In un universo in continua espansione, misurare le distanze cosmiche è come cercare di trovare un sovrano affidabile in un tessuto vasto e in continua estensione. Uno strumento utilizzato dagli astrofisici è la costante di Hubble, (H₀ ), che misura la velocità con cui l'universo si sta espandendo e stabilisce l'età e la dimensione osservabile dell'universo.

Tuttavia, c'è disaccordo sul valore di H₀ , a causa di misurazioni contrastanti derivate da vari oggetti celesti. Il dibattito significa che la nostra comprensione della fisica di base dell’universo è incompleta. La posta in gioco è alta e la chiave per trovare una soluzione è migliorare significativamente la precisione delle misurazioni della distanza basate sulle stelle.

Ora, uno studio pubblicato su The Astrophysical Journal Letters del professore dell’EPFL Richard I. Anderson, dell’ex stagista di ricerca estiva universitario dell’EPFL Nolan Koblischke (ora presso l’Università di Toronto) e Laurent Eyer (Università di Ginevra) perfeziona le misurazioni della distanza cosmica utilizzando i segnali sonori delle giganti rosse. "Abbiamo scoperto che le oscillazioni acustiche delle stelle giganti rosse ci dicono come misurare al meglio le distanze cosmiche utilizzando il metodo della punta del ramo delle giganti rosse", afferma Anderson.

Misurare le distanze cosmiche con le giganti rosse

Spieghiamo alcuni termini. Le "giganti rosse" sono stelle che invecchiano. Adottano una tonalità rossastra mentre esauriscono l'idrogeno nei loro nuclei e utilizzano l'idrogeno esterno, che li rende più grandi e più freddi.

Sui diagrammi astronomici, questa evoluzione porta a un "ramo di gigante rossa", una deviazione dovuta alla maggiore luminosità della stella. La punta del ramo della gigante rossa (TRGB) è un punto critico in cui queste stelle accendono l'elio, invertendo l'evoluzione della luminosità.

Il TRGB, contrassegnato da un minor numero di stelle più luminose sopra di esso nel diagramma, funge da "candela standard" per le misurazioni della distanza cosmica:confrontando la sua luminosità conosciuta con la luminosità osservata in galassie lontane, gli astronomi possono calcolare la distanza, proprio come stimare la luminosità di una lampadina. distanza in base alla sua luminosità.

Cantare nell'oscurità

I ricercatori hanno analizzato i dati dell’Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE) e della missione Gaia dell’ESA per esaminare le giganti rosse nella Grande Nube di Magellano (LMC), che è una galassia compagna vicina che orbita attorno alla Via Lattea e funge da laboratorio cruciale per la comprensione la fisica delle stelle.

Con una svolta sorprendente, gli scienziati hanno scoperto che tutte le stelle del TRGB in realtà variano periodicamente in luminosità; le onde sonore viaggiano attraverso le stelle come i terremoti sulla Terra, facendole oscillare. Sebbene queste oscillazioni fossero già note, la loro importanza per le misurazioni della distanza non era nota. Ma ora hanno permesso ai ricercatori di distinguere le stelle in base all'età, offrendo un approccio più sfumato alla misurazione delle distanze nell'universo.

Anderson spiega:"Le stelle giganti rosse più giovani vicine al TRGB sono un po' meno luminose delle loro cugine più vecchie, e le oscillazioni acustiche che osserviamo come fluttuazioni di luminosità ci permettono di capire con che tipo di stella abbiamo a che fare:le stelle più vecchie oscillano a frequenza più bassa, proprio come un baritono canta con una voce più profonda di un tenore."

Questa distinzione è fondamentale per garantire misurazioni della distanza altamente accurate richieste per la cosmologia e per ottenere la migliore mappa dell'universo locale, poiché le stelle giganti rosse esistono praticamente in ogni galassia.

Lo studio identifica anche diversi miglioramenti al metodo della distanza TRGB che sono essenziali per comprendere i recenti dibattiti sulla tensione costante di Hubble. "Ora che possiamo distinguere le età delle giganti rosse che compongono il TRGB, saremo in grado di migliorare ulteriormente la misurazione della costante di Hubble basata su di esse", afferma Anderson.

"Tali miglioramenti metteranno ulteriormente alla prova la tensione costante di Hubble e potrebbero portare a nuove intuizioni rivoluzionarie sui processi fisici di base che decidono come si evolve l'universo."