Nuova analisi dei dati di Webb misura il tasso di espansione dell'universo, trova che potrebbe non esserci una "tensione di Hubble"

14 agosto 2024

Questo articolo è stato revisionato secondo il processo editoriale e le politiche di Science X. Gli editori hanno evidenziato i seguenti attributi garantendo la credibilità del contenuto:

• fatto verificato
• pubblicazione sottoposta a peer review
• fonte affidabile
• corretto prova

di Louise Lerner, Università di Chicago

Sappiamo molte cose sul nostro universo, ma gli astronomi continuano a dibattere su quanto velocemente si sta espandendo. Infatti, negli ultimi due decenni, sono emersi due modi principali per misurare questo valore - noto come 'costante di Hubble' - con risposte diverse, portando alcuni a chiedersi se mancasse qualcosa dal nostro modello di funzionamento dell'universo.

Ma nuove misurazioni dal potente telescopio spaziale James Webb sembrano suggerire che potrebbe non esserci alcun conflitto, noto anche come 'tensione di Hubble', in realtà.

In un articolo inviato a The Astrophysical Journal, attualmente disponibile sul server di pre-stampa arXiv, la cosmologa dell'Università di Chicago Wendy Freedman e i suoi colleghi hanno analizzato nuovi dati ottenuti dal potente telescopio spaziale James Webb della NASA. Hanno misurato la distanza da 10 galassie vicine e ottenuto un nuovo valore del tasso con cui l'universo si sta espandendo al giorno d'oggi.

La loro misurazione, di 70 chilometri al secondo per megaparsec, si sovrappone all'altro metodo principale per la costante di Hubble.

'Sulla base di questi nuovi dati JWST e utilizzando tre metodi indipendenti, non troviamo forti prove di una tensione di Hubble,' ha dichiarato Freedman, rinomata astronoma e professore di astronomia e astrofisica John e Marion Sullivan presso l'Università di Chicago. 'Al contrario, sembra che il nostro modello cosmologico standard per spiegare l'evoluzione dell'universo stia reggendo.'

Sappiamo che l'universo si sta espandendo nel tempo fin dal lontano 1929, quando l'ex allievo di UChicago Edwin Hubble (SB 1910, Ph.D. 1917) ha effettuato misurazioni sulle stelle che indicavano che le galassie più distanti si stavano allontanando dalla Terra più velocemente delle galassie vicine. Ma è stato sorprendentemente difficile stabilire il numero esatto di quanto velocemente l'universo si stia espandendo al momento attuale.

Questo numero, noto come costante di Hubble, è essenziale per comprendere la storia dell'universo. È una parte fondamentale del nostro modello di come l'universo si stia evolvendo nel tempo.

'Confermare la realtà della tensione costante di Hubble avrebbe conseguenze significative sia per la fisica fondamentale che per la cosmologia moderna,' ha spiegato Freedman.

Dato l'importanza e anche la difficoltà di effettuare queste misurazioni, gli scienziati le testano con diversi metodi per assicurarsi che siano il più accurato possibile.

Un approccio principale coinvolge lo studio della luce residua del Big Bang, nota come radiazione cosmica di fondo. La stima attuale migliore della costante di Hubble con questo metodo, molto precisa, è di 67,4 chilometri al secondo per megaparsec.

Il secondo metodo principale, in cui Freedman è specializzata, consiste nel misurare l'espansione delle galassie nel nostro vicinato cosmico locale direttamente, utilizzando stelle le cui luminosità sono note. Proprio come le luci delle automobili sembrano più deboli quando sono lontane, a distanze sempre maggiori, le stelle appaiono sempre più deboli. Misurare le distanze e la velocità con cui le galassie si stanno allontanando da noi ci dice quindi quanto velocemente si sta espandendo l'universo.

In passato, misurazioni con questo metodo hanno restituito un numero più alto per la costante di Hubble - più vicino a 74 chilometri al secondo per megaparsec.

Questa differenza è abbastanza grande da far sì che alcuni scienziati ipotizzino che potrebbe mancare qualcosa di significativo dal nostro modello standard dell'evoluzione dell'universo. Ad esempio, poiché un metodo guarda ai primi giorni dell'universo e l'altro al periodo attuale, forse qualcosa di grande è cambiato nell'universo nel tempo. Questo apparente difetto è diventato noto come 'tensione di Hubble'.

Il telescopio spaziale James Webb o JWST, offre all'umanità un nuovo strumento potente per vedere nello spazio profondo. Lanciato nel 2021, il successore del Telescopio Hubble ha scattato immagini sorprendentemente nitide, rivelato nuovi aspetti di mondi lontani e raccolto dati senza precedenti, aprendo nuove finestre sull'universo.

Freedman e i suoi colleghi hanno utilizzato il telescopio per effettuare misurazioni su dieci galassie vicine che forniscono una base per la misurazione del tasso di espansione dell'universo.

Per verificare i loro risultati, hanno utilizzato tre metodi indipendenti. Il primo impiega un tipo di stella noto come stella variabile Cefea, che varia in modo prevedibile nella sua luminosità nel tempo. Il secondo metodo è noto come 'Punta del Ramo delle Giganti Rosse', e si basa sul fatto che le stelle a bassa massa raggiungono un limite superiore fisso alla loro luminosità.

Il terzo, e più recente, metodo impiega un tipo di stelle chiamate stelle al carbonio, che hanno colori e luminosità costanti nello spettro della luce infrarossa vicina. La nuova analisi è la prima a utilizzare contemporaneamente tutti e tre i metodi, all'interno delle stesse galassie. In ciascun caso, i valori erano entro il margine di errore del valore fornito dal metodo del fondo cosmico a microonde di 67,4 chilometri al secondo per megaparsec. "Ottenere un buon accordo da tre tipi completamente diversi di stelle, per noi, è un forte indicatore che siamo sulla strada giusta", ha detto Freedman. "Osservazioni future con il JWST saranno cruciali per confermare o confutare la tensione di Hubble e valutare le implicazioni per la cosmologia", ha detto lo studio co-autore Barry Madore dell'Istituto Carnegie per la Scienza e docente ospite presso l'Università di Chicago. 

Ulteriori informazioni: Wendy L. Freedman et al, Status Report sul Programma Hubble Chicago-Carnegie (CCHP): Tre Determinazioni Astrophysical Indipendenti della Costante di Hubble Utilizzando il Telescopio Spaziale James Webb, arXiv (2024). DOI: 10.48550/arxiv.2408.06153 Informazioni sulla rivista: Astrophysical Journal, arXiv Fornito da: Università di Chicago