Una nuova determinazione della velocità di espansione dell’Universo

Combinando tecnologie e tecniche all'avanguardia, un team di astrofisici della Clemson University ha aggiunto un nuovo approccio per quantificare una delle leggi più fondamentali dell'universo.

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Una nuova misurazione della Costante di Hubble

In un articolo pubblicato su The Astrophysical Journal, gli scienziati di Clemson Marco Ajello, Abhishek Desai, Lea Marcotulli e Dieter Hartmann hanno collaborato con altri sei scienziati in tutto il mondo per ideare una nuova misurazione della costante di Hubble, che descrive il tasso di espansione dell’universo.

In un documento intitolato “Una nuova misurazione della costante di Hubble e del contenuto di materia dell’Universo usando l’attenuazione del background extragalattico nei raggi gamma“, il team ha confrontato gli ultimi dati di attenuazione dei raggi gamma del telescopio spaziale a raggi gamma Fermi e l’imaging atmosferico Telescopi Cherenkov per elaborare le stime da modelli di luce di sfondo extragalattici.

Questa nuova strategia ha portato a una misurazione di circa 67,5 chilometri al secondo per megaparsec.

I raggi gamma sono la forma più energetica di luce.

La luce di sfondo extragalattica (EBL) è una nebbia cosmica composta da tutta la luce ultravioletta, visibile e infrarossa emessa dalle stelle o dalla polvere nelle vicinanze. Quando i raggi gamma e EBL interagiscono, lasciano un’impronta osservabile – una graduale perdita di flusso – che gli scienziati sono stati in grado di analizzare nel formulare la loro ipotesi.

Quello che sappiamo è che i fotoni a raggi gamma provenienti da fonti extragalattiche viaggiano nell’universo verso la Terra, dove possono essere assorbiti interagendo con i fotoni dalla luce delle stelle“, ha detto Ajello. “Il tasso di interazione dipende dalla lunghezza del percorso lungo il quale viaggiano nell’universo. E la lunghezza del percorso dipende dall’espansione. Se l’espansione è bassa, percorrono una piccola distanza. Se l’espansione è grande, percorrono una distanza molto grande, quindi la quantità di assorbimento che abbiamo misurato dipendeva fortemente dal valore della costante di Hubble. Ciò che abbiamo fatto è stato capovolgerlo e usarlo per determinare il tasso di espansione dell’universo”.

La cosmologia riguarda la comprensione dell’evoluzione del nostro universo: come si è evoluto in passato, cosa sta facendo ora e cosa accadrà in futuro“, ha dichiarato Ajello, professore associato presso il dipartimento di fisica e astronomia del College of Science. “La nostra conoscenza si basa su una serie di parametri, tra cui la costante di Hubble, che ci sforziamo di misurare nel modo più preciso possibile. In questo documento, il nostro team ha analizzato i dati ottenuti da entrambi i telescopi orbitanti e terrestri per trovare uno dei più recenti misurazioni della velocità con cui l’universo si sta espandendo“.

Il concetto di un universo in espansione fu avanzato dall’astronomo americano Edwin Hubble (1889-1953). 

La stima iniziale di Hubble del espansione fu di 500 chilometri al secondo per megaparsec, con un megaparsec equivalente a circa 3,26 milioni . Hubble concluse che una galassia a due megaparsec di distanza dalla nostra galassia si stava allontanando due volte più velocemente di una galassia a un solo megaparsec di distanza. Questa stima divenne nota come Costante di Hubble, che dimostrò che l’universo si stava espandendo. 

D allora, gli astronomi hanno effettuato diverse verifiche del valore della costante di Hubble utilizzando metodi diversi e con risultati contrastanti.

Un’analogia comune dell’espansione dell’universo è un palloncino punteggiato di macchie, con ogni macchia che rappresenta una galassia. Quando il palloncino viene gonfiato, le macchie si allargano e si allontanano le une dalle altre.

“Alcuni teorizzano che il palloncino si espanderà fino d un certo punto e poi inizierà a collassare”, ha dichiarato Desai, un assistente di ricerca laureato nel dipartimento di fisica e astronomia. “Ma la convinzione più comune è che l’universo continuerà ad espandersi fino a quando tutto sarà così lontano da non esserci più luce osservabile. A questo punto, l’universo subirà una morte fredda. Ma non c’è nulla di cui preoccuparsi. Se dovesse accadere, sarà tra molti miliardi di anni“.

Ma se l’analogia del palloncino è accurata, che cosa fa espandere il palloncino?

La materia – le stelle, i pianeti, persino noi – è solo una piccola parte della composizione complessiva dell’universo“, ha spiegato Ajello. “La grande maggioranza dell’universo è formata da energia oscura e materia oscura. E crediamo che sia l’energia oscura che sta facendo espandere il pallone“. L’energia oscura sta allontanando le cose l’una dall’altra.

La gravità, che attira gli oggetti gli uni verso gli altri, è la forza più forte a livello locale, motivo per cui alcune galassie continuano a scontrarsi. Ma a distanze cosmiche, l’ è la forza dominante.

È straordinario che stiamo usando i raggi gamma per studiare la cosmologia. La nostra tecnica ci consente di utilizzare una strategia indipendente – una nuova metodologia indipendente da quelle esistenti – per misurare le proprietà cruciali dell’universo“, ha detto Dominguez. “I nostri risultati mostrano la maturità raggiunta nell’ultimo decennio dal campo relativamente recente dell’astrofisica ad alta energia. L’analisi che abbiamo sviluppato apre la strada a misurazioni migliori in futuro utilizzando l’array di telescopi Cherenkov, che è ancora in fase di sviluppo e volontà essere la gamma più ambiziosa di telescopi ad alta energia da terra di sempre.

Fonte: Phys.org