“Tensione di Hubble” in corso nel dibattito sull’Universo Espanso – “Potrebbe non esserci conflitto dopo tutto”

Una stella gigante rossa, Camelopardalis, emette un guscio di gas quando uno strato di elio attorno al suo nucleo inizia a fondersi. Tali eventi aiutano gli scienziati a calcolare la velocità di espansione dell’universo. Credito: Agenzia spaziale europea/NASA

Una nuova analisi dell’astronomo dell’Università di Chicago ha fatto i conti con il Modello Standard nella “tensione di Hubble” in corso.

Il nostro universo si sta espandendo, ma il nostro modo principale di misurare la velocità di tale espansione ha prodotto risposte diverse. Negli ultimi dieci anni, gli astrofisici sono stati gradualmente divisi in due campi: uno che crede che la differenza sia significativa e uno che pensa che possa essere dovuto a errori di misurazione.

Se si scopre che gli errori causano discrepanze, ciò confermerà il nostro modello di base di come funziona l’universo. Un’altra possibilità introduce un filo che, quando viene tirato, indica che è necessaria una nuova fisica fondamentale mancante per ricollegarlo insieme. Per diversi anni, ogni nuova prova dai telescopi ha fatto oscillare l’argomento avanti e indietro, dando origine alla cosiddetta “tensione di Hubble”.

Wendy Friedman, un famoso astronomo e John e Marion Sullivan Professore di Astronomia e Astrofisica presso l’Università di Chicago, ha effettuato alcune misurazioni originali del tasso di espansione dell’universo che hanno portato a un valore più alto per la costante di Hubble. Ma in un nuovo articolo di revisione accettato Giornale di astrofisica مجل ., Friedman offre una panoramica delle osservazioni più recenti. La sua conclusione: recenti osservazioni stanno iniziando a colmare il vuoto.

Ciò significa che dopo tutto potrebbe non esserci alcun conflitto e che il nostro modello standard dell’universo non ha bisogno di molte modifiche.

La velocità con cui l’universo si espande è chiamata costante di Hubble, chiamata UChicago allume Edwin Hubble, SB 1910, PhD 1917, a cui è attribuita la scoperta dell’espansione dell’universo nel 1929. Gli scienziati vogliono determinare con precisione questa velocità, perché la costante di Hubble è legato all’età dell’universo e come si è evoluto nel tempo.

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Nell’ultimo decennio è emersa un’importante piega quando i risultati per i due principali metodi di misurazione hanno cominciato a differire. Ma gli scienziati discutono ancora sul significato della mancata corrispondenza.

Un modo per misurare la costante di Hubble è guardare la luce molto debole rimasta dal Big Bang, chiamata fondo cosmico a microonde. Ciò è stato fatto nello spazio e sulla Terra utilizzando strutture come l’Antarctic Telescope guidato da UChicago. Gli scienziati possono inserire queste osservazioni nel loro “modello standard” dell’universo primordiale ed eseguirlo in tempo per prevedere come dovrebbe essere la costante di Hubble oggi; Ottengono una risposta di 67,4 chilometri al secondo per megaparsec.

L’altro modo è guardare le stelle e le galassie nell’universo vicino e misurare le loro distanze e la velocità con cui si stanno allontanando da noi. Friedman è stato uno dei massimi esperti in questo metodo per diversi decenni; Nel 2001, il suo team ha effettuato una delle misurazioni più straordinarie utilizzando il telescopio spaziale Hubble per fotografare stelle chiamate Cefeidi. Il valore che hanno trovato era 72. Friedman ha continuato a misurare le Cefeidi negli anni successivi, rivedendo ogni volta più dati del telescopio. Tuttavia, nel 2019, lei e i suoi colleghi hanno pubblicato una risposta basata su un metodo completamente diverso che utilizza stelle chiamate giganti rosse. L’idea era quella di verificare le Cefeidi in modo indipendente.

Le giganti rosse sono stelle molto grandi e luminose che raggiungono sempre lo stesso picco di luminosità prima di svanire rapidamente. Se gli scienziati possono misurare con precisione la luminosità di picco effettiva o intrinseca delle giganti rosse, possono quindi misurare le distanze dalle loro galassie ospiti, una parte essenziale ma delicata dell’equazione. La domanda principale è quanto siano accurate queste misurazioni.

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La prima versione di questo calcolo nel 2019 utilizzava una singola galassia molto vicina per calibrare la luminosità delle stelle giganti rosse. Negli ultimi due anni, Friedman e i suoi collaboratori hanno analizzato i numeri di diverse galassie e gruppi stellari. “Ora ci sono quattro modi indipendenti per calibrare la luminosità di una gigante rossa, e concordano l’1% l’uno dell’altro”, ha detto Friedman. “Questo ci dice che questo è davvero un buon modo per misurare la distanza.”

“Volevo davvero esaminare attentamente sia le Cefeidi che le giganti rosse. Conosco molto bene i loro punti di forza e di debolezza”, ha detto Friedman. “Sono giunto alla conclusione che non abbiamo bisogno di una nuova fisica fondamentale per spiegare le differenze nelle e lontani tassi di espansione. I dati per la nuova gigante rossa sembrano essere coerenti”.

Lo studente laureato dell’Università di Chicago Taylor Hoyt, che ha effettuato misurazioni delle stelle giganti rosse nelle galassie ancora, ha aggiunto: “Continuiamo a misurare e testare le sottostelle giganti rosse in vari modi, e continuano a superare le nostre aspettative”.

Il valore della costante di Hubble ottenuto dal team di Friedman dalle giganti rosse è 69,8 km/s/milione di segmenti, circa lo stesso del valore derivato dall’esperimento cosmico di fondo a microonde. “Non è necessaria una nuova fisica”, ha detto Friedman.

I calcoli che utilizzano le stelle Cefeidi danno ancora numeri più alti, ma secondo l’analisi di Friedman, la differenza potrebbe non essere allarmante. “Le stelle Cefeidi sono sempre state un po’ più rumorose e un po’ più complicate da comprendere appieno; sono giovani stelle nelle regioni attive di formazione stellare nelle galassie, e ciò significa che c’è il potenziale per cose come la polvere o l’inquinamento di altre stelle per liberarsi delle tue misure», spiegò.

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Secondo lei, il conflitto potrebbe essere risolto con dati migliori.

L’anno prossimo, quando è previsto il lancio del telescopio spaziale James Webb, gli scienziati inizieranno a raccogliere queste nuove osservazioni. Friedman e i suoi collaboratori hanno già avuto tempo sul telescopio per un importante programma per effettuare più misurazioni sia delle stelle giganti delle Cefeidi che delle stelle giganti rosse. “Webb ci darà una maggiore sensibilità e precisione, e i dati miglioreranno davvero molto presto”, ha detto.

Ma nel frattempo, voleva dare un’occhiata più da vicino ai dati esistenti, e quello che ha scoperto è che molti di loro erano effettivamente d’accordo.

“Questo è il modo in cui va la scienza”, ha detto Friedman. “Dai un calcio alle gomme per vedere se qualcosa si sgonfia e finora nessuna foratura”.

Alcuni studiosi che sono stati a favore dell’incompatibilità intrinseca potrebbero rimanere delusi. Ma per Friedman, entrambe le risposte sono entusiasmanti.

“C’è ancora spazio per una nuova fisica, ma anche se non c’è spazio per una nuova fisica, dimostrerebbe che il nostro modello standard è fondamentalmente corretto, il che è anche una conclusione profonda da trarre”, ha affermato. “Ecco la cosa interessante della scienza: non conosciamo le risposte in anticipo. Impariamo mentre avanziamo. È un momento davvero emozionante per essere in questo campo”.

Riferimento: “Measurements of the Hubble Constant: Tensions in Perspective” di Wendy Friedman, 30 giugno 2021, Giornale di astrofisica مجل ..

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