Nuovi sforzi per capire quanto velocemente si è espanso l'universo dal Big Bang, una velocità nota come costante di Hubble, potrebbe capovolgere le attuali teorie della fisica, secondo alcuni scienziati.

Il professor Grzegorz Pietrzyński del Centro astronomico Nicolaus Copernicus dell'Accademia polacca delle scienze di Varsavia è uno scienziato che cerca di ricavare la costante di Hubble migliorando il calcolo di distanze quasi impossibili.

L'idea è che misurando la distanza degli oggetti in diversi momenti nel tempo, gli scienziati possono capire quanto velocemente si stanno allontanando da noi, e quindi il tasso di espansione dell'universo. Cercando di misurare accuratamente distanze così grandi, però, non è un compito facile.

Le misurazioni del prof. Pietrzyński rientrano nell'intervallo dei kiloparsec, equivalente a circa 3, 262 anni luce o 30 quadrilioni di chilometri. E questo è solo il primo passo.

"Il mio obiettivo è misurare le distanze geometriche delle galassie vicine per calibrare le Cefeidi, " ha affermato il prof. Pietrzyński, riferendosi al suo progetto CepBin.

Le cefeidi sono un tipo di stella variabile che pulsa di luminosità, o luminosità, per un periodo di tempo consistente. Gli scienziati li usano per stimare le distanze dalla Terra nell'ordine di 100 megaparsec (un miliardo di trilioni di chilometri).

È ancora solo una frazione dell'universo osservabile, che potrebbe essere circa 28, 000 megaparsec di diametro secondo il libro Dimensioni extra nello spazio e nel tempo .

"Attraverso le Cefeidi possiamo calibrare (la distanza dalle) supernove (esplosione delle stelle). Attraverso le supernova possiamo raggiungere luoghi molto distanti nell'universo e in base alle supernove possiamo calcolare la costante di Hubble, " Egli ha detto.

Piccoli errori

Il problema è che con così tanti link, piccoli errori possono fare una grande differenza nel calcolo finale. Diversi veicoli spaziali e tecniche hanno misurato diversi valori della costante di Hubble.

"Utilizzando il metodo classico (con Cefeidi e supernovae) abbiamo una costante di Hubble significativamente più alta rispetto alla misurazione della missione Planck, " ha affermato il prof. Pietrzyński, riferendosi all'osservatorio spaziale che ha funzionato dal 2009 al 2013 e ha misurato la velocità dalla radiazione cosmica di fondo.

Questo è importante perché potrebbe significare che le attuali teorie della fisica sono sbagliate.

"Se questo è vero, significa che dovremo cambiare tutta la fisica, " Egli ha detto.

Per ridurre l'incertezza, Il prof. Pietrzyński sta lavorando per perfezionare la misurazione della distanza dalla vicina galassia nota come Grande Nube di Magellano, osservando le stelle binarie che si eclissano a vicenda. I risultati sono promettenti. Con l'aiuto di una misura d'onda nota come interferometria, i ricercatori possono calibrare il diametro angolare delle stelle, che rivelano la distanza quando accoppiati con diametri lineari.

In definitiva, misurazioni più accurate stabilirebbero il valore corretto della costante di Hubble o rivelerebbero se ha oscillato nel tempo.

"Possiamo controllare come si è evoluta l'espansione dell'universo. Sappiamo che almeno due volte l'espansione ha accelerato, " Ha detto il prof. Pietrzyński. Si riferiva al Big Bang e alla scoperta, vincitrice del premio Nobel, che l'universo è attualmente in una fase di espansione accelerata, che si teorizza essere causato da una forza misteriosa chiamata energia oscura.

Supernovae

Le cefeidi da sole non sono sufficienti per discernere le grandi distanze necessarie per fungere da metro per l'universo. Per quello, i cosmologi usano una classe di stelle esplosive chiamate supernove di tipo Ia.

Poiché non ci sono supernove nella nostra galassia, i ricercatori usano le Cefeidi relativamente vicine come prima tappa nella stima della distanza dal piccolo numero di supernove osservate.

"Le cefeidi sono qualcosa come 10, 000 volte più debole delle supernove, quindi il ponte di distanza che hai dalle Cefeidi e dalle supernove è molto piccolo, " ha affermato il dottor Mickael Rigault del Centro nazionale francese per la ricerca scientifica.

Il Dr. Rigault sta lavorando per migliorare l'accuratezza delle misurazioni delle supernove.

"Il problema è che le supernove di tipo Ia non sono sempre esattamente le stesse. Potrebbero essere intrinsecamente diverse, e non sappiamo bene il meccanismo di come esplodono, " Egli ha detto.

Un problema, ad esempio, è che la loro luce potrebbe attraversare lo spazio ed essere assorbita in modi diversi.

"Dobbiamo assicurarci di trovare un modo per assicurarci che la luminosità delle supernove che stiamo usando sia sempre la stessa, " Egli ha detto.

Per affrontare questo, lui e il suo team di ricercatori del progetto USNAC hanno utilizzato il telescopio spaziale Hubble della NASA/ESA per esaminare le galassie ospiti di supernova con immagini ultraviolette. Facendo questo, possono misurare la quantità di polvere rimasta nella linea di vista della supernova e valutare come tale polvere può alterare la sua luminosità apparente.

Misurazioni più accurate delle supernove, oltre a misurazioni Cefeidi più accurate, potrebbe anche rivelare di più sulla storia dell'universo, compreso il ruolo dell'energia oscura.

Questo perché la luce proveniente da supernove lontane impiega così tanto tempo per raggiungere la Terra che quando arriva qui stiamo effettivamente assistendo a eventi avvenuti miliardi di anni fa.

"Le supernove, perché sono così luminosi... possono andare molto più in profondità (e raggiungere molto più indietro nella distanza e nel tempo)... circa la metà dell'età dell'universo, " ha detto il dottor Rigault.

Però, anche quando si tiene conto della polvere, restano alcune incertezze. Per esempio, Il dottor Rigault dice, è difficile sapere se le proprietà della stella che esplode in una supernova influenzano la sua luminosità. La composizione potrebbe anche cambiare nel tempo. "Se questo non viene preso in considerazione, altera il modo in cui misuriamo l'energia oscura, " Egli ha detto.

I calcoli dell'energia oscura possono influenzare le stime della costante cosmologica, un numero proposto da Einstein per misurare la quantità di energia presente nello spazio stesso.

"Sappiamo che non è drammaticamente sbagliato, ma siamo arrivati ​​al momento in cui i piccoli dettagli contano. Tanta fatica per un piccolo numero, ma questo numero cambia completamente il modo in cui vediamo l'universo, " ha detto il dottor Rigault.

Lenti Quasar

Un altro modo per sfidare i calcoli della distanza di Cefeidi e supernova è confrontarli con metodi alternativi. Questo è ciò che il professor Frédéric Courbin dell'École Polytechnique Fédérale de Lausanne in Svizzera e il dottor Dominique Sluse dell'Università di Liegi, Belgio, stanno facendo con il loro progetto COSMICLENS.

Stanno usando la luce dei quasar che è stata distorta gravitazionalmente dalle galassie che si trovano tra i quasar e la Terra. I quasar sono galassie estremamente distanti e attive che sono migliaia di volte più luminose della nostra Via Lattea.

I raggi di luce prendono percorsi diversi intorno agli oggetti, con conseguente loro arrivo sulla Terra in momenti diversi.

"La differenza di fuso orario, o ritardo temporale, è direttamente collegato alla costante di Hubble, " Ha detto il prof. Coubin.

Il suo team utilizza regolarmente telescopi come l'European Extremely Large Telescope in Cile o l'Hubble Space Telescope per osservare i quasar per mesi. Trasformano i ritardi misurati in parametri cosmologici.

"Il nostro metodo mostra un valore che concorda con le stime della supernova, " ha detto il prof. Coubin, aggiungendo che, come le scoperte del prof. Pietrzyński, non è d'accordo con il valore trovato dal satellite Planck. "L'obiettivo è mettere tutto su un terreno solido".

Questa discrepanza, Egli ha detto, "significa che non comprendiamo appieno il puzzle cosmologico o che gli astrofisici hanno ancora fonti sconosciute di errori nelle misurazioni della costante di Hubble."