Il nostro modello ci ha aiutato a spiegare ciò che osserviamo nell’universo. Tuttavia, potrebbe essere necessario modificarlo!
Credito immagine: NASA, ESA, CSA, STScI
L’universo si sta espandendo a un ritmo accelerato, ma la natura di questa espansione – il motivo per cui si espande e perché lo fa a una velocità così elevata – rimane incerta. Un possibile responsabile è stato chiamato “energia oscura”, una forma ipotetica di energia che potrebbe essere vista come una sorta di anti-gravità. Sebbene la natura precisa dell’energia oscura sia ancora sconosciuta, come costante cosmologica gli astronomi potevano approssimativamente concordare sui suoi effetti per misurare il tasso di espansione dell’universo, noto come costante di Hubble. Ma non più.
Negli ultimi mesi, sono state pubblicate ricerche e notizie riguardanti nuove misurazioni del tasso di espansione dell’universo. Questo è un argomento caldo in cosmologia. Negli ultimi anni, quell’accordo precedente è scomparso di fronte a un divario tra i valori a seconda del metodo utilizzato per misurarli. La questione, chiamata tensione di Hubble, è diventata centrale, con cosmologi e astrofisici che discutono su quale metodo di misurazione – e il numero risultante – sia corretto. Ma non c’è un chiaro vincitore.
La tensione di Hubble: un problema centrale
Il modello standard della cosmologia
Il modello standard della cosmologia – l’universo è iniziato con un Big Bang, si è espanso esponenzialmente e continua a espandersi (composto da materia ordinaria, materia oscura ed energia oscura in una proporzione di 5:25:70) – potrebbe essere in gioco. Gli osservatori più avanzati che l’umanità abbia mai messo in orbita per misurare fenomeni straordinari non riescono a concordare su un singolo valore per il tasso di espansione.
Le misurazioni del Planck Observatory
Uno di questi osservatori, il Planck Observatory, ha esaminato il fondo cosmico a microonde (CMB). Questa è la prima luce mai rilasciata nell’universo. È considerata l’eco luminosa del Big Bang, emessa una volta che l’universo era abbastanza freddo da permettere la formazione di atomi neutri, con la luce non più legata a essi.
Con i dati del CMB, gli scienziati hanno calcolato che l’universo si sta espandendo a un tasso di 67,4 chilometri al secondo per megaparsec, con 1 megaparsec pari a 3,26 milioni di anni luce. Questo significa che se due galassie sono distanti 1 megaparsec, l’espansione dell’universo le farebbe sembrare che si stiano allontanando l’una dall’altra a una velocità di 67,4 chilometri al secondo.
Metodi di misurazione e discrepanze
Le candele standard e il telescopio spaziale Hubble
Gli astronomi approcciano le misurazioni delle distanze nell’universo in modi diversi. Uno di questi è l’uso delle candele standard, oggetti che hanno la stessa luminosità intrinseca, così misurando quanto appaiono deboli, possiamo calcolare quanto sono lontani. Il telescopio spaziale Hubble ha misurato diverse di queste candele standard. Una in particolare, la stella variabile Cefeide, è stata particolarmente utile. È ciò che gli astronomi hanno usato per calcolare il tasso di espansione dell’universo. Ma – è un numero diverso: 73 chilometri al secondo per megaparsec.
La discrepanza tra i valori
L’incertezza attorno a ciascun numero è piccola e non si sovrappongono. È come se ci fossero due tassi di espansione nell’universo, uno per l’universo molto giovane e uno per gli ultimi miliardi di anni. Tuttavia, il modello standard della cosmologia, la nostra migliore teoria attuale su come è fatto l’universo, dice che dovrebbe essere lo stesso. Quindi o il nostro modello è sbagliato o le nostre misurazioni sono sbagliate. Così abbiamo la tensione di Hubble.
Nuove soluzioni e sfide
Il contributo del Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI)
Una nuova soluzione? Date le incertezze intrinseche, il valore della costante di Hubble è coerente con quello ottenuto dal fondo cosmico a microonde. Ma non può escludere nuove fisiche.
Attualmente, non abbiamo una risposta su quale sia la soluzione corretta, ma ad aprile, ricerche presentate a pochi giorni di distanza hanno indicato alcune nuove intuizioni entusiasmanti. Il Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) ha rilasciato la più grande mappa 3D dell’universo, permettendo ai ricercatori di stimare indipendentemente il tasso di espansione del cosmo tra 8 e 11 miliardi di anni fa. Si scopre che è in accordo con il fondo cosmico a microonde.
Il lavoro del team di Wendy Freedman
Un’altra sfida è recentemente emersa. Un team guidato dalla professoressa Wendy Freedman dell’Università di Chicago ha utilizzato anche il JWST per stimare meglio la costante di Hubble. Il loro lavoro utilizza tre modi indipendenti per stimare le distanze nelle stesse galassie, con diverse candele standard (incluse le variabili Cefeidi) misurate.
Questo approccio è stato ottimizzato per garantire che ogni metodo per le misurazioni delle distanze fosse il più accurato possibile. La professoressa Freedman e il suo team hanno trovato un valore per il tasso di espansione di 69,96 chilometri al secondo per megaparsec. Inclusa la sua incertezza, il valore è coerente con il fondo cosmico a microonde, ma Freedman non è pronta a dichiarare che la tensione di Hubble sia ora scomparsa. Sono necessarie ulteriori osservazioni, ha notato.
“Le galassie più distanti danno un risultato diverso rispetto a quelle vicine. Le misurazioni per le galassie più distanti hanno una risoluzione inferiore e sono meno accurate. Quindi resta al JWST determinare se c’è un problema con quegli oggetti più distanti. Gli oggetti più distanti non hanno ancora dati JWST,” ha detto la professoressa Freedman a IFLScience.
La fisica è al sicuro?
Nuove proposte e il concetto di energia oscura precoce
Nelle incertezze, potrebbero nascondersi nuove fisiche. Una proposta molto recente considera un nuovo tipo di energia oscura esistente all’alba dell’universo. A differenza dell’energia oscura che continua a esistere oggi (nonostante il fatto che non sappiamo cosa sia), questa versione, chiamata “energia oscura precoce”, rimarrebbe solo per un breve periodo. La sua presenza però risolverebbe la tensione di Hubble.
La presenza di questa energia oscura ha fatto aumentare il numero di galassie luminose precoci nella simulazione. Un risultato che risolve due problemi in un colpo solo. Se questo è corretto, però, dipenderà dalle future osservazioni. La tensione di Hubble potrebbe dissolversi e il paradigma per l’evoluzione delle galassie potrebbe cambiare in altri modi.
Conclusioni e prospettive future
“Date le incertezze intrinseche, il valore della costante di Hubble è coerente con quello ottenuto dal fondo cosmico a microonde. Ma non può escludere nuove fisiche. Questo lavoro chiarisce che sono necessari più dati prima che siano richieste aggiunte al modello cosmologico standard,” ha detto la professoressa Freedman a IFLScience.
La scoperta del DESI così come il lavoro della professoressa Freedman e del suo team sono uno sviluppo entusiasmante nella saga della tensione di Hubble. Suggeriscono una soluzione in vista verso un numero più vicino a quello misurato dal CMB. Tuttavia, per ora, le incertezze rimangono e continueranno a esistere finché gli astronomi non potranno concordare esattamente sul motivo per cui è emersa la tensione e dove sono necessarie correzioni.
La tensione di Hubble potrebbe davvero scomparire, ma dovremo aspettare e vedere se sarà per il colpo di distruggere il nostro attuale modello dell’universo o per il sussurro di correggere le nostre osservazioni.
