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    Le incertezze nella misurazione dell'espansione cosmica

    Un'immagine di galassie lontane viste dagli strumenti VIMOS e WFI sul Very Large Telescope dell'ESO. Due diversi metodi per determinare il tasso di espansione cosmica dell'universo hanno raggiunto risultati precisi ma reciprocamente inconsistenti. Gli astronomi speravano che un terzo metodo che utilizzasse le onde gravitazionali fosse più accurato, ma una nuova analisi mostra che le sue incertezze sono grandi quanto negli altri metodi. Credito:ESO/ Mario Nonino, Piero Rosati e il Team ESO GOODS

    Novant'anni dopo che Edwin Hubble scoprì i moti sistematici delle galassie e George Lemaitre li spiegò come espansione cosmica da un punto usando le equazioni della relatività di Einstein, la cosmologia osservativa oggi sta affrontando una sfida. I valori dedotti dalle due metodologie principali - le proprietà delle galassie e la radiazione cosmica di fondo a microonde (CMBR) - non concordano tra loro a circa il dieci percento, eppure ognuno è preciso al livello di qualche percento. Sono possibili errori di osservazione non corretti, ma le stime suggeriscono che sono troppo piccole per spiegare le differenze. Di conseguenza, non è stato trovato alcun valore coerente e preciso dell'espansione, la costante di Hubble. Il problema non è tanto il valore in sé - l'età dell'universo non cambierà di molto in entrambi i casi - piuttosto, è che sta chiaramente accadendo qualcosa di inspiegabile connesso al fatto che i dati CMBR derivano da un'epoca del tempo cosmico molto diversa rispetto ai dati della galassia. Forse è necessaria una nuova fisica.

    Un entusiasmante metodo nuovo e indipendente per misurare il parametro di espansione cosmica utilizza le onde gravitazionali (GW). L'intensità osservata del GW fornisce una misura della distanza poiché i modelli possono dedurre la forza intrinseca. Quando il GW risulta da una fusione binaria di stelle di neutroni che ha una controparte ottica rilevata, la velocità di recessione cosmica della galassia ospite (misurata dalla sua luce) fornisce una calibrazione per il tasso di espansione. Questo nuovo metodo è chiamato "sirena standard". Se la precisione del metodo della sirena standard è migliore di quella degli altri metodi, sarebbe in grado di risolvere la discrepanza.

    L'astronomo CfA Hsin-Yu Chen ha studiato le incertezze associate al metodo della sirena standard e ha scoperto che due problemi complicano il metodo della sirena standard e pongono grandi sfide alla sua risoluzione della tensione. Entrambi sono legati alla luce emessa e all'angolo di visione della sorgente. Il primo problema è che la luce non viene emessa sfericamente secondo simulazioni al computer, e quindi l'intensità che osserviamo dipende dal nostro angolo di visione; anche il colore dipende dall'angolo. L'angolo di visione deve essere in qualche modo stimato e incluso nella calibrazione, e questo comporta un'incertezza. La seconda è che l'evento di fusione è visto anche da un'angolazione particolare che ne condiziona il risultato; anche dopo aver osservato molte fonti, un'analisi statistica del campione avrà ancora un bias incerto. Chen conclude che questi due effetti sistematici introdurranno una distorsione nel valore della sirena standard della costante di Hubble che si traduce in un'incertezza che è grande quanto l'incertezza di altri metodi.


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