Usando i quasar, oggetti estremamente luminosi alimentati da buchi neri supermassicci, come segnali cosmici, il gruppo ha misurato con precisione la velocità con cui l’universo si stava espandendo 13 miliardi di anni fa. Hanno scoperto che in questa epoca primordiale l’universo era circa cinque volte più lento di quanto lo sia oggi. Questo è lo sguardo più dettagliato mai osservato sull'universo quando aveva solo circa 890 milioni di anni.
Il tasso di espansione, o costante di Hubble, è un ingrediente chiave per misurare l’età e l’evoluzione dell’universo. Effettuando misurazioni precise della costante di Hubble in diversi momenti nel tempo, gli astronomi possono scoprire come il tasso di espansione è cambiato nel tempo e limitare le proprietà dell'universo, inclusa la quantità di materia normale, materia oscura ed energia oscura.
Il nuovo risultato conferma i modelli basati sulla teoria cosmologica prevalente dell’universo, nota come modello Lambda della materia oscura fredda, che presuppone che circa il 70% dell’universo sia energia oscura e il 25% materia oscura con solo circa il 5% composto da materia normale. .
Il team era guidato dal professore di astronomia e astrofisica dell'Ohio State University Patrick Petitjean, insieme all'ex ricercatore post-dottorato dell'Ohio State e attuale Enrico Fermi Fellow presso l'Università di Chicago, Jeffrey Cooke, e all'astronomo dell'ESO in Cile, Jean-Philippe Uzan.
I risultati sono pubblicati nel numero del 25 gennaio della rivista Science.
I ricercatori hanno osservato due quasar molto distanti dietro massicci ammassi di galassie con il DEep Imaging Multi-Object Spectrograph (DEIMOS) sul telescopio Keck II alle Hawaii. Gli enormi campi gravitazionali degli ammassi di galassie piegano e amplificano la luce proveniente dagli oggetti distanti dietro di loro, agendo come lenti giganti che consentono agli astronomi di vedere oggetti più deboli e distanti.
Questa particolare tecnica, nota come lente gravitazionale forte, fornisce telescopi naturali che ingrandiscono i quasar di fondo, consentendo agli astronomi di misurare piccoli spostamenti nella luce dei quasar causati dall'espansione dell'universo tra i due oggetti estremamente distanti.
L'ingrandimento dovuto alla lente gravitazionale ha permesso agli astronomi di rilevare le fluttuazioni della luce che si sono verificate in periodi di tempo molto brevi, consentendo loro di misurare efficacemente il tasso di espansione dell'universo solo in poche decine di milioni di anni.
"Questa è attualmente la misurazione più precisa del tasso di espansione dell'universo mai effettuata", ha affermato Cooke, autore principale dello studio ora presso l'Università di Chicago. "Abbiamo dovuto utilizzare quasar ingranditi da lenti gravitazionali per ottenere un segnale significativo."
"Le lenti gravitazionali consentono di utilizzare i quasar come righelli per misurare la distanza tra due punti nell'universo separati da diversi miliardi di anni", ha detto Petitjean. "Questo righello cosmico ci consente di misurare con precisione il tasso di espansione dell'universo, fornendo vincoli alle componenti più misteriose dell'universo:la materia oscura e l'energia oscura."
Ha aggiunto che sono fortunati che ci siano ammassi in primo piano tra noi e i quasar, poiché questa distorsione gravitazionale ha permesso al team di misurare il tasso di espansione in un periodo molto precoce dell’universo.
Il team prevede di continuare a effettuare osservazioni simili per fornire misurazioni ancora più precise di come il tasso di espansione dell’universo si è evoluto nel tempo. Tali osservazioni aiuteranno gli astronomi a vincolare ulteriormente i modelli per l’evoluzione dell’universo e a determinare la natura delle sostanze misteriose che permeano gran parte del cosmo ma non vengono rilevate dai telescopi.
