Gli astronomi hanno effettuato una nuova misurazione della velocità di espansione dell'universo, utilizzando un tipo di stella completamente diverso rispetto ai tentativi precedenti. La misura rivista, che proviene dal telescopio spaziale Hubble della NASA, cade al centro di una questione molto dibattuta in astrofisica che potrebbe portare a una nuova interpretazione delle proprietà fondamentali dell'universo.

Gli scienziati sanno da quasi un secolo che l'universo si sta espandendo, il che significa che la distanza tra le galassie nell'universo sta diventando sempre più ampia ogni secondo. Ma esattamente quanto velocemente si sta estendendo lo spazio, un valore noto come costante di Hubble, è rimasta ostinatamente sfuggente.

Ora, La professoressa dell'Università di Chicago Wendy Freedman e colleghi hanno una nuova misurazione per il tasso di espansione nell'universo moderno, suggerendo che lo spazio tra le galassie si sta estendendo più velocemente di quanto gli scienziati si aspetterebbero. Quello di Freedman è uno dei numerosi studi recenti che indicano una fastidiosa discrepanza tra le moderne misurazioni dell'espansione e le previsioni basate sull'universo com'era più di 13 miliardi di anni fa, misurata dal satellite Planck dell'Agenzia spaziale europea.

Poiché più ricerche indicano una discrepanza tra previsioni e osservazioni, gli scienziati stanno valutando se potrebbe essere necessario elaborare un nuovo modello per la fisica sottostante dell'universo per spiegarlo.

"La costante di Hubble è il parametro cosmologico che stabilisce la scala assoluta, dimensione ed età dell'universo; è uno dei modi più diretti che abbiamo per quantificare l'evoluzione dell'universo, " disse Freedman. "La discrepanza che abbiamo visto prima non è scomparsa, ma questa nuova prova suggerisce che la giuria è ancora fuori se ci sia una ragione immediata e convincente per credere che ci sia qualcosa di fondamentalmente imperfetto nel nostro attuale modello dell'universo".

In un nuovo documento accettato per la pubblicazione in Il Giornale Astrofisico , Freedman e il suo team hanno annunciato una nuova misurazione della costante di Hubble utilizzando una specie di stella nota come gigante rossa. Le loro nuove osservazioni, realizzato con Hubble, indicano che il tasso di espansione per l'universo vicino è poco meno di 70 chilometri al secondo per megaparsec (km/sec/Mpc). Un parsec equivale a una distanza di 3,26 anni luce.

Questa misura è leggermente inferiore al valore di 74 km/sec/Mpc recentemente riportato dal team Hubble SH0ES (Supernovae H0 for the Equation of State) utilizzando variabili Cefeidi, che sono stelle che pulsano a intervalli regolari che corrispondono al loro picco di luminosità. Questa squadra, guidato da Adam Riess della Johns Hopkins University e dello Space Telescope Science Institute, Baltimora, Maryland, hanno recentemente riferito di aver perfezionato le loro osservazioni con la massima precisione fino ad oggi per la loro tecnica di misurazione della distanza Cefeide.

Come misurare l'espansione

Una sfida centrale nella misurazione del tasso di espansione dell'universo è che è molto difficile calcolare con precisione le distanze di oggetti distanti.

Nel 2001, Freedman ha guidato un team che ha utilizzato stelle lontane per effettuare una misurazione fondamentale della costante di Hubble. Il team del progetto chiave del telescopio spaziale Hubble ha misurato il valore utilizzando le variabili Cefeidi come indicatori di distanza. Il loro programma ha concluso che il valore della costante di Hubble per il nostro universo era di 72 km/sec/Mpc.

Ma più recentemente, gli scienziati hanno adottato un approccio molto diverso:costruire un modello basato sulla struttura increspata della luce rimasta dal big bang, che è chiamato lo sfondo cosmico a microonde. Le misurazioni di Planck consentono agli scienziati di prevedere come l'universo primordiale si sarebbe probabilmente evoluto nel tasso di espansione che gli astronomi possono misurare oggi. Gli scienziati hanno calcolato un valore di 67,4 km/sec/Mpc, in significativo disaccordo con la velocità di 74,0 km/sec/Mpc misurata con le stelle Cefeidi.

Gli astronomi hanno cercato qualcosa che potrebbe causare la mancata corrispondenza. "Naturalmente, sorgono domande sul fatto che la discrepanza provenga da qualche aspetto che gli astronomi non comprendono ancora delle stelle che stiamo misurando, o se il nostro modello cosmologico dell'universo è ancora incompleto, " ha detto Freedman. "O forse entrambi hanno bisogno di essere migliorati."

Il team di Freedman ha cercato di verificare i propri risultati stabilendo un percorso nuovo e completamente indipendente verso la costante di Hubble utilizzando un tipo di stella completamente diverso.

Alcune stelle terminano la loro vita come una specie di stella molto luminosa chiamata gigante rossa, uno stadio di evoluzione che il nostro Sole sperimenterà tra miliardi di anni. Ad un certo punto, la stella subisce un evento catastrofico chiamato lampo di elio, in cui la temperatura sale a circa 100 milioni di gradi e la struttura della stella si riorganizza, che alla fine diminuisce drasticamente la sua luminosità. Gli astronomi possono misurare la luminosità apparente delle stelle giganti rosse in questa fase in diverse galassie, e possono usare questo come un modo per dire la loro distanza.

La costante di Hubble viene calcolata confrontando i valori della distanza con l'apparente velocità di recessione delle galassie bersaglio, ovvero, quanto velocemente sembrano allontanarsi le galassie. I calcoli del team danno una costante di Hubble di 69,8 km/sec/Mpc, a cavallo dei valori derivati ​​dai team di Planck e Riess.

"Il nostro pensiero iniziale era che se c'è un problema da risolvere tra le Cefeidi e il Fondo Cosmico a Microonde, allora il metodo della gigante rossa può essere il tie-break, " disse Freeman.

Ma i risultati non sembrano favorire fortemente una risposta rispetto all'altra dicono i ricercatori, sebbene si allineino più strettamente con i risultati di Planck.

La prossima missione della NASA, il Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST), il cui lancio è previsto per la metà degli anni 2020, consentirà agli astronomi di esplorare meglio il valore della costante di Hubble nel tempo cosmico. PRIMA, con la sua risoluzione simile a quella di Hubble e una vista del cielo 100 volte maggiore, fornirà una vasta gamma di nuove supernove di tipo Ia, variabili Cefeidi, e le stelle giganti rosse per migliorare sostanzialmente le misurazioni della distanza delle galassie vicine e lontane.

Il telescopio spaziale Hubble è un progetto di cooperazione internazionale tra la NASA e l'ESA (Agenzia spaziale europea). Il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland, gestisce il telescopio. Lo Space Telescope Science Institute (STScI) di Baltimora, Maryland, conduce le operazioni scientifiche di Hubble. STScI è gestito per la NASA dall'Association of Universities for Research in Astronomy a Washington, D.C.