Uno studio sulla costante di Hubble sta cercando di trovare una soluzione ai problemi di calcolo dell’espansione dell’Universo.
I fisici utilizzano due tipi di misurazioni per calcolare il tasso dell’espansione dell’Universo, ma i loro risultati non coincidono, il che potrebbe rendere necessario ritoccare il modello cosmologico. “È come cercare di infilare un ago cosmico”, spiega la ricercatrice Licia Verde dell’Università di Barcellona, coautrice di un articolo sulle implicazioni di questo problema. Più di un centinaio di scienziati si erano incontrati al Kavli Institute for Theoretical Physics dell’Università della California (USA) per cercare di chiarire cosa sta succedendo con i dati che non tornano, una questione che riguarda l’origine stessa, evoluzione e destino del nostro cosmo. Le loro conclusioni sono state pubblicate sulla rivista Nature Astronomy e sono attualmente in fase di revisione paritaria.
Discordanze con l’Universo Primordiale
Il problema sta nella costante di Hubble (H0), un parametro il cui valore -non è in realtà una costante perché cambia nel tempo- indica la velocità con cui l’Universo si sta espandendo attualmente. Esistono diversi modi per misurare questa quantità ma possono essere divisi in due classi principali: quelli basati sull’Universo Tardivo (il più vicino a noi nello spazio e nel tempo) e quelli basati sull’Universo Primordiale, e non danno esattamente lo stesso risultato.
Un classico esempio di misurazioni nell’universo tardo sono quelle fornite dalle pulsazioni regolari delle stelle cefeidi, che l’astronoma Henrietta Swan Leavitt osservò già un secolo fa e che aiutarono Edwin Hubble a calcolare le distanze tra le galassie e a dimostrare nel 1929 che l’Universo è in espansione.
L’attuale analisi della luminosità variabile delle cefeidi con telescopi spaziali come Hubble, insieme ad altre osservazioni dirette di oggetti nel nostro ambiente cosmico e di supernove più distanti, indicano che il valore H0 è di circa 73,9 chilometri al secondo per megaparsec (un’unità astronomica equivalente a circa 3,26 milioni di anni luce).
Tuttavia, le misurazioni basate sull’Universo primordiale forniscono un valore H0 medio di 67,4 km/s/Mpc. Queste altre rilevazioni, ottenute con i dati del satellite Planck dell’Agenzia spaziale europea e di altri strumenti, sono ottenute indirettamente sulla base del successo del modello cosmologico standard (modello Lambda-CDM), che propone un Universo composto per il 5% da atomi o materia ordinaria, 27 % materia oscura (costituita da particelle, finora rilevate, che forniscono ulteriore attrazione gravitazionale affinché le galassie possano formarsi e ammassi di galassie tenuti insieme) e 68 % energia oscura, responsabile dell’accelerazione dell’espansione del pianeta Universo.
Misurazioni
In particolare, queste misurazioni dell’Universo primordiale si concentrano sulla luce più lontana che può essere osservata: la radiazione cosmica a microonde, prodotto quando l’Universo aveva solo 380.000 anni, nella cosiddetta era della ricombinazione (dove i protoni si ricombinavano con gli elettroni per formare atomi.
Esistono modi molto diversi e indipendenti (con metodi e strumenti scientifici totalmente diversi) per misurare l’H0 sulla base dell’Universo primordiale, e lo stesso vale per l’Universo tardo. La cosa interessante è che tutte le misurazioni di un tipo sono in mutuo accordo tra loro, con una precisione dell’1 o 2%, così come quelle dell’altro tipo, con la stessa grande precisione; ma quando confrontiamo le misurazioni di una classe con quelle di dall’altro, sorge la discrepanza.
Sembra una piccola differenza, solo il 7%, ma è significativa considerando che parliamo di una precisione dell’1 o del 2% nel valore della costante di Hubble: è come se cercassimo di infilarci un ‘ago cosmico’ il cui foro è il valore H0 misurato oggi e il filo viene portato dal modello dall’Universo più lontano che possiamo osservare: la radiazione cosmica a microonde.
Inoltre vengono sottolineate alcune conseguenze della discrepanza poiché più basso è il valore di H0, più vecchio è l’Universo. La sua età attuale è calcolata in circa 13,8 miliardi di anni considerando che la costante di Hubble è 67 o 68 km/s/ Mpc; ma se il suo valore fosse 74 km/s/Mpc, il nostro universo sarebbe più giovane: avrebbe circa 12,8 miliardi di anni.
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La modifica del modello nell’Universo primordiale
Gli autori sottolineano nel loro studio che questa anomalia non sembra dipendere dallo strumento o dal metodo utilizzato per la misurazione, né da apparecchiature o fonti umane. Se dunque non ci sono errori nei dati o nelle misurazioni, potrebbe esserci un problema con il modello. I valori H0 della classe dell’Universo primordiale si basano sul modello cosmologico standard, che è molto ben consolidato e di grande successo, ma che possiamo provare a modificare per risolvere questa discrepanza. Non possiamo però manomettere le caratteristiche del modello che funziona molto bene.
Se i dati continuano a confermare il problema, i fisici teorici sembrano concordi nel ritenere che la strada più promettente per risolverlo sia quella di modificare il modello poco prima che si formasse la luce osservata nel fondo cosmico a microonde, cioè poco prima della ricombinazione (in cui esisteva già (63% materia oscura, 15% fotoni, 10% neutrini e 12% atomi). Una delle ipotesi proposte è che, poco dopo il Big Bang, potrebbe essersi verificato un intenso episodio di energia oscura che ha espanso l’Universo più velocemente di quanto precedentemente calcolato.
“Anche se è ancora altamente speculativo, con questo modello messo a punto, il valore H0 ottenuto con misurazioni basate sull’Universo primordiale potrebbe coincidere con misurazioni locali”, dice Licia Verde, che conclude: “Non sarà facile, ma in questo modo potremmo davvero infilare un ago cosmico senza rompere tutto ciò che funziona bene nel modello.”
Fonte: Eureka Alert, Nature Astronomy
