L’universo si sta espandendo così velocemente che potremmo aver bisogno di una nuova fisica per spiegarlo

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Torna alla ribalta il problema dei due diversi valori attribuiti alla costante di Planck che ci dicono che l’universo si sta espandendo più velocemente di quanto dovrebbe. Si tratta di una questione che sta mettendo in difficoltà astronomi ed astrofisici e più di uno comincia a pensare che sarà necessario inserire una qualche nuova fisica nelle teorie su come funziona il cosmo.
Il tasso di espansione dell’universo è stato nuovamente calcolato e risulta all’incirca del 10% più veloce di quello previsto dalle osservazioni della traiettoria dell’universo poco dopo il Big Bang. A certificarlo è una nuova ricerca che, inoltre, riduce significativamente la probabilità che questa disparità sia una coincidenza, portandola da da 1 su 3.000 a 1 su 100.000.

Questa discrepanza è cresciuta e ora ha raggiunto un punto che è davvero impossibile da liquidare come un fatto casuale“, ha dichiarato Adam Riess, docente di fisica e astronomia alla Johns Hopkins University di Baltimora .

Questo non è quello che ci aspettavamo“, ha detto Riess, che ha vinto il premio Nobel per la fisica nel 2011 (insieme a Brian Schmidt e Saul Perlmutter) per aver dimostrato, verso la fine degli anni ’90, che l’espansione dell’universo sta accelerando. Non è chiaro cosa stia guidando questa sorprendente accelerazione, ma molti astronomi invocano una forza misteriosa e repulsiva chiamata energia oscura.

Questa illustrazione mostra i tre passi fondamentali che gli astronomi usano per calcolare quanto velocemente l'universo si espande nel tempo, un valore chiamato costante di Hubble. Tutti i passaggi prevedono la costruzione di una forte "scala di distanza cosmica", iniziando con la misurazione di distanze precise verso le galassie vicine e quindi il passaggio a galassie sempre più distanti. Questa scala è una serie di misure di diversi tipi di oggetti astronomici con una luminosità intrinseca che i ricercatori possono utilizzare per calcolare le distanze.

Questa illustrazione mostra i tre passi fondamentali che gli astronomi usano per calcolare quanto velocemente l’universo si espande nel tempo, un valore chiamato costante di Hubble. Tutti i passaggi prevedono la costruzione di una “scala di distanza cosmica”, iniziando con la misurazione di distanze precise verso le galassie vicine e quindi il passaggio a galassie sempre più distanti. Questa scala è composta da una serie di misure di diversi tipi di oggetti astronomici con una luminosità intrinseca che i ricercatori possono utilizzare per calcolare le distanze. – (Immagine: © NASA, ESA e A. Feild (STScI))

Nel nuovo studio, Riess e i suoi colleghi hanno usato il telescopio spaziale Hubble per studiare 70 stelle variabili delle Cefeidi nella Grande Nube di Magellano (LMC), una delle galassie satelliti della Via Lattea. Le variabili Cefeidi si attenuano e si illuminano a velocità prevedibili e sono quindi considerate “candele standard” che consentono agli astronomi di calcolare le distanze.

(Un altro tipo di candela standard, le esplosioni stellari conosciute come supernovae di tipo 1a, consente agli scienziati di misurare distanze ancora più lontane nello spazio.) Gli studi di Riess, Schmidt e Perlmutter sulle supernove di tipo 1a hanno portato alla scoperta che ha fruttato loro il Nobel.)

Riess e il suo team hanno anche incorporato le osservazioni del progetto Araucaria, una collaborazione internazionale che ha coinvolto ricercatori negli Stati Uniti, Europa e Cile, che hanno studiato vari sistemi stellari binari LMC, studiando l’attenuazione che avveniva quando una di queste stelle passava davanti ad una vicina. Questo lavoro ha fornito ulteriori misurazioni della distanza, aiutando il team a migliorare la comprensione della luminosità intrinseca delle Cefeidi.

I ricercatori hanno utilizzato tutte queste informazioni per calcolare il tasso di espansione attuale dell’universo, un valore noto come costante di Hubble, dal nome dell’astronomo americano Edwin Hubble. Il nuovo valore assegnato alla costante è di circa 74,03 chilometri al secondo per megaparsec; un megaparsec equivale a circa 3,26 milioni di anni luce.

L’incertezza legata a questo numero è solo dell’1,9%, hanno spiegato i ricercatori. Questo è il più basso valore di incertezza fino ad oggi calcolato utilizzando questo approccio, in calo da circa il 10% nel 2001 e il 5% nel 2009.

Il tasso di espansione “atteso“, al contrario, è di circa 41,9 miglia (67,4 km) al secondo per megaparsec. Questa previsione si basa sulle osservazioni che il satellite europeo Planck ha fatto dello sfondo cosmico delle microonde – la traccia lasciata dalla luce del Big Bang che ha creato l’universo 13,82 miliardi di anni fa.

Non si tratta solo di due esperimenti in disaccordo, stiamo misurando qualcosa di fondamentalmente diverso“, ha spiegato Riess.

Uno è la misura di quanto velocemente l’universo si sta espandendo oggi, come lo vediamo noi, l’altro è una previsione basata sulla fisica dell’universo primordiale e sulla misura della velocità con cui dovrebbe espandersi“, ha aggiunto. “Se questi valori non sono d’accordo, diventa molto probabile che alle nostre osservazioni manchi qualcosa nel modello cosmologico che collega le due ere“.

Probabilmente sarà necessario studiare qualche nuovo tipo di meccanismo fisico che accordi le diverse osservazioni.

Il nuovo studio è stato pubblicato oggi su The Astrophysical Journal. Puoi leggerlo gratuitamente sul sito di preprint online arXiv.org.