Il telescopio spaziale Hubble ha calibrato più di 40 “marcatori” che aiutano gli scienziati a misurare con precisione il tasso di espansione dell’universo.

La ricerca del tasso di espansione dell’universo è iniziata negli anni ’20 con le misurazioni degli astronomi Edwin P. Hubble e Georges Lemaître. Nel 1998, ciò ha portato alla scoperta dell’energia oscura, una misteriosa forza repulsiva che accelera l’espansione dell’universo.
Negli ultimi anni, grazie ai dati di Hubble e di altri telescopi, gli astronomi hanno scoperto un’altra svolta: una discrepanza tra il tasso di espansione misurato nell’universo locale rispetto alle osservazioni vicine al big bang, che prevedono un diverso valore di espansione.

La causa di questa discrepanza rimane un mistero. Ma i dati di Hubble, che comprendono una varietà di oggetti cosmici che fungono da indicatori di distanza, supportano l’idea che stia succedendo qualcosa di strano che potrebbe coinvolgere una fisica completamente nuova.

Il telescopio spaziale Hubble. Credit: Pixabay

L’aggiornamento della costante di Hubble

Una collaborazione scientifica chiamata SH0ES (Supernova H0 per l’equazione dello stado dell’energia oscura) che studia il tasso di espansione dell’universo, ha preparato un documento che riporta il completamento del più grande e probabile ultimo aggiornamento importante sulla costante di Hubble. I nuovi risultati hanno più del doppio del precedente campione di marcatori di distanza cosmica. Il suo team ha anche rianalizzato tutti i dati precedenti, con l’intero set di dati che ora include oltre 1.000 orbite del telescopio spaziale.

Quando la NASA concepì un grande telescopio spaziale negli anni ’70, una delle principali giustificazioni per la spesa e lo straordinario sforzo tecnico era quella di riuscire a risolvere le Cefeidi, stelle che si illuminano e si attenuano periodicamente, viste all’interno della nostra Via Lattea e delle galassie esterne. Le cefeidi sono state a lungo il principale marcatore di miglia cosmiche da quando la loro utilità è stata scoperta dall’astronoma Henrietta Swan Leavitt nel 1912. Per calcolare distanze molto maggiori, gli astronomi usano invece stelle chiamate Supernove di tipo Ia. Combinati, questi oggetti hanno costruito una “scala della distanza cosmica” attraverso l’universo e sono essenziali per misurare il tasso di espansione dell’universo, chiamato appunto “costante di Hubble” da Edwin Hubble.

Questo valore è fondamentale per stimare l’età dell’universo e fornisce un test basilare della nostra comprensione dell’universo.

Dopo il lancio del telescopio spaziale nel 1990, la prima serie di osservazioni delle stelle Cefeidi per perfezionare la costante di Hubble è stata intrapresa da due team le hanno usate per perfezionare la misurazione della distanza dalle galassie vicine. All’inizio degli anni 2000 i team hanno dichiarato “missione compiuta” raggiungendo una precisione del 10 percento per la costante di Hubble: 72 +/- 8 chilometri al secondo per megaparsec.

Nel 2005 e di nuovo nel 2009, l’aggiunta di nuove potenti fotocamere a bordo del telescopio Hubble ha lanciato la “Generazione 2” della ricerca sulla costante di Hubble mentre i team si sono impegnati a perfezionare il valore con una precisione di appena l’uno per cento inaugurando il programma SH0ES. Diverse squadre di astronomi che utilizzano Hubble, incluso SH0ES, sono convergenti su un valore costante di Hubble di 73 +/- 1 chilometro al secondo per megaparsec.

Il team ha misurato con Hubble 42 marcatori di Supernove.

Poiché se ne vede esplodere all’incirca una all’anno, Hubble ha, per tutti gli scopi pratici, registrato quante più supernove possibili per misurare l’espansione dell’universo. 

Questa raccolta di 36 immagini del telescopio spaziale Hubble della NASA presenta galassie che ospitano sia le variabili Cefeidi che le supernove. Credits: NASA, ESA, Adam G. Riess (STScI, JHU)

I conti non tornano?

Si prevedeva che il tasso di espansione dell’universo fosse più lento di quello che Hubble vede effettivamente. Combinando il Modello Cosmologico Standard dell’Universo e le misurazioni della missione Planck dell’Agenzia Spaziale Europea (che ha osservato la radiazione cosmica di fondo di 13,8 miliardi di anni fa), gli astronomi hanno calcolato un valore inferiore per la costante di Hubble: 67,5 +/- 0,5 chilometri al secondo per megaparsec, rispetto alla stima di 73 del team SH0ES.

Data la grande dimensione del campione di Hubble c’è solo una possibilità su un milione che gli astronomi si sbaglino, una soglia sufficiente per prendere sul serio un problema di fisica.

Questa nuova scoperta sta complicando quella che stava diventando una bella e ordinata immagine dell’evoluzione dinamica dell’universo. Gli astronomi sono in difetto per una mancanza di connessione tra il tasso di espansione dell’universo locale e l’universo primordiale, ma la risposta potrebbe implicare l’utilizzi di una fisica aggiuntiva dell’universo.

Il nuovo telescopio spaziale Webb della NASA estenderà il lavoro svolto sino ad oggi mostrando questi indicatori cosmici di miglio a distanze maggiori o a una risoluzione più nitida di quella che Hubble può vedere.

Riferimenti: NASA Goddard Space Flight Center

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