Questa raccolta di 36 immagini del telescopio spaziale Hubble della NASA presenta galassie che ospitano sia le variabili Cefeidi che le supernove. Questi due fenomeni celesti sono entrambi strumenti cruciali utilizzati dagli astronomi per determinare la distanza astronomica e sono stati usati per perfezionare la nostra misurazione della costante di Hubble, il tasso di espansione dell'universo. Le galassie mostrate in questa foto (dalla riga in alto, da sinistra a quella in basso, a destra) sono: NGC 7541, NGC 3021, NGC 5643, NGC 3254, NGC 3147, NGC 105, NGC 2608, NGC 3583, NGC 3147, Mrk 1337, NGC 5861, NGC 2525, NGC 1015, UGC 9391, NGC 691, NGC 7678, NGC 2442, NGC 5468, NGC 5917, NGC 4639, NGC 3972, Le galassie delle antenne, NGC 5584, M106, NGC 7250, NGC 3370, NGC 3578 , NGC 4424, NGC 1559, NGC 3982, NGC 1448, NGC 4680, M101, NGC 1365, NGC 7329 e NGC 3447. Crediti:NASA, ESA, Adam G. Riess (STScI, JHU)
Completando una maratona di quasi 30 anni, il telescopio spaziale Hubble della NASA ha calibrato più di 40 "marcatori del traguardo" di spazio e tempo per aiutare gli scienziati a misurare con precisione il tasso di espansione dell'universo, una ricerca con un colpo di scena.
La ricerca del tasso di espansione dell'universo iniziò negli anni '20 con le misurazioni degli astronomi Edwin P. Hubble e Georges Lemaître. Nel 1998, ciò ha portato alla scoperta dell'"energia oscura", una misteriosa forza repulsiva che accelera l'espansione dell'universo. Negli ultimi anni, grazie ai dati di Hubble e di altri telescopi, gli astronomi hanno scoperto un'altra svolta:una discrepanza tra il tasso di espansione misurato nell'universo locale rispetto alle osservazioni indipendenti subito dopo il big bang, che prevedono un diverso valore di espansione.
La causa di questa discrepanza rimane un mistero. Ma i dati di Hubble, che comprendono una varietà di oggetti cosmici che fungono da indicatori di distanza, supportano l'idea che stia succedendo qualcosa di strano, che potrebbe coinvolgere una fisica nuova di zecca.
"Stai ottenendo la misura più precisa del tasso di espansione dell'universo dal gold standard dei telescopi e dei marcatori di miglia cosmiche", ha affermato il premio Nobel Adam Riess dello Space Telescope Science Institute (STScI) e della Johns Hopkins University di Baltimora, nel Maryland .
Riess guida una collaborazione scientifica che studia il tasso di espansione dell'universo chiamato SCARPE, che sta per Supernova, H0, per l'equazione dello stato dell'energia oscura. "Questo è ciò per cui è stato costruito il telescopio spaziale Hubble, utilizzando le migliori tecniche che conosciamo per farlo. Questa è probabilmente l'opera magnum di Hubble, perché ci vorrebbero altri 30 anni della vita di Hubble anche per raddoppiare questa dimensione del campione", ha detto Riess .
L'articolo del team di Riess, che sarà pubblicato nel numero Special Focus di The Astrophysical Journal rapporti sul completamento del più grande e probabilmente ultimo aggiornamento importante sulla costante di Hubble. I nuovi risultati hanno più del doppio del precedente campione di marcatori di distanza cosmica. Il suo team ha anche rianalizzato tutti i dati precedenti, con l'intero set di dati che ora include oltre 1.000 orbite Hubble.
Quando la NASA concepì un grande telescopio spaziale negli anni '70, una delle principali giustificazioni per la spesa e lo straordinario sforzo tecnico era quella di riuscire a risolvere le Cefeidi, stelle che si illuminano e si attenuano periodicamente, viste all'interno della nostra Via Lattea e delle galassie esterne. Le Cefeidi sono state a lungo il gold standard dei marcatori di miglia cosmiche da quando la loro utilità fu scoperta dall'astronoma Henrietta Swan Leavitt nel 1912. Per calcolare distanze molto maggiori, gli astronomi usano stelle esplosive chiamate supernove di tipo Ia.
Combinati, questi oggetti hanno costruito una "scala della distanza cosmica" attraverso l'universo e sono essenziali per misurare il tasso di espansione dell'universo, chiamato costante di Hubble da Edwin Hubble. Questo valore è fondamentale per stimare l'età dell'universo e fornisce un test di base della nostra comprensione dell'universo.
A partire subito dopo il lancio di Hubble nel 1990, la prima serie di osservazioni delle stelle Cefeidi per perfezionare la costante di Hubble è stata intrapresa da due team:l'HST Key Project guidato da Wendy Freedman, Robert Kennicutt e Jeremy Mould, Marc Aaronson e un altro da Allan Sandage e collaboratori, che hanno utilizzato le Cefeidi come indicatori di traguardo per perfezionare la misurazione della distanza dalle galassie vicine. All'inizio degli anni 2000 i team hanno dichiarato "missione compiuta" raggiungendo una precisione del 10 percento per la costante di Hubble, 72 più o meno 8 chilometri al secondo per megaparsec.
Nel 2005 e di nuovo nel 2009, l'aggiunta di nuove potenti fotocamere a bordo del telescopio Hubble ha lanciato la "Generazione 2" della ricerca costante di Hubble mentre i team si sono impegnati a perfezionare il valore con una precisione di appena l'uno per cento. Questo è stato inaugurato dal programma SCARPE. Diverse squadre di astronomi che utilizzano Hubble, tra cui SHOES, sono convergenti su un valore costante di Hubble di 73 più o meno 1 chilometro al secondo per megaparsec. Sebbene siano stati utilizzati altri approcci per indagare sulla domanda costante di Hubble, diversi team hanno elaborato valori prossimi allo stesso numero.
Il team SHOES comprende leader di lunga data, il dott. Wenlong Yuan della Johns Hopkins University, il dott. Lucas Macri della Texas A&M University, il dott. Stefano Casertano di STScI e il dott. Dan Scolnic della Duke University. Il progetto è stato progettato per mettere tra parentesi l'universo eguagliando la precisione della costante di Hubble dedotta dallo studio della radiazione cosmica di fondo a microonde rimasta dall'alba dell'universo.
"The Hubble constant is a very special number. It can be used to thread a needle from the past to the present for an end-to-end test of our understanding of the universe. This took a phenomenal amount of detailed work," said Dr. Licia Verde, a cosmologist at ICREA and the ICC-University of Barcelona, speaking about the SHOES team's work.
The team measured 42 of the supernova milepost markers with Hubble. Because they are seen exploding at a rate of about one per year, Hubble has, for all practical purposes, logged as many supernovae as possible for measuring the universe's expansion. Riess said, "We have a complete sample of all the supernovae accessible to the Hubble telescope seen in the last 40 years." Like the lyrics from the song "Kansas City," from the Broadway musical Oklahoma, Hubble has "gone about as fur as it c'n go!"
Weird Physics?
The expansion rate of the universe was predicted to be slower than what Hubble actually sees. By combining the Standard Cosmological Model of the Universe and measurements by the European Space Agency's Planck mission (which observed the relic cosmic microwave background from 13.8 billion years ago), astronomers predict a lower value for the Hubble constant:67.5 plus or minus 0.5 kilometers per second per megaparsec, compared to the SHOES team's estimate of 73.
Given the large Hubble sample size, there is only a one-in-a-million chance astronomers are wrong due to an unlucky draw, said Riess, a common threshold for taking a problem seriously in physics. This finding is untangling what was becoming a nice and tidy picture of the universe's dynamical evolution. Astronomers are at a loss for an explanation of the disconnect between the expansion rate of the local universe versus the primeval universe, but the answer might involve additional physics of the universe.
Such confounding findings have made life more exciting for cosmologists like Riess. Thirty years ago they started out to measure the Hubble constant to benchmark the universe, but now it has become something even more interesting. "Actually, I don't care what the expansion value is specifically, but I like to use it to learn about the universe," Riess added.
NASA's new Webb Space Telescope will extend on Hubble's work by showing these cosmic milepost markers at greater distances or sharper resolution than what Hubble can see. + Esplora ulteriormente
