La tensione di Hubble diventa una crisi: Una nuova misurazione conferma che l'universo si espande troppo velocemente per i modelli attuali
Misure estremamente precise della distanza tra la Terra e l'ammasso di galassie Coma forniscono nuove prove del tasso di espansione dell'universo più rapido del previsto.
L'universo sembra davvero in rapida espansione. Troppo veloce, addirittura. Una nuova misurazione conferma ciò che i risultati precedenti, molto discussi, avevano dimostrato: L'universo si sta espandendo più velocemente di quanto previsto dai modelli teorici e più velocemente di quanto possa essere spiegato dalla nostra attuale comprensione della fisica.
Questa discrepanza tra modelli e dati è diventata nota come tensione di Hubble. Ora, i risultati pubblicati su The Astrophysical Journal Letters forniscono un sostegno ancora più forte al tasso di espansione più rapido.
“La tensione si trasforma ora in una crisi”, ha dichiarato Dan Scolnic, che ha guidato il team di ricerca.
La determinazione del tasso di espansione dell'universo, noto come costante di Hubble, è stata una delle principali ricerche scientifiche sin dal 1929, quando Edwin Hubble scoprì per la prima volta che l'universo si stava espandendo.
Scolnic, professore associato di fisica alla Duke University, spiega che è come cercare di costruire il diagramma di crescita dell'universo: sappiamo che dimensioni aveva al Big Bang, ma come è arrivato alle dimensioni attuali?
Nella sua analogia, la foto del bambino dell'universo rappresenta l'universo lontano, i semi primordiali delle galassie.
L'immagine attuale dell'universo rappresenta l'universo locale, che contiene la Via Lattea e i suoi vicini. Il modello standard della cosmologia è la curva di crescita che collega i due. Il problema è che le cose non si collegano.
“Questo significa, in un certo senso, che il nostro modello di cosmologia potrebbe essere rotto”, ha detto Scolnic.
La misurazione dell'universo richiede una scala cosmica, ovvero una successione di metodi utilizzati per misurare le distanze degli oggetti celesti, con ogni metodo, o “piolo”, che si basa sul precedente per la calibrazione.
La scala utilizzata da Scolnic è stata creata da un team separato utilizzando i dati dello strumento spettroscopico per l'energia oscura (DESI), che osserva più di 100.000 galassie ogni notte dal suo punto di osservazione presso l'Osservatorio nazionale di Kitt Peak.
Scolnic ha riconosciuto che questa scala potrebbe essere ancorata più vicino alla Terra con una distanza più precisa dall'Ammasso di Coma, uno degli ammassi di galassie più vicini a noi.
“La collaborazione DESI ha fatto la parte più difficile: alla loro scala mancava il primo piolo”, ha detto Scolnic. “Sapevo come ottenerlo e sapevo che ci avrebbe fornito una delle misure più precise della costante di Hubble che potessimo ottenere, così quando è uscito il loro articolo, ho mollato tutto e ho lavorato su questo senza sosta”.
Per ottenere una distanza precisa dall'ammasso Coma, Scolnic e i suoi collaboratori hanno utilizzato le curve di luce di 12 supernove di tipo Ia presenti nell'ammasso. Proprio come le candele che illuminano un sentiero buio, le supernove di tipo Ia hanno una luminosità prevedibile che si correla alla loro distanza, rendendole oggetti affidabili per il calcolo della distanza.
Il team è arrivato a una distanza di circa 320 milioni di anni luce, quasi al centro della gamma di distanze riportate in 40 anni di studi precedenti, un segno rassicurante della sua accuratezza.
“Questa misurazione non è influenzata da come pensiamo che finirà la storia della tensione di Hubble”, ha detto Scolnic. “Questo ammasso è nel nostro giardino, è stato misurato molto prima che qualcuno sapesse quanto sarebbe stato importante”.
Utilizzando questa misura di alta precisione come primo gradino, il team ha calibrato il resto della scala delle distanze cosmiche. Sono arrivati a un valore per la costante di Hubble di 76,5 chilometri al secondo per megaparsec, il che significa essenzialmente che l'universo locale si espande di 76,5 chilometri al secondo ogni 3,26 milioni di anni luce.
Questo valore corrisponde alle misure esistenti del tasso di espansione dell'universo locale. Tuttavia, come tutte queste misurazioni, è in conflitto con le misurazioni della costante di Hubble che utilizzano le previsioni dell'universo lontano.
In altre parole, corrisponde al tasso di espansione dell'universo misurato di recente da altri team, ma non a quello previsto dalla nostra attuale comprensione della fisica. L'annosa questione è: il difetto è nelle misurazioni o nei modelli?
I nuovi risultati del team di Scolnic aggiungono un enorme sostegno al quadro emergente, secondo cui la radice della tensione di Hubble risiede nei modelli.
“Negli ultimi dieci anni circa, ci sono state molte rianalisi da parte della comunità per vedere se i risultati originali del mio team erano corretti”, ha detto Scolnic, la cui ricerca ha costantemente messo in discussione la costante di Hubble prevista dal modello fisico standard.
“Alla fine, anche se stiamo scambiando molti pezzi, otteniamo tutti un numero molto simile. Quindi, per me, questa è la conferma migliore che si sia mai avuta”.
“Siamo a un punto in cui stiamo facendo molta pressione sui modelli che abbiamo usato per due decenni e mezzo, e stiamo vedendo che le cose non corrispondono”, ha detto Scolnic.
“Questo potrebbe ridisegnare il modo in cui pensiamo all'universo, ed è entusiasmante! Ci sono ancora sorprese nella cosmologia, e chi può dire quali saranno le prossime scoperte?”.