Astrofisici propongono un nuovo modo di misurare l'espansione cosmica: onde gravitazionali lenti con lei html tags nel testo

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di Sonia Fernandez, Università della California - Santa Barbara

L'universo si sta espandendo; ne abbiamo avuto prove da circa un secolo. Ma quanto velocemente gli oggetti celesti si allontanano l'uno dall'altro è ancora oggetto di dibattito. 
 

Non è una cosa facile misurare la velocità con cui gli oggetti si allontanano l'uno dall'altro su distanze vaste. Da quando è stata scoperta l'espansione cosmica, la sua velocità è stata misurata e rimisurata con una precisione sempre maggiore, con alcuni dei valori più recenti che vanno da 67,4 a 76,5 chilometri al secondo per megaparsec, che collega la velocità di recessione (in chilometri al secondo) alla distanza (in megaparsec).

La discrepanza tra le diverse misurazioni dell'espansione cosmica è chiamata 'tensione di Hubble'. Alcuni l'hanno definita una crisi in cosmologia. Ma per il teorico astrofisico Tejaswi Venumadhav Nerella dell'UC Santa Barbara e i colleghi dell'Istituto Tata di Ricerca Fondamentale a Bangalore, India, e del Centro Interuniversitario di Astronomia e Astrofisica a Pune, India, è un momento emozionante.

Dal primo rilevamento delle onde gravitazionali nel 2015, i rivelatori sono stati significativamente migliorati e sono pronti a fornire una ricca quantità di segnali nei prossimi anni. Nerella e i suoi colleghi hanno sviluppato un metodo per utilizzare questi segnali per misurare l'espansione dell'universo e forse contribuire a risolvere il dibattito una volta per tutte. 'Un obiettivo scientifico fondamentale dei futuri rivelatori è fornire un catalogo completo di eventi delle onde gravitazionali, e questo sarà un utilizzo completamente nuovo dei dati straordinari', ha detto Nerella, co-autore di un articolo pubblicato in Physical Review Letters.

Le misurazioni della velocità di espansione cosmica si riducono a velocità e distanza. Gli astronomi utilizzano due tipi di metodi per misurare le distanze: il primo inizia con oggetti di lunghezza nota ('righelli standard') e osserva quanto appaiono grandi nel cielo. Questi 'oggetti' sono caratteristiche della radiazione di fondo cosmica o della distribuzione delle galassie nell'universo.

Una seconda classe di metodi inizia con oggetti di luminosità nota ('candele standard') e ne misura le distanze dalla Terra utilizzando la loro luminosità apparente. Queste distanze sono collegate a quelle di oggetti luminosi più lontani e così via, costruendo una catena di schemi di misurazione spesso chiamata 'scala delle distanze cosmiche'. Tra l'altro, le onde gravitazionali stesse possono anche aiutare a misurare l'espansione cosmica, poiché l'energia rilasciata dalla collisione di stelle di neutroni o buchi neri può essere utilizzata per stimare la distanza di questi oggetti.

Il metodo proposto da Nerella e dai suoi coautori appartiene alla seconda classe ma utilizza la lente gravitazionale. Questo è un fenomeno che si verifica quando oggetti massicci deformano lo spazio-tempo e piegano le onde di qualsiasi tipo che viaggiano vicino agli oggetti. In casi rari, la lente gravitazionale può produrre copie multiple dello stesso segnale delle onde gravitazionali che raggiungono la Terra in tempi diversi: i ritardi tra i segnali per una popolazione di eventi multipli immagini possono essere utilizzati per calcolare la velocità di espansione dell'universo, secondo i ricercatori.

'Comprendiamo molto bene quanto siano sensibili i rivelatori delle onde gravitazionali e non ci sono fonti di confusione astro

The authors expect these advanced detectors to start their search for merging black holes in the next decade. They anticipate recording signals from a few million black hole pairs, a small fraction (about 10,000) of which will appear multiple times in the same detector due to gravitational lensing. The distribution of the delays between these repeat appearances encodes the Hubble expansion rate.

According to lead author Souvik Jana, unlike other methods of measurement, this method does not rely on knowing the exact locations of, or the distances to, these binary black holes. The only requirement is to accurately identify a sufficiently large number of these lensed signals. The researchers add that observations of lensed gravitational waves can even provide clues on other cosmological questions, such as the nature of the invisible dark matter that makes up much of the energy content of the universe.