L'universo simulato dalla simulazione del millennio è strutturato come il formaggio svizzero in filamenti e vuoti. La via Lattea, secondo gli astronomi UW-Madison, esiste in uno dei buchi o vuoti della struttura su larga scala del cosmo. Credito:Progetto di simulazione del millennio
Cosmologicamente parlando, la Via Lattea e i suoi immediati dintorni si trovano nelle baracche.
In uno studio osservazionale del 2013, Ryan Keenan, un ricercatore post-dottorato presso l'Academia Sinica di Taiwan e un alumnus dell'Università del Wisconsin-Madison, e il suo ex consigliere UW, l'astronoma Amy Barger, ha mostrato che la nostra galassia, nel contesto della struttura su larga scala dell'universo, risiede in un enorme vuoto, una regione dello spazio che contiene molte meno galassie, stelle e pianeti del previsto.
Ora, un nuovo studio di uno studente universitario UW-Madison, anche uno studente di Barger, non solo rafforza l'idea che esistiamo in uno dei buchi della struttura del formaggio svizzero del cosmo, ma aiuta ad alleviare l'apparente disaccordo o tensione tra le diverse misurazioni della costante di Hubble, l'unità utilizzata dai cosmologi per descrivere la velocità con cui l'universo si sta espandendo oggi.
I risultati del nuovo studio sono stati presentati qui oggi (6 giugno, 2017) a un incontro dell'American Astronomical Society.
La tensione nasce dalla consapevolezza che diverse tecniche impiegate dagli astrofisici per misurare la velocità di espansione dell'universo danno risultati diversi. "Non importa quale tecnica usi, dovresti ottenere lo stesso valore per il tasso di espansione dell'universo oggi, " spiega Ben Hoscheit, lo studente del Wisconsin presentando la sua analisi del vuoto apparentemente molto più grande della media in cui risiede la nostra galassia. "Fortunatamente, vivere nel vuoto aiuta a risolvere questa tensione».
La ragione di ciò è che un vuoto - con molta più materia al di fuori del vuoto che esercita un'attrazione gravitazionale leggermente più grande - influenzerà il valore della costante di Hubble misurato da una tecnica che utilizza supernovae relativamente vicine, mentre non avrà alcun effetto sul valore derivato da una tecnica che utilizza il fondo cosmico a microonde (CMB), la luce residua del Big Bang.
Una mappa dell'universo locale osservata dalla Sloan Digital Sky Survey. Le aree arancioni hanno densità più elevate di ammassi di galassie e filamenti. Credito:Sloan Digital Sky Survey
Il nuovo rapporto del Wisconsin fa parte dello sforzo molto più grande per comprendere meglio la struttura su larga scala dell'universo. La struttura del cosmo è simile al formaggio svizzero, nel senso che è composto da "materia normale" sotto forma di vuoti e filamenti. I filamenti sono costituiti da superammassi e ammassi di galassie, che a loro volta sono composti da stelle, gas, polvere e pianeti. Materia oscura ed energia oscura, che non possono ancora essere osservati direttamente, si ritiene che comprendano circa il 95% del contenuto dell'universo.
Il vuoto che contiene la Via Lattea, noto come il vuoto KBC per Keenan, Barger e Lennox Cowie dell'Università delle Hawaii, è almeno sette volte più grande della media, con un raggio di circa 1 miliardo di anni luce. Ad oggi, è il più grande vuoto conosciuto dalla scienza. La nuova analisi di Hoscheit, secondo Barger, mostra che le prime stime di Keenan del vuoto KBC, che ha la forma di una sfera con un guscio di spessore crescente formato da galassie, stelle e altra materia, non sono escluse da altri vincoli osservativi.
"Spesso è davvero difficile trovare soluzioni coerenti tra molte osservazioni diverse, "dice Barger, un cosmologo osservativo che ha anche un incarico di laurea presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia dell'Università delle Hawaii. "Ciò che Ben ha mostrato è che il profilo di densità misurato da Keenan è coerente con le osservabili cosmologiche. Si vuole sempre trovare coerenza, oppure c'è un problema da qualche parte che deve essere risolto."
La luce brillante dell'esplosione di una supernova, dove la distanza dalla galassia che ospita la supernova è ben stabilita, è la "candela" preferita dagli astronomi che misurano l'espansione accelerata dell'universo. Perché quegli oggetti sono relativamente vicini alla Via Lattea e perché non importa dove esplodono nell'universo osservabile, lo fanno con la stessa quantità di energia, fornisce un modo per misurare la costante di Hubble.
In alternativa, il fondo cosmico a microonde è un modo per sondare l'universo primordiale. "I fotoni del CMB codificano un'immagine infantile dell'universo primordiale, " spiega Hoscheit. "Ci mostrano che in quella fase, l'universo era sorprendentemente omogeneo. Faceva caldo, zuppa densa di fotoni, elettroni e protoni, mostrando solo minime differenze di temperatura nel cielo. Ma, infatti, quelle minuscole differenze di temperatura sono esattamente ciò che ci permette di dedurre la costante di Hubble attraverso questa tecnica cosmica".
Si può così fare un confronto diretto, Hoscheit dice, tra la determinazione 'cosmica' della costante di Hubble e la determinazione 'locale' derivata dall'osservazione della luce di supernove relativamente vicine.
La nuova analisi di Hoscheit, dice Barger, mostra che non ci sono ostacoli osservativi attuali alla conclusione che la Via Lattea risieda in un vuoto molto grande. Come bonus, lei aggiunge, la presenza del vuoto può anche risolvere alcune delle discrepanze tra le tecniche utilizzate per misurare la velocità di espansione dell'universo.
