La domanda sulla velocità con cui l'universo si sta espandendo ha infastidito gli astronomi per quasi un secolo. Diversi studi continuano a fornire risposte diverse, il che ha portato alcuni ricercatori a chiedersi se non abbiano trascurato un meccanismo chiave nel meccanismo che guida il cosmo.

Ora, aprendo la strada a un nuovo modo per misurare la velocità con cui il cosmo si sta espandendo, un team guidato da astronomi dell'UCLA ha compiuto un passo verso la risoluzione del dibattito. La ricerca del gruppo è pubblicata oggi in Avvisi mensili della Royal Astronomical Society .

Al centro della disputa c'è la costante di Hubble, un numero che mette in relazione le distanze con gli spostamenti verso il rosso delle galassie, la quantità di luce che viene allungata mentre viaggia verso la Terra attraverso l'universo in espansione. Le stime per la costante di Hubble vanno da circa 67 a 73 chilometri al secondo per megaparsec, il che significa che due punti nello spazio a 1 megaparsec di distanza (l'equivalente di 3,26 milioni di anni luce) si allontanano l'uno dall'altro a una velocità compresa tra 67 e 73 chilometri al secondo.

"La costante di Hubble àncora la scala fisica dell'universo, " ha detto Simon Birrer, uno studioso postdottorato dell'UCLA e autore principale dello studio. Senza un valore preciso per la costante di Hubble, gli astronomi non possono determinare con precisione le dimensioni delle galassie remote, l'età dell'universo o la storia dell'espansione del cosmo.

La maggior parte dei metodi per derivare la costante di Hubble ha due ingredienti:una distanza da una fonte di luce e il redshift di quella fonte di luce. Alla ricerca di una fonte di luce che non fosse stata utilizzata nei calcoli di altri scienziati, Birrer e colleghi si sono rivolti ai quasar, fontane di radiazioni alimentate da giganteschi buchi neri. E per la loro ricerca, gli scienziati hanno scelto un sottoinsieme specifico di quasar:quelli la cui luce è stata piegata dalla gravità di una galassia interposta, che produce due immagini affiancate del quasar nel cielo.

La luce delle due immagini prende strade diverse verso la Terra. Quando la luminosità del quasar fluttua, le due immagini tremolano una dopo l'altra, piuttosto che allo stesso tempo. Il ritardo nel tempo tra quei due sfarfallii, insieme a informazioni sul campo gravitazionale della galassia intromessa, può essere usato per tracciare il viaggio della luce e dedurre le distanze dalla Terra sia al quasar che alla galassia in primo piano. Conoscere gli spostamenti verso il rosso del quasar e della galassia ha permesso agli scienziati di stimare la velocità con cui l'universo si sta espandendo.

Il team dell'UCLA, nell'ambito della collaborazione internazionale H0liCOW, aveva precedentemente applicato la tecnica per studiare quasar quadruple immagine, in cui appaiono quattro immagini di un quasar attorno a una galassia in primo piano. Ma le immagini quadruple non sono così comuni:si pensa che i quasar a doppia immagine siano circa cinque volte più abbondanti di quelli quadrupli.

Per dimostrare la tecnica, il team guidato dall'UCLA ha studiato un quasar a doppia immagine noto come SDSS J1206+4332; si sono basati sui dati del telescopio spaziale Hubble, i Gemelli e W.M. osservatori Keck, e dal Monitoraggio Cosmologico delle Lenti Gravitazionali, o COSMOGRAIL, network—un programma gestito dall'Ecole Polytechnique Federale de Lausanne in Svizzera che mira a determinare la costante di Hubble.

Tommaso Treu, un professore di fisica e astronomia dell'UCLA e autore senior del documento, ha detto che i ricercatori hanno preso immagini del quasar ogni giorno per diversi anni per misurare con precisione il ritardo tra le immagini. Quindi, per ottenere la migliore stima possibile della costante di Hubble, hanno combinato i dati raccolti su quel quasar con i dati che erano stati precedentemente raccolti dalla loro collaborazione H0liCOW su tre quasar a quattro immagini.

"La bellezza di questa misurazione è che è altamente complementare e indipendente dagli altri, " ha detto Treu.

Il team guidato dall'UCLA ha fornito una stima per la costante di Hubble di circa 72,5 chilometri al secondo per megaparsec, una cifra in linea con ciò che altri scienziati avevano determinato nella ricerca che utilizzava le distanze delle supernove - stelle che esplodono in galassie remote - come misura chiave. Però, entrambe le stime sono circa l'8 percento superiori a quelle che si basano su un debole bagliore proveniente da tutto il cielo chiamato sfondo cosmico a microonde, una reliquia del 380, 000 anni dopo il Big Bang, quando la luce ha viaggiato liberamente nello spazio per la prima volta.

"Se c'è una differenza effettiva tra questi valori, significa che l'universo è un po' più complicato, " ha detto Treu.

D'altra parte, Treu ha detto, potrebbe anche essere che una misurazione, o tutte e tre, siano sbagliate.

I ricercatori sono ora alla ricerca di più quasar per migliorare la precisione della misurazione della loro costante Hubble. Treu ha affermato che una delle lezioni più importanti del nuovo documento è che i quasar a doppia immagine forniscono agli scienziati molte più fonti di luce utili per i loro calcoli della costante di Hubble. Per adesso, anche se, il team guidato dall'UCLA sta concentrando la sua ricerca su 40 quasar con immagine quadrupla, a causa del loro potenziale per fornire informazioni ancora più utili rispetto a quelle a doppia immagine.