Un gruppo di astronomi guidati dall'Università della California, Davis ha ottenuto nuovi dati che suggeriscono che l'universo si sta espandendo più rapidamente del previsto.

Lo studio arriva sulla scia di un acceso dibattito sulla velocità con cui l'universo si sta gonfiando; misurazioni finora sono in disaccordo.

La nuova misurazione del team della costante di Hubble, o il tasso di espansione dell'universo, implicava un metodo diverso. Hanno usato l'Hubble Space Telescope (HST) della NASA in combinazione con il sistema Adaptive Optics (AO) dell'Osservatorio WM Keck per osservare tre sistemi con lenti gravitazionali. Questa è la prima volta che la tecnologia AO terrestre è stata utilizzata per ottenere la costante di Hubble.

"Quando ho iniziato a lavorare su questo problema più di 20 anni fa, la strumentazione disponibile limitava la quantità di dati utili che si potevano ricavare dalle osservazioni, ", afferma il coautore Chris Fassnacht, Professore di Fisica all'UC Davis. "In questo progetto, stiamo usando l'AO dell'Osservatorio Keck per la prima volta nell'analisi completa. Ho sentito per molti anni che le osservazioni di AO avrebbero potuto contribuire molto a questo sforzo".

I risultati del team sono pubblicati nell'ultimo numero online del Avvisi mensili della Royal Astronomical Society .

Per escludere qualsiasi pregiudizio, il team ha condotto un'analisi alla cieca; durante la lavorazione, hanno tenuto nascosta la risposta finale anche a se stessi finché non si sono convinti di aver affrontato quante più possibili fonti di errore a cui potevano pensare. Ciò ha impedito loro di apportare modifiche per ottenere il valore "corretto", evitare bias di conferma.

"Quando pensavamo di aver risolto tutti i possibili problemi con l'analisi, sveliamo la risposta con la regola che dobbiamo pubblicare qualunque valore troviamo, anche se è pazzesco. È sempre un momento teso ed emozionante, ", afferma l'autore principale Geoff Chen, uno studente laureato presso il Dipartimento di Fisica UC Davis.

L'apertura ha rivelato un valore che è coerente con le misurazioni di Hubble Constant prese da osservazioni di oggetti "locali" vicini alla Terra, come le vicine supernove di tipo Ia o i sistemi a lenti gravitazionali; Il team di Chen ha utilizzato questi ultimi oggetti nella loro analisi alla cieca.

I risultati del team si aggiungono alla crescente evidenza che esiste un problema con il modello standard della cosmologia, che mostra che l'universo si stava espandendo molto velocemente all'inizio della sua storia, poi l'espansione rallentò a causa dell'attrazione gravitazionale della materia oscura, e ora l'espansione sta accelerando di nuovo a causa dell'energia oscura, una forza misteriosa.

Questo modello della storia dell'espansione dell'universo è assemblato utilizzando le tradizionali misurazioni della costante di Hubble, che sono presi da osservazioni "distanti" del fondo cosmico a microonde (CMB) - radiazione residua del Big Bang quando l'universo ebbe inizio 13,8 miliardi di anni fa.

Recentemente, molti gruppi hanno iniziato a utilizzare tecniche diverse e a studiare diverse parti dell'universo per ottenere la costante di Hubble e hanno scoperto che il valore ottenuto dalle osservazioni "locali" rispetto a quelle "distanti" non è d'accordo.

"Qui sta la crisi della cosmologia, " dice Fassnacht. "Mentre la costante di Hubble è costante ovunque nello spazio in un dato momento, non è costante nel tempo. Così, quando confrontiamo le costanti di Hubble che emergono da varie tecniche, stiamo confrontando l'universo primordiale (usando osservazioni distanti) con il tardo, parte più moderna dell'universo (usando local, osservazioni vicine)."

Ciò suggerisce che c'è un problema con le misurazioni CMB, che secondo il team è improbabile, oppure il modello standard della cosmologia deve essere modificato in qualche modo utilizzando la nuova fisica per correggere la discrepanza.

Metodologia

Utilizzando il sistema AO dell'Osservatorio Keck con la fotocamera nel vicino infrarosso, strumento di seconda generazione (NIRC2) sul telescopio Keck II, Chen e il suo team hanno ottenuto misurazioni locali di tre noti sistemi di quasar lenti:PG1115+ 080, HE0435-1223, e RXJ1131-1231.

I quasar sono estremamente luminosi, galassie attive, spesso con enormi getti alimentati da un buco nero supermassiccio che mangia voracemente il materiale che lo circonda.

Sebbene i quasar siano spesso estremamente lontani, gli astronomi sono in grado di rilevarli attraverso lenti gravitazionali, un fenomeno che funge da lente d'ingrandimento della natura. Quando una galassia sufficientemente massiccia più vicina alla Terra intralcia la luce proveniente da un quasar molto distante, la galassia può fungere da lente; il suo campo gravitazionale deforma lo spazio stesso, piegando la luce del quasar di sfondo in più immagini e facendola sembrare più luminosa.

A volte, la luminosità del quasar tremola, e poiché ogni immagine corrisponde a una lunghezza del percorso leggermente diversa dal quasar al telescopio, gli sfarfallii appaiono in momenti leggermente diversi per ogni immagine:non arrivano tutti sulla Terra nello stesso momento.

Con HE0435-1223, PG1115+ 080, e RXJ1131-1231, il team ha misurato attentamente questi ritardi, che sono inversamente proporzionali al valore della costante di Hubble. Ciò consente agli astronomi di decodificare la luce da questi lontani quasar e raccogliere informazioni su quanto l'universo si è espanso durante il tempo in cui la luce è stata in viaggio verso la Terra.

"Uno degli ingredienti più importanti nell'utilizzo della lente gravitazionale per misurare la costante di Hubble è l'imaging sensibile e ad alta risoluzione, " disse Chen. "Finora, le migliori misurazioni Hubble Constant basate su lenti tutte coinvolte utilizzando i dati di HST. Quando siamo accecati, abbiamo trovato due cose. Primo, avevamo valori coerenti con le misurazioni precedenti basate sui dati HST, dimostrando che i dati AO possono fornire una potente alternativa ai dati HST in futuro. In secondo luogo, abbiamo scoperto che la combinazione dei dati AO e HST ha dato un risultato più preciso".

Prossimi passi

Chen e la sua squadra, così come molti altri gruppi in tutto il pianeta, stanno facendo ulteriori ricerche e osservazioni per indagare ulteriormente. Ora che il team di Chen ha dimostrato che il sistema AO dell'Osservatorio Keck è potente quanto l'HST, gli astronomi possono aggiungere questa metodologia al loro insieme di tecniche quando misurano la costante di Hubble.

"Ora possiamo provare questo metodo con più sistemi di quasar lenti per migliorare la precisione della nostra misurazione della costante di Hubble. Forse questo ci porterà a un modello cosmologico più completo dell'universo, "dice Fassnacht.