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Costante di Hubble, una nuova misurazione

Una serie di nuove misurazioni sulla distanza potrebbe portare una revisione del modello standard, che descrive la natura fondamentale dell’Universo. Le ultime misurazioni hanno permesso agli astronomi di affinare il calcolo della costante di Hubble, misura che descrive il tasso di espansione dell’Universo, un valore importante per testare il modello teorico standard che descrive la composizione e l’evoluzione dell’Universo.

I nuovi risultati sono stati ottenuti da un team internazionale di astronomi  parte del Megamaser Cosmology Project che ha il compito di misurare la costante di Hubble trovando galassie con proprietà specifiche che si prestano a fornire precise distanze geometriche. Ne fanno parte il l Very Long Baseline Array della National Science Foundation, il Karl G. Jansky Very Large Array, il Robert C. Byrd Green Bank Telescope  e il telescopio Effelsberg in Germania. Lo studio è stato pubblicato sull’ultimo numero di Astrophysical Journal Letters.

Secondo quanto si legge nel studio le nuove misurazioni esacerbano una discrepanza tra i valori misurati in precedenza della costante di Hubble e il valore previsto dal modello quando applicato alle misurazioni del Cosmic Microwave Background (Cmb) effettuate dal satellite Planck.

«Abbiamo scoperto che le galassie sono più vicine di quanto previsto dal modello standard di cosmologia, confermando un problema identificato in altri tipi di misurazioni della distanza – afferma James Braatz del National Radio Astronomy Observatory – si è discusso se questo problema sia da imputare al modello stesso o alle misurazioni utilizzate per testarlo. Il nostro il lavoro utilizza una tecnica di misurazione della distanza completamente indipendente da tutte le altre e rafforziamo la disparità tra valori misurati e previsti. È probabile che il problema sia il modello cosmologico di base coinvolto nelle previsioni».

Edwin Hubble, da cui prende il nome l’omonimo telescopio spaziale, ha calcolato per primo il tasso di espansione dell’Universo – la costante di Hubble –  nel 1929 misurando le distanze dalle galassie e le loro velocità di recessione. Più è distante una galassia, maggiore è la sua velocità di recessione dalla Terra. Oggi la costante di Hubble rimane una proprietà fondamentale della cosmologia osservativa e un focus di molti studi.

La misurazione della velocità di recessione delle galassie è relativamente semplice. Determinare le distanze cosmiche, tuttavia, è stato da sempre un compito difficile per gli astronomi. Per gli oggetti nella  Via Lattea gli astronomi possono ottenere distanze misurando lo spostamento apparente della posizione dell’oggetto quando esso è visibile dai lati opposti dell’orbita terrestre attorno al Sole, un effetto chiamato parallasse.

Ottenere una misurazione dei parallassi al di fuori della nostra galassia è complicato e per questo motivo gli astronomi si affidano a oggetti chiamati ‘candele standard’ perché si presume che la loro luminosità intrinseca sia conosciuta. La distanza da un oggetto di luminosità nota può essere calcolata in base alla scarsa visibilità dell’oggetto dalla Terra. Queste candele standard includono una classe di stelle chiamate variabili Cefeidi e una supernova di tipo Ia.

Un altro metodo per stimare il tasso di espansione consiste nell’osservare i  quasar distanti la cui luce è piegata dall’effetto gravitazionale di una galassia in primo piano in più immagini. Quando la luminosità della quasar varia la variazione appare nelle diverse immagini in momenti diversi. Misurando questa differenza di tempo, insieme ai calcoli della geometria della flessione della luce, si ottiene una stima della velocità di espansione.

Le determinazioni della costante di Hubble basate sulle candele standard e sulle quasar con lente gravitazionale hanno prodotto un risultato pari a 73-74 chilometri al secondo per megaparsec. Tuttavia le previsioni della costante di Hubble del modello cosmologico standard  applicate alle misurazioni del Cosmic Microvawe Background producono un valore significativamente diverso pari  a  67,4. Secondo gli astronomi questa differenza va al di là degli errori sperimentali dovuti alle diverse osservazioni e ha delle implicazioni cruciali per il modello standard.

I ricercatori del Megamaser Cosmology Project si  sono  concentrati sulle galassie con dischi di gas molecolare con una percentuale d’acqua che orbitano attorno a buchi neri supermassicci  situati nei centri galattici. Se il disco in orbita viene visto dal bordo della Terra i punti luminosi di emissione radio chiamati maser – simili a un laser ma funzionanti nelle microonde dello spettro elettromagnetico – possono essere utilizzati per determinare sia la dimensione fisica del disco sia la sua estensione angolare e di conseguenza anche la distanza. Nel corso della ricerca il team di scienziati ha perfezionato le misurazioni su quattro galassie a distanze che vanno dai 168 ai 431 milioni di anni luce. Il valore della costante di Hubble risultante da questi calcoli è pari a 73,9 chilometri al secondo per megaparsec.

«Il metodo maser per misurare la velocità di espansione dell’Universo è basato sulla geometria, a differenza degli altri – ha dichiarato Mark Reid del Center for Astrophysics | Harvard e Smithsonian – attraverso la misurazione delle posizioni dinamiche dei punti maser nel disco di accrescimento che circonda un buco nero, possiamo determinare la distanza tra le galassie ospiti e quindi il tasso di espansione. La nostra misurazione della costante di Hubble è molto vicina ad altre misurazioni recenti e statisticamente molto diversa dalle previsioni basate sul Cmb e sul modello cosmologico standard. Tutte le indicazioni  provenienti dal nostro studio stanno  a indicare  che il modello standard necessita di revisione».

Gli astronomi hanno a disposizione varie metodologie per regolare il modello e risolvere la discrepanza. Alcune di queste includono teorie sulla natura dell’energia oscura mentre altre sono orientate verso la fisica delle particelle. «Si tratta di un caso classico di caso classico di interazione tra osservazione e teoria – il modello standard ha funzionato abbastanza bene per anni ma ora le osservazioni indicano chiaramente  che c’è un problema da risolvere all’interno di esso».

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