È uno dei grandi dibattiti sulla cosmologia:l'universo si sta espandendo, ma quanto velocemente esattamente? Due misurazioni disponibili danno risultati diversi. Il fisico di Leida David Harvey ha adattato un terzo metodo di misurazione indipendente utilizzando le proprietà di deformazione della luce delle galassie previste da Einstein. Ha pubblicato le sue scoperte nel Avvisi mensili della Royal Astronomical Society .

Sappiamo da quasi un secolo dell'espansione dell'universo. Gli astronomi hanno notato che la luce delle galassie lontane ha una lunghezza d'onda inferiore rispetto alle galassie vicine. Le onde luminose sembrano allungate, o spostato verso il rosso, il che significa che quelle galassie lontane si stanno allontanando.

Questo tasso di espansione, chiamata costante di Hubble, può essere misurato. Alcune supernove, o stelle che esplodono, avere una luminosità ben compresa; questo rende possibile stimare la loro distanza dalla Terra e mettere in relazione quella distanza con il loro redshift o velocità. Per ogni megaparsec di distanza (un parsec è 3,3 anni luce), la velocità con cui le galassie si allontanano da noi, aumenta con 73 chilometri al secondo.

Einstein

Però, misurazioni sempre più accurate del fondo cosmico a microonde, un residuo di luce nel primissimo universo, ha prodotto una diversa costante di Hubble:circa 67 chilometri al secondo.

Come può essere? Perché la differenza? Questa differenza potrebbe dirci qualcosa di nuovo sull'universo e sulla fisica? "Questo, "dice il fisico di Leida David Harvey, "ecco perché una terza misurazione, indipendente dagli altri due, è venuta in vista:lenti gravitazionali."

La teoria della relatività generale di Albert Einstein prevede che una concentrazione di massa, come una galassia, può piegare il sentiero della luce, proprio come fa una lente. Quando una galassia si trova di fronte a una fonte di luce intensa, la luce è piegata intorno ad essa e può raggiungere la Terra attraverso percorsi diversi, fornendo due, e a volte anche quattro, immagini della stessa fonte.

HoliCOW

Nel 1964, l'astrofisico norvegese Sjur Refsdal ha avuto un momento "a-ha":quando la galassia lensing è un po' fuori centro, un percorso è più lungo dell'altro. Ciò significa che la luce impiega più tempo per quel percorso. Quindi, quando c'è una variazione della luminosità del quasar, questo puntino sarà visibile in un'immagine prima dell'altra. La differenza potrebbe essere giorni, o anche settimane o mesi.

Questa differenza di tempo, Refsdal ha mostrato, può essere utilizzato anche per definire le distanze dal quasar e dall'obiettivo. Confrontandoli con il redshift dei quasar si ottiene una misurazione indipendente della costante di Hubble.

Una collaborazione di ricerca nell'ambito del progetto HoliCOW ha utilizzato sei di queste lenti per restringere la costante di Hubble a circa 73. Tuttavia, ci sono complicazioni:a parte la differenza di distanza, anche la massa della galassia in primo piano esercita un effetto di ritardo, a seconda dell'esatta distribuzione di massa. "Devi modellare quella distribuzione, ma molte incognite rimangono, " dice Harvey. Incertezze come questa limitano la precisione di questa tecnica.

Immagino tutto il cielo

Questo potrebbe cambiare quando un nuovo telescopio vedrà la prima luce in Cile nel 2021. L'Osservatorio Vera Rubin è dedicato all'imaging dell'intero cielo ogni poche notti, e si prevede che immagini migliaia di quasar doppi, offrendo la possibilità di restringere ulteriormente la costante di Hubble.

Harvey dice, "Il problema è che modellare individualmente tutte quelle galassie in primo piano è impossibile dal punto di vista computazionale". Quindi invece, Harvey ha progettato un metodo per calcolare l'effetto medio di una distribuzione completa fino a 1, 000 lenti.

"In quel caso, le stranezze individuali delle lenti gravitazionali non sono così importanti, e non devi fare simulazioni per tutti gli obiettivi. Devi solo assicurarti di modellare l'intera popolazione, "dice Harvey.

"Nel giornale, Dimostro che con questo approccio, l'errore nelle soglie della costante di Hubble al 2% quando ti avvicini a migliaia di quasar."

Questo margine di errore consentirà un confronto significativo tra i vari candidati costanti di Hubble, e potrebbe aiutare a comprendere la discrepanza. "E se vuoi scendere sotto il 2%, devi migliorare il tuo modello facendo simulazioni migliori. La mia ipotesi è che questo sarebbe possibile".