell’ESA, un osservatorio che ha lo scopo specifico di mappare miliardi di oggetti nel cielo tra cui le stelle variabili chiamate variabili cefeidi usate per le misurazioni. I nuovi risultati aumentano la precisione ma anche la discrepanza tra le misure dell’espansione dell’universo vicino e quelle dell’universo primordiale.

Adam Riess è impegnato da decenni nelle ricerche sull’espansione dell’universo ed è stato tra gli scienziati che hanno ricevuto il premio Nobel per la scoperta che l’espansione dell’universo sta accelerando. Per spiegare questo fenomeno è stata fatta l’ipotesi dell’esistenza dell’energia oscura, di cui però conosciamo solo quest’effetto e ben poco altro.

Per cercare di capire le cause dell’accelerazione dell’espansione dell’universo, è necessario tra le altre cose ottenere misurazioni precise di questo fenomeno. In onore di Edwin Hubble, l’astronomo che fornì le prime prove dell’espansione dell’universo, la sua velocità stimata venne chiamata costante di Hubble. Un ulteriore problema emerso dalle ricerche è che le misurazioni stanno portando a quella che viene chiamata una tensione, un’incompatibilità tra l’universo attuale e quello primordiale.

Le misurazioni dell’espansione dell’universo attuale vengono effettuate utilizzando quelle che sono chiamate candele standard, stelle variabili chiamate variabili cefeidi che hanno una correlazione molto stretta tra il loro periodo di variabilità e la loro luminosità assoluta. Anche alcune supernove di tipo Ia sono possono essere usate per questo scopo. In un articolo pubblicato nel giugno 2016 sempre sulla rivista “The Astrophysical Journal” un team sempre guidato da Adam Riess utilizzò osservazioni del telescopio spaziale Hubble, che deve anch’esso il nome a Edwin Hubble.

Nel frattempo, l’ESA ha lanciato la sonda spaziale Gaia per creare una precisa mappa del cielo e il 25 aprile 2018 ha pubblicato la seconda mappa, fornendo altri dati molto precisi su distanza e luminosità delle variabili cefeidi usate per misurare l’espansione dell’universo. La combinazione dei dati di Hubble e di Gaia indicano che la velocità di espansione è di 73.52 ± 1.62 chilometri al secondo per megaparsec.

Questo nuovo risultato è ottimo ma contraddice quello di circa 67 chilometri al secondo per megaparsec ottenuti studiando l’universo primordiale con la sonda spaziale Planck Surveyor. Si tratta di un altro speciale telescopio spaziale dell’ESA progettato in questo caso per studiare la radiazione cosmica di fondo, usata come base per l’altro metodo di misurazione della costante di Hubble.

Anche tenendo conto dell’incertezza delle misurazioni, ridotta al 2,2% in questa nuova ricerca grazie alla combinazione dei dati di Hubble e Gaia, c’è una discrepanza tra le misurazioni effettuate con i due metodi. Il team di Adam Riess intende continuare a raffinare la misurazione basata sulle variabili cefeidi usando i dati che Gaia continua a raccogliere ma la discrepanza richiede una spiegazione.

Le possibili spiegazioni sono basate sulle caratteristiche della materia oscura oppure dell’energia oscura ma si tratta di ipotesi. Strumenti sempre più sofisticati permettono di raccogliere nuovi dati per capire meglio questo mistero. È proprio dove vengono trovate incongruenze con i modelli esistenti che gli scienziati indagano per ottenere progressi che ci forniscano un livello più elevato di comprensione del cosmo.

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