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    Le onde gravitazionali misurano l'universo

    NGC4993, la galassia che ospita l'evento delle onde gravitazionali GW170817 che è stato utilizzato per misurare l'età dell'universo. La fonte dell'evento è il punto rosso in alto a sinistra del centro della galassia; non era presente nelle immagini precedenti. Credito:NASA ed ESA

    La rivelazione diretta delle onde gravitazionali da almeno cinque sorgenti negli ultimi due anni offre una spettacolare conferma del modello einsteiniano della gravità e dello spazio-tempo. La modellizzazione di questi eventi ha anche fornito informazioni sulla formazione stellare massiccia, lampi di raggi gamma, caratteristiche della stella di neutroni, e (per la prima volta) verifica delle idee teoriche su come gli elementi molto pesanti, come l'oro, sono prodotti.

    Gli astronomi hanno ora utilizzato un singolo evento di onde gravitazionali (GW170817) per misurare l'età dell'universo. CfA astronomi Peter Blanchard, Tarreneh Eftekhari, Victoria Villar, e Peter Williams erano membri di un team di 1314 scienziati di tutto il mondo che hanno contribuito alla rilevazione delle onde gravitazionali da una coppia di stelle di neutroni binarie che si fondono, seguito dal rilevamento dei raggi gamma, e poi l'identificazione dell'origine del cataclisma in una sorgente nella galassia NGC4993 avvistata in immagini scattate con vari ritardi temporali a lunghezze d'onda dai raggi X alla radio.

    Un'analisi delle onde gravitazionali da questo evento ne deduce la loro forza intrinseca. La forza osservata è minore, implicando (perché la forza diminuisce con la distanza dalla sorgente) che la sorgente dista circa 140 milioni di anni luce. NGC4993, la sua galassia ospite, ha una velocità verso l'esterno dovuta all'espansione dell'universo che può essere misurata dalle sue righe spettrali. Sapere quanto è lontana e quanto velocemente la galassia si sta muovendo da noi permette agli scienziati di calcolare il tempo dall'inizio dell'espansione - l'età dell'universo:tra circa 11,9 e 15,7 miliardi di anni date le incertezze sperimentali.

    L'età derivata da questo singolo evento è coerente con le stime di decenni di osservazioni basate su metodi statistici che utilizzano altre due fonti:la radiazione cosmica di fondo a microonde (CMBR) e i moti delle galassie. Il primo si basa sulla mappatura della distribuzione molto debole della luce che risale a circa quattrocentomila anni dopo il big bang; quest'ultimo comporta un'analisi statistica delle distanze e dei moti di decine di migliaia di galassie in tempi relativamente recenti. Il fatto che questo singolo evento di onde gravitazionali sia stato in grado di determinare un'età per l'universo è notevole, e non è possibile con ogni rilevamento di onde gravitazionali. In questo caso c'era un'identificazione ottica della sorgente (in modo da poter misurare una velocità) e la sorgente non era né troppo lontana né troppo debole. Con un ampio campione statistico di eventi di onde gravitazionali di tutti i tipi, l'attuale intervallo di valori per l'età si restringerà.

    Il nuovo risultato è intrigante per un altro motivo. Sebbene sia la CMBR che le misurazioni della galassia siano abbastanza precise, sembrano non essere d'accordo tra loro a circa il dieci per cento. Questo disaccordo potrebbe essere solo un errore di osservazione, ma alcuni astronomi sospettano che potrebbe essere una vera differenza che riflette qualcosa che attualmente manca nella nostra immagine del processo di espansione cosmica, forse connesso al fatto che il CMBR deriva da un'epoca del tempo cosmico molto diversa rispetto ai dati della galassia. Questo terzo metodo, eventi di onde gravitazionali, può aiutare a risolvere il puzzle.


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