Nonostante un secolo di misurazioni, gli astronomi non sono d'accordo sulla velocità con cui l'universo si sta espandendo. Una tecnica che si basa sulla misurazione delle distanze da un tipo specifico di stella che invecchia in altre galassie, chiamata ramo asintotico gigante della regione J, o metodo JAGB:potrebbe essere d'aiuto.

L'astrofisica e studentessa laureata dell'Università di Chicago Abigail Lee è l'autore principale di un nuovo documento che ha analizzato le osservazioni della luce da una galassia vicina per convalidare il metodo JAGB per misurare le distanze cosmologiche. Questa nuova tecnica consentirà misurazioni della distanza indipendenti future che possono aiutare a rispondere a una delle più grandi domande in sospeso in cosmologia:quanto velocemente si sta espandendo l'universo?

"Una delle domande più eccitanti della cosmologia oggi è se c'è una nuova fisica che manca alla nostra attuale comprensione di come si sta evolvendo l'universo. Un'attuale discrepanza nella misurazione della costante di Hubble potrebbe segnalare una nuova proprietà fisica dell'universo. o, più banalmente, incertezze di misura non riconosciute, " ha detto Wendy L. Freedman, il professore di astronomia e astrofisica della John and Marion Sullivan University e autore senior del documento. "Esistono pochissimi metodi per misurare le distanze in grado di fornire la precisione richiesta. Lee sta sviluppando questo nuovo metodo JAGB, che mostra la promessa iniziale per la risoluzione di questa discrepanza."

Una chiave per la storia dell'universo

Già nel 1920, Edwin Hubble, Ph.D."17, Notai per la prima volta la relazione tra la distanza di una galassia e la velocità con cui si stava allontanando da noi. Questo valore, ora nota come costante di Hubble, è un parametro chiave nei modelli cosmologici.

Hubble ha prima misurato questa costante confrontando la distanza galattica e le misurazioni della velocità derivate da un tipo specifico di stella che pulsa regolarmente. Le misurazioni che utilizzano metodi diretti come quello di Hubble sono migliorate notevolmente nel corso dei decenni, ma non sono d'accordo con i metodi che estrapolano dal Cosmic Microwave Background, luce residua dell'universo primordiale. Questo disaccordo è chiamato la tensione di Hubble, ed è uno dei problemi più importanti della cosmologia moderna.

Un metodo di misurazione indipendente potrebbe aiutare a colmare il divario tra i metodi e portare a una visione più decisa della costante di Hubble misurata direttamente dalle distanze, hanno detto gli autori.

È qui che entra in gioco il metodo JAGB. Le stelle nel ramo asintotico dei giganti della regione J sono un tipo specifico di giganti che invecchiano che contengono una notevole quantità di carbonio nelle loro atmosfere che viene portato in superficie dalle correnti di convezione, dando loro un colore e una luminosità molto distinti che consentono loro di essere identificati in un insieme di stelle all'interno di una galassia.

"Abbiamo osservato empiricamente che queste stelle hanno una luminosità intrinseca nota da galassia a galassia, " ha detto Lee.

Questo li rende i primi candidati per essere ciò che gli astronomi chiamano candele standard. Poiché la luminosità apparente di una stella osservata dipende sia dalla sua distanza dall'osservatore che dalla sua luminosità intrinseca, conoscere la luminosità intrinseca di una stella può consentire agli astronomi di dedurre la sua distanza.

"Poiché questo metodo è relativamente nuovo, l'obiettivo di questo progetto era vedere se poteva competere con altri indicatori di distanza in precisione e accuratezza, " ha detto Lee.

Andare alle stelle per controllare

Il team ha selezionato una galassia alla periferia del gruppo di galassie più vicino, chiamato Wolf-Lundmark-Melotte o WLM, e ha utilizzato i dati presi dalle osservazioni con i telescopi Magellan presso l'Osservatorio di Las Campanas in Cile. Utilizzando un singolo oggetto come target e applicando quattro diversi metodi di misurazione indipendenti, il team ha potuto confrontare l'accuratezza e la precisione del metodo JAGB con metodi precedentemente stabiliti.

Dopo aver analizzato i dati in quattro modi diversi, i ricercatori hanno stabilito che il metodo JAGB non è solo un controllo indipendente su altri metodi di misurazione della distanza, ma che richiede meno tempo di osservazione, una merce rara tra una comunità di astronomi che competono per il tempo su un numero limitato di potenti telescopi.

Poiché le stelle JAGB sono più luminose delle stelle utilizzate in altre misurazioni della distanza, si vedono anche più lontano, che consentirà calibrazioni più distanti rispetto a quelle possibili con altri metodi. Inoltre, Le stelle JAGB si trovano in tutti i tipi di galassie, al contrario delle stelle pulsanti usate da Hubble, che si trovano solo nel sottoinsieme più ristretto delle galassie a spirale e spesso soffrono di affollamento e significative interferenze da polvere.

"Idealmente otterremo il tempo di osservazione dal telescopio spaziale James Webb e dal telescopio spaziale Hubble per utilizzare questo metodo per misurare le distanze delle galassie che ospitano supernove di tipo Ia, " ha detto Lee. Le supernove di tipo Ia vengono utilizzate per misurare le galassie più distanti, ma devono essere calibrati mediante misurazioni della distanza a corto raggio utilizzando tecniche come il metodo JAGB. "Una volta che lo facciamo, non solo possiamo misurare la costante di Hubble, ma anche confrontare questi vari metodi di distanza per vedere se ci sono problemi con qualcuno di essi".

Che sia nuovo, valore indipendente per la costante di Hubble concorda con altri metodi di misurazione diretta o le misurazioni del primo universo faranno luce su questa domanda che ha a lungo perplesso astronomi e cosmologi.

"Non abbiamo una solida conoscenza del valore della costante di Hubble, quindi questo è un lavoro davvero importante per aiutare ad affrontare uno dei più grandi problemi della cosmologia in questo momento, " ha detto Lee.