Il nostro universo si sta espandendo, ma i nostri due modi principali per misurare la velocità con cui sta avvenendo questa espansione hanno portato a risposte diverse. Per l'ultimo decennio, gli astrofisici si sono gradualmente divisi in due campi:uno che crede che la differenza sia significativa, e un altro che pensa possa essere dovuto a errori di misurazione.

Se si scopre che gli errori causano la mancata corrispondenza, ciò confermerebbe il nostro modello di base di come funziona l'universo. L'altra possibilità presenta un filo che, quando tirato, suggerirebbe che è necessaria una nuova fisica fondamentale mancante per ricucirla. Per molti anni, ogni nuova prova dei telescopi ha alternato la discussione avanti e indietro, dando origine a quella che è stata chiamata la "tensione di Hubble".

Wendy Freedman, un rinomato astronomo e professore di Astronomia e Astrofisica della John and Marion Sullivan University presso l'Università di Chicago, ha effettuato alcune delle misurazioni originali del tasso di espansione dell'universo che hanno portato a un valore più alto della costante di Hubble. Ma in un nuovo articolo di revisione accettato al Giornale Astrofisico , Freedman offre una panoramica delle osservazioni più recenti. La sua conclusione:le ultime osservazioni iniziano a colmare il divario.

Questo è, potrebbe non esserci un conflitto dopo tutto, e il nostro modello standard dell'universo non ha bisogno di essere modificato in modo significativo.

La velocità con cui l'universo si espande è chiamata costante di Hubble, chiamato per l'allume di Chicago Edwin Hubble, SB 1910, dottorato di ricerca 1917, a cui è attribuito il merito di aver scoperto l'espansione dell'universo nel 1929. Gli scienziati vogliono definire con precisione questo tasso, perché la costante di Hubble è legata all'età dell'universo e a come si è evoluta nel tempo.

Negli ultimi dieci anni, quando i risultati dei due principali metodi di misurazione hanno cominciato a divergere, è emersa una sostanziale piega. Ma gli scienziati stanno ancora discutendo sul significato della mancata corrispondenza.

Un modo per misurare la costante di Hubble è guardare la luce molto debole rimasta dal Big Bang, chiamato il fondo cosmico a microonde. Ciò è stato fatto sia nello spazio che a terra con strutture come il South Pole Telescope guidato da UChicago. Gli scienziati possono inserire queste osservazioni nel loro "modello standard" dell'universo primordiale e farlo avanzare nel tempo per prevedere quale dovrebbe essere la costante di Hubble oggi; ottengono una risposta di 67,4 chilometri al secondo per megaparsec.

L'altro metodo è guardare le stelle e le galassie nell'universo vicino, e misurare le loro distanze e quanto velocemente si stanno allontanando da noi. Freedman è stato uno dei maggiori esperti di questo metodo per molti decenni; nel 2001, il suo team ha effettuato una delle misurazioni più importanti utilizzando il telescopio spaziale Hubble per fotografare stelle chiamate Cefeidi. Il valore che hanno trovato era 72. Freedman ha continuato a misurare le Cefeidi negli anni da allora, rivedere ogni volta più dati del telescopio; però, nel 2019, lei e i suoi colleghi hanno pubblicato una risposta basata su un metodo completamente diverso che utilizza stelle chiamate giganti rosse. L'idea era di controllare le Cefeidi con un metodo indipendente.

Le giganti rosse sono stelle molto grandi e luminose che raggiungono sempre lo stesso picco di luminosità prima di svanire rapidamente. Se gli scienziati possono misurare con precisione l'effettivo, o intrinseco, luminosità di picco delle giganti rosse, possono quindi misurare le distanze dalle loro galassie ospiti, una parte essenziale ma difficile dell'equazione. La domanda chiave è quanto siano accurate queste misurazioni.

La prima versione di questo calcolo nel 2019 utilizzava un singolo, galassia molto vicina per calibrare la luminosità delle stelle giganti rosse. Negli ultimi due anni, Freedman ei suoi collaboratori hanno eseguito i numeri per diverse galassie e popolazioni stellari. "Ora ci sono quattro modi indipendenti per calibrare le luminosità della gigante rossa, e concordano entro l'1% l'uno dall'altro, " ha detto Freedman. "Questo ci indica che questo è davvero un buon modo per misurare la distanza."

"Volevo davvero guardare attentamente sia le Cefeidi che le giganti rosse. Conosco bene i loro punti di forza e di debolezza, " ha detto Freedman. "Sono giunto alla conclusione che non abbiamo bisogno di una nuova fisica fondamentale per spiegare le differenze nei tassi di espansione locali e distanti. I nuovi dati della gigante rossa mostrano che sono coerenti".

Lo studente laureato dell'Università di Chicago Taylor Hoyt, che ha effettuato misurazioni delle stelle giganti rosse nelle galassie ancora, aggiunto, "Continuiamo a misurare e testare le stelle ramificate della gigante rossa in modi diversi, e continuano a superare le nostre aspettative."

Il valore della costante di Hubble che il team di Freedman ottiene dalle giganti rosse è 69,8 km/s/Mpc, praticamente lo stesso del valore derivato dall'esperimento cosmico di fondo a microonde. "Non è necessaria una nuova fisica, " disse Freeman.

I calcoli che utilizzano le stelle Cefeidi danno ancora numeri più alti, ma secondo l'analisi di Freedman, la differenza potrebbe non essere preoccupante. "Le stelle Cefeidi sono sempre state un po' più rumorose e un po' più complicate da comprendere appieno; sono giovani stelle nelle regioni attive di formazione stellare delle galassie, e questo significa che c'è la possibilità che cose come la polvere o la contaminazione da altre stelle annullino le tue misurazioni, " lei spiegò.

alla sua mente, il conflitto può essere risolto con dati migliori.

L'anno prossimo, quando è previsto il lancio del telescopio spaziale James Webb, gli scienziati inizieranno a raccogliere queste nuove osservazioni. Freedman e i suoi collaboratori hanno già ottenuto del tempo sul telescopio per un importante programma per effettuare più misurazioni sia delle Cefeidi che delle giganti rosse. "Il Webb ci darà maggiore sensibilità e risoluzione, e i dati miglioreranno davvero, molto presto, " lei disse.

Ma nel frattempo, voleva dare un'occhiata attenta ai dati esistenti, e quello che ha scoperto è che molto di tutto ciò è d'accordo.

"Questo è il modo in cui procede la scienza, " Disse Freedman. "Dai un calcio alle gomme per vedere se qualcosa si sgonfia, e finora, niente gomme a terra".

Alcuni scienziati che hanno fatto il tifo per una discrepanza fondamentale potrebbero rimanere delusi. Ma per Freedman, entrambe le risposte sono eccitanti.

"C'è ancora spazio per una nuova fisica, ma anche se non c'è, dimostrerebbe che il modello standard che abbiamo è sostanzialmente corretto, che è anche una conclusione profonda a cui arrivare, " ha detto. "Questa è la cosa interessante della scienza:non conosciamo le risposte in anticipo. Stiamo imparando mentre andiamo. È un momento davvero emozionante per essere in campo".