Da quando l'astronomo Edwin Hubble ha dimostrato che quanto più distanti due galassie sono, più velocemente si allontanano l'uno dall'altro, i ricercatori hanno misurato il tasso di espansione dell'universo (la costante di Hubble) e la storia di questa espansione. Recentemente, è emerso un nuovo enigma, poiché sembra esserci una discrepanza tra le misurazioni di questa espansione utilizzando la radiazione nell'universo primordiale e l'utilizzo di oggetti vicini. Ricercatori del Cosmic Dawn Center, all'Istituto Niels Bohr, Università di Copenaghen, hanno ora contribuito a questo dibattito concentrandosi sulle misurazioni della velocità. Il risultato è stato pubblicato su Giornale Astrofisico .

I ricercatori del Cosmic Dawn Center hanno scoperto che le misurazioni della velocità utilizzate per determinare il tasso di espansione dell'universo potrebbero non essere affidabili. Come riportato nella pubblicazione, questo non risolve le discrepanze, ma piuttosto allude a un'ulteriore incoerenza nella composizione dell'universo.

Misurare il tasso di espansione dell'universo

Attualmente, gli astronomi misurano l'espansione dell'universo usando due tecniche molto diverse. Uno si basa sulla misurazione della relazione tra distanza e velocità delle galassie vicine, mentre l'altro deriva dallo studio della radiazione di fondo dell'universo primordiale. Sorprendentemente, questi due approcci trovano attualmente tassi di espansione differenti. Se questa discrepanza è reale, una nuova e piuttosto drammatica reinterpretazione dello sviluppo dell'universo ne sarà la conseguenza. Però, è anche possibile che la differenza nella costante di Hubble possa derivare da misurazioni errate. È difficile misurare le distanze nell'universo, così tanti studi si sono concentrati sul miglioramento e sulla ricalibrazione delle misurazioni della distanza. Ma nonostante ciò, negli ultimi 4 anni il disaccordo non è stato risolto.

La velocità delle galassie remote è facile da misurare, o almeno così pensavamo

Nel recente articolo scientifico, i ricercatori del Cosmic Dawn Center ora tentano di far luce su un problema correlato:la misurazione della velocità. A seconda della velocità con cui un oggetto remoto si allontana da noi, la sua luce si sposta su colori più rossi. Con questo cosiddetto redshift è possibile misurare la velocità da uno spettro di una galassia remota. A differenza delle misurazioni della distanza, fino ad ora si presumeva che le velocità fossero relativamente facili da misurare.

Però, quando i ricercatori hanno recentemente esaminato le misurazioni della distanza e della velocità di oltre 1000 supernovae (stelle esplosive) raccolte negli ultimi 25 anni, hanno trovato una sorprendente discrepanza nei loro risultati. Albert Sneppen, Lo studente di master presso l'Istituto Niels Bohr spiega:"Abbiamo sempre creduto che misurare le velocità fosse abbastanza semplice e preciso, ma si scopre che in realtà abbiamo a che fare con due tipi di redshift".

Il primo tipo, misurare la velocità con cui la galassia ospite si allontana da noi, è considerato il più affidabile. L'altro tipo di redshift misura invece la velocità della materia espulsa dalla stella che esplode all'interno della galassia. O, più precisamente, la materia della supernova che si muove verso di noi con una piccola percentuale della velocità della luce (illustrazione 1). Dopo aver compensato questo movimento extra, è possibile determinare lo spostamento verso il rosso e la velocità della galassia ospite. Ma questa compensazione richiede un modello preciso per l'esplosione. I ricercatori sono stati in grado di determinare che i risultati di queste due diverse tecniche si traducono in due diverse storie di espansione per l'universo, e quindi anche due composizioni diverse.

Le cose sono "rotte in modo interessante?"

Così, questo significa che le misurazioni dell'universo primordiale e le misurazioni più recenti sono in definitiva una questione di misurazioni imprecise della velocità? Probabilmente no, dice Bidisha Sen, uno degli autori dell'articolo. "Anche se usiamo solo i redshift più affidabili, le misurazioni della supernova non solo continuano a non essere d'accordo con la costante di Hubble misurata dall'universo primordiale, ma suggeriscono anche una discrepanza più generale riguardo alla composizione dell'universo, " lei dice.

Professore associato presso l'Istituto Niels Bohr Charles Steinhardt, è incuriosito da questi nuovi risultati. "Se abbiamo effettivamente a che fare con due disaccordi, significa che il nostro modello attuale sarebbe "rotto in modo interessante, " dice. "Per risolvere due problemi, uno per quanto riguarda la composizione dell'universo e uno per quanto riguarda il tasso di espansione dell'universo, sono necessarie spiegazioni fisiche piuttosto diverse rispetto a quando si vuole spiegare solo una singola discrepanza nel tasso di espansione".

Continua il lavoro scientifico al Nordic Optical Telescope

Con il Nordic Optical Telescope a Gran Canaria i ricercatori stanno ora acquisendo nuovi spostamenti verso il rosso dalle galassie ospiti. Quando confrontano questi risultati con i redshift basati sulla supernova, potranno vedere se le due tecniche rimangono differenti. "Abbiamo appreso che queste misurazioni sensibili richiedono misurazioni precise della velocità, e questi saranno ottenibili con nuove osservazioni, "Spiega Steinhardt.