La crisi della cosmologia peggiora

Una recente misurazione ha riacceso la diatriba sul tasso di espansione dell'universo. Gli scienziati utilizzano due metodi per determinare l'attuale velocità di espansione dell'universo. Il primo consiste nel fare misurazioni delle condizioni iniziali dell'universo e quindi utilizzare una teoria accettata per prevedere il tasso di espansione odierno. Il secondo è misurare il tasso odierno di espansione cosmica. I due numeri dovrebbero concordare. Ma in realtà non lo fanno

La crisi della cosmologia peggiora

Nonostante le molte domande che attendono una risposta definitiva i cosmologi ritengono di avere una buona comprensione delle origini dell’universo. Tuttavia, due diverse misurazioni della velocità con cui l’universo si sta espandendo non concordano e questo potrebbe essere una crepa insanabile nel Modello Cosmologico Standard.

Una recente misurazione ha riacceso la diatriba sul tasso di espansione dell’universo. Gli scienziati hanno utilizzato due metodi per determinare l’attuale velocità di espansione dell’universo. Il primo consiste nel misurare a partire dalle condizioni iniziali dell’universo e quindi utilizzare una teoria accettata per prevedere il tasso di espansione odierno. Il secondo consiste nel misurare il tasso odierno di espansione cosmica. I due numeri dovrebbero concordare. Ma in realtà non lo fanno.

Prevedere l’attuale tasso di espansione dell’universo utilizzando dati vecchi come quelli estratti dal fondo cosmico a microonde è complicato. Il fondo cosmico a microonde è segnale radio fossile della “palla di fuoco” del Big Bang.

Altri dati prendono in esame il modello di aggregazione delle galassie. Le galassie tendevano a raggrupparsi insieme lasciando vuoti? O erano disperse uniformemente? Come sono cambiati questi modelli nel corso di miliardi di anni?

Gli astronomi utilizzano queste e altre misurazioni combinandole con una sofisticata teoria dell’evoluzione dell’universo per prevedere la velocità di espansione attuale. La previsione del tasso di espansione attuale dovrebbe essere di 67,4 ± 0,5 chilometri al secondo per megaparsec di distanza. (Un megaparsec è pari a 3,26 milioni di anni luce). Ciò significa che una galassia a un megaparsec di distanza dalla Terra dovrebbe allontanarsi a 67,4 km / s, mentre una galassia a due megaparsec di distanza dovrebbe allontanarsi da noi a una velocità di 134,8 km / s.

Ma esiste un altro metodo per calcolare il tasso di espansione, gli astronomi possono misurare direttamente il tasso osservando le galassie. Il problema è che in questo modo misurano un tasso di espansione maggiore, pari a 73,2 ± 1,3 km / s per megaparsec. I due dati, 67,4 ± 0,5 e 73,2 ± 1,3 non sono d’accordo.

Come possiamo spiegare il disaccordo? probabilmente i due metodi utilizzati hanno dei presupposti che andrebbero rivisti.

Quando gli astronomi misurano il tasso di espansione dell’universo oggi, osservano le singole galassie e determinano la velocità e la distanza di ciascuna galassia. La velocità è facile da determinare. Gli astronomi usano l’effetto Doppler. Questo effetto fa sembrare le galassie che si allontanano dalla Terra più rosse di quanto non sarebbero se fossero stazionarie. Inoltre, più velocemente si muovono, più rosse appaiono. Il colore è facile da misurare, quindi conosciamo molto bene la velocità di ogni galassia.

Ma la distanza di una galassia è molto più difficile da determinare. Ci è voluto più di un secolo per elaborare un metodo per determinare le distanze cosmiche. Per brevi distanze, diciamo 10-100 anni luce, gli astronomi usano la triangolazione, misurano la posizione di una stella vicina e poi la misurano nuovamente sei mesi dopo. Se la stella è relativamente vicina, la sua posizione sarà cambiata rispetto allo sfondo stellato. Utilizzando il diametro dell’orbita terrestre, insieme alle diverse posizioni in cui appare la stella vicina, gli astronomi ne possono calcolare la distanza.

Per le galassie distanti, gli scienziati fanno ricorso a stelle o supernove di luminosità intrinseca nota. Confrontando la luminosità intrinseca dell’oggetto con la luminosità osservata, possiamo calcolare la distanza. Per oggetti che sono distanti migliaia a pochi milioni di anni luce, gli astronomi usano le variabili Cefeidi. La luminosità intrinseca della stella è correlata alla quantità di tempo tra periodi luminosi consecutivi. Per gli oggetti che sono da milioni a miliardi di anni luce di distanza, gli astronomi usano una classe di supernove chiamata Tipo Ia. Queste sono stelle che esplodono emettendo una luminosità intrinseca che gli scienziati possono calcolare.

L’intero spettro delle distanze è legato insieme. Gli astronomi usano la triangolazione sulle vicine stelle variabili Cefeidi per determinare la loro luminosità intrinseca. Quindi esaminano le stelle variabili Cefeidi nelle galassie vicine in cui si sono verificate supernove di tipo Ia per determinare la luminosità intrinseca delle supernove. Questa interconnettività è chiamata scala cosmica, dove ogni scala di distanza è collegata a quella sottostante.

Le misurazioni sono legate alla corretta comprensione della triangolazione delle distanze delle stelle vicine, se questa triangolazione contiene un errore, questo si ripercuoterà su tutte le altre scale.

Nel 2013, l’Agenzia spaziale europea (ESA) ha lanciato la missione Gaia. Gaia è una piattaforma spaziale in grado di misurare la posizione delle stelle vicine con una precisione senza precedenti. Un gruppo di astronomi ha utilizzato il set di dati per determinare in modo molto preciso le distanze dalle vicine stelle variabili Cefeidi. Questo si traduce in una determinazione precisa dell’attuale tasso di espansione dell’universo, in particolare 73,2 ± 1,3 km / s per megaparsec, con una precisione dell’1,8%. Ciò è in contrasto con una stima precedente di 74,03 ± 1,42 km / s per megaparsec. La precisione della stima precedente era dell’1,9%. Inoltre, le ricerche prevedono che i dati Gaia consentiranno loro di raggiungere una precisione dell’1%.

Quindi, sembra che ci sia una differenza reale e significativa tra la misurazione diretta dell’attuale tasso di espansione dell’universo e una previsione che utilizza dati di miliardi di anni fa.

Passando alla previsione che utilizza i dati degli albori del cosmo, che tipo di debolezza hanno? Ebbene, per esempio, presuppone che la nostra teoria accettata dell’evoluzione dell’universo sia corretta. Tuttavia, è del tutto possibile che questa teoria non includa fenomeni sconosciuti. Supponiamo, ad esempio, che durante il primo milione di anni dopo il Big Bang ci sia stato un periodo in cui la gravità non ha rallentato l’espansione dell’universo, ma l’ha accelerata.

L’idea di un breve periodo di espansione accelerata precoce richiederebbe una nuova fisica e una modifica della teoria dell’evoluzione dell’universo. Questo non è affatto accettato universalmente, ma è una possibile soluzione del disaccordo tra i due metodi di misurazione dell’attuale tasso di espansione dell’universo.

Altri astronomi stanno cercando altri modi per misurare il tasso di espansione. Mentre il modo tradizionale di impostare il primo gradino della scala cosmica utilizza le stelle variabili Cefeidi, altri astronomi stanno tentando di utilizzare altri approcci, ad esempio utilizzando le stelle RR Lyrae, stelle del ramo delle giganti rosse e le cosiddette stelle di carbonio.

Non sappiamo come verrà risolta questa discrepanza nella lettura del tasso di espansione, ma sembra essere un vero motivo di preoccupazione. Ci potrebbe essere un errore concettuale in una o più delle analisi attuali. Da un lato, potrebbe essere che c’è ancora molto da imparare sulla storia dell’evoluzione del cosmo. Non ci resta che aspettare le prossime risposte.

Fonte: https://www.forbes.com/sites/drdonlincoln/2021/01/05/crisis-in-cosmology-gets-worse/