I fisici utilizzano due tipi di misurazioni per calcolare il tasso di espansione dell'universo, ma i loro risultati non coincidono, che può rendere necessario aggiornare il modello cosmologico. "È come cercare di infilare un ago cosmico, " spiega la ricercatrice Licia Verde dell'Università di Barcellona, coautore di un articolo sulle implicazioni di questo problema.

Più di cento scienziati si sono incontrati questa estate al Kavli Institute for Theoretical Physics dell'Università della California (USA) per cercare di chiarire cosa sta succedendo con i dati discordanti sul tasso di espansione dell'universo, una questione che tocca l'origine stessa, evoluzione e destino del nostro cosmo. Le loro conclusioni sono state pubblicate in Astronomia della natura rivista.

"Il problema sta nella costante di Hubble (H0), un parametro il cui valore - in realtà non è una costante perché cambia con il tempo - indica quanto velocemente si sta espandendo l'Universo, " sottolinea la cosmologa Licia Verde, un ricercatore ICREA presso l'Istituto di Scienze del Cosmo dell'Università di Barcellona (ICC-UB) e l'autore principale dell'articolo.

"Ci sono diversi modi per misurare questa quantità, " lei spiega, "ma possono essere divisi in due classi principali:quelli basati sull'Universo tardo (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 nel tardo Universo sono quelle fornite dalle pulsazioni regolari delle stelle cefeidi, che l'astronoma Henrietta Swan Leavitt osservò un secolo fa e che aiutò Edwin Hubble a calcolare le distanze tra le galassie ea dimostrare nel 1929 che l'Universo si sta espandendo.

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 supernove più distanti, indicano che il valore di H0 è di circa 73,9 chilometri al secondo per megaparsec (un'unità astronomica equivalente a circa 3,26 milioni di anni luce).

Però, le misurazioni basate sull'Universo primordiale forniscono un valore medio di H0 di 67,4 km/s/Mpc. Questi altri record, ottenuti con i dati del satellite Planck dell'Agenzia spaziale europea e di altri strumenti, sono ottenuti indirettamente sulla base del successo del modello cosmologico standard (modello Lambda-CDM), che propone un Universo composto dal 5% di atomi o materia ordinaria, 27% di materia oscura (costituita da particelle, come ancora rilevato, che forniscono ulteriore attrazione gravitazionale in modo che le galassie possano formarsi e gli ammassi di galassie siano tenuti insieme) e il 68% di energia oscura, responsabile dell'accelerazione dell'espansione dell'Universo.

"In particolare, queste misurazioni dell'Universo primordiale si concentrano sulla luce più lontana che si può osservare:il fondo cosmico a microonde, prodotto quando l'Universo aveva solo 380 anni, 000 anni, nella cosiddetta era della ricombinazione (dove i protoni si ricombinavano con gli elettroni per formare atomi), "dice Licia Verde.

Il ricercatore sottolinea un fatto rilevante:"Esistono modi molto diversi e indipendenti (con strumenti e strumenti scientifici totalmente diversi) per misurare l'H0 sulla base dell'Universo primordiale, e lo stesso vale per il tardo Universo. Ciò che è interessante è che tutte le misurazioni di un tipo sono in accordo reciproco tra loro, con una precisione squisita dell'1 o del 2%, come quelli dell'altro tipo, con la stessa grande precisione; ma quando confrontiamo le misure di una classe con quelle dell'altra, la discrepanza sorge."

"Sembra una piccola differenza, solo il 7%, ma è significativo considerando che si tratta di precisioni dell'1 o del 2% nel valore della costante di Hubble, "come sottolinea Licia Verde, che scherza:"È come cercare di infilare un 'ago cosmico' dove il suo foro è il valore di H0 misurato oggi e il filo è portato dal modello dall'Universo più lontano che possiamo osservare:il fondo cosmico a microonde".

Inoltre, sottolinea alcune delle conseguenze della discrepanza:"Più basso è l'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 di 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".

Modificare il modello nell'Universo primordiale

Gli autori sottolineano nel loro studio che questa anomalia non sembra dipendere dallo strumento o dal metodo utilizzato per misurare, o su apparecchiature o fonti umane. "Se non ci sono errori nei dati o nelle misurazioni, potrebbe essere un problema con il modello?" si chiede il ricercatore.

"Dopotutto, i valori H0 della classe dell'Universo primordiale si basano sul modello cosmologico standard, che è molto ben consolidato, molto successo, ma che possiamo provare a modificare un po' per risolvere la discrepanza, "dice l'esperto. "Tuttavia, non possiamo manomettere le caratteristiche del modello che funzionano molto bene".

Se i dati continuano a confermare il problema, i fisici teorici sembrano concordare sul fatto che la strada più promettente per risolverlo sia modificare il modello appena prima che si formasse la luce osservata del fondo cosmico a microonde, cioè appena prima della ricombinazione (in cui c'era già il 63% di materia oscura, 15% di fotoni, 10% di neutrini e 12% di atomi). Una delle idee 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 di H0 ottenuto con misurazioni basate sull'Universo primordiale potrebbe coincidere con misurazioni locali, " nota Licia Verde, che conclude:"Non sarà facile, ma in questo modo potremmo infilare l'ago cosmico senza rompere ciò che funziona bene nel modello."