I telescopi Webb e Hubble della NASA confermano il tasso di espansione dell’universo, ma il mistero persiste
Quando si cerca di risolvere uno dei più grandi enigmi della cosmologia, è necessario verificare tre volte i propri calcoli. Il puzzle, chiamato “Tensione di Hubble”, è che il tasso attuale di espansione dell’universo è più veloce di quanto ci si aspetterebbe, basandosi sulle condizioni iniziali dell’universo e sulla nostra attuale comprensione dell’evoluzione dell’universo.
Gli scienziati che utilizzano il Telescopio Spaziale Hubble e molti altri telescopi trovano costantemente un numero che non corrisponde alle previsioni basate sulle osservazioni della missione Planck dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA). Risolvere questa discrepanza richiede una nuova fisica? Oppure è il risultato di errori di misurazione tra i due diversi metodi utilizzati per determinare il tasso di espansione dello spazio?
Hubble ha misurato il tasso attuale di espansione dell’universo per 30 anni e gli astronomi vogliono eliminare qualsiasi dubbio residuo sulla sua accuratezza. Ora, Hubble e il Telescopio Spaziale James Webb della NASA hanno collaborato per produrre misurazioni definitive, rafforzando l’ipotesi che qualcos’altro - e non errori di misurazione - stia influenzando il tasso di espansione.
“Con gli errori di misurazione esclusi, ciò che rimane è la possibilità reale ed eccitante che abbiamo frainteso l’universo”, ha affermato Adam Riess, fisico della Johns Hopkins University di Baltimora. Riess ha ricevuto il Premio Nobel per aver scoperto che l’espansione dell’universo sta accelerando, a causa di un fenomeno misterioso ora chiamato “energia oscura”.
Come verifica incrociata, un’osservazione iniziale di Webb nel 2023 ha confermato che le misurazioni di Hubble dell’universo in espansione erano corrette. La tensione di Hubble è un problema che affligge gli astronomi da tempo, riguardante la discrepanza tra le misurazioni della velocità di espansione dell’universo. Alcuni scienziati hanno ipotizzato che errori non rilevati nelle misurazioni potrebbero crescere e diventare visibili man mano che osserviamo più in profondità l’universo. In particolare, l’affollamento stellare potrebbe influenzare le misurazioni di luminosità delle stelle più lontane in modo sistematico.
Il team SH0ES, guidato da Riess, ha ottenuto ulteriori osservazioni con Webb di oggetti che sono marcatori fondamentali per la cosmologia, noti come stelle variabili Cefeidi, che ora possono essere correlati con i dati di Hubble. “Abbiamo ora coperto l’intera gamma di ciò che Hubble ha osservato, e possiamo escludere con molta fiducia un errore di misurazione come causa della tensione di Hubble”, ha affermato Riess.
Le prime osservazioni di Webb nel 2023 sono state efficaci nel mostrare che Hubble era sulla strada giusta nell’affermare con fermezza l’affidabilità dei primi gradini della cosiddetta scala delle distanze cosmiche. Gli astronomi utilizzano vari metodi per misurare le distanze relative nell’universo, a seconda dell’oggetto osservato. Collettivamente, queste tecniche sono note come scala delle distanze cosmiche – ogni gradino o tecnica di misurazione si basa sul passo precedente per la calibrazione.
Tuttavia, alcuni astronomi hanno suggerito che, procedendo lungo il “secondo gradino”, la scala delle distanze cosmiche potrebbe diventare instabile se le misurazioni delle Cefeidi diventano meno accurate con la distanza. Tali imprecisioni potrebbero verificarsi perché la luce di una Cefeide potrebbe mescolarsi con quella di una stella adiacente – un effetto che potrebbe diventare più pronunciato con la distanza man mano che le stelle si affollano e diventano più difficili da distinguere l’una dall’altra.
La sfida osservativa è che le immagini passate di Hubble di queste Cefeidi più lontane appaiono più raggruppate e sovrapposte con le stelle vicine a distanze sempre maggiori tra noi e le loro galassie ospiti, richiedendo un’attenta contabilizzazione di questo effetto. La polvere interposta complica ulteriormente la certezza delle misurazioni nella luce visibile. Webb taglia attraverso la polvere e isola naturalmente le Cefeidi dalle stelle vicine perché la sua visione è più nitida di quella di Hubble a lunghezze d’onda infrarosse.
“Combinare Webb e Hubble ci dà il meglio di entrambi i mondi. Abbiamo scoperto che le misurazioni di Hubble rimangono affidabili mentre saliamo più in alto lungo la scala delle distanze cosmiche”, ha detto Riess.
Le nuove osservazioni di Webb includono cinque galassie ospiti di otto supernove di Tipo Ia contenenti un totale di 1.000 Cefeidi e raggiungono la galassia più lontana dove le Cefeidi sono state ben misurate – NGC 5468 - a una distanza di 130 milioni di anni luce. “Questo copre l’intera gamma in cui abbiamo effettuato misurazioni con Hubble. Quindi, siamo arrivati alla fine del secondo gradino della scala delle distanze cosmiche”, ha detto il coautore Gagandeep Anand dell’Istituto di Scienze del Telescopio Spaziale di Baltimora, che gestisce i telescopi Webb e Hubble per la NASA.
La conferma ulteriore di Hubble e Webb della tensione di Hubble prepara il terreno per altri osservatori per risolvere il mistero. Il prossimo telescopio spaziale Nancy Grace Roman della NASA effettuerà ampi sondaggi celesti per studiare l’influenza dell’energia oscura, l’energia misteriosa che sta causando l’accelerazione dell’espansione dell’universo. L’osservatorio Euclid dell’ESA, con contributi della NASA, sta perseguendo un compito simile.
Al momento è come se la scala delle distanze osservata da Hubble e Webb avesse fissato saldamente un punto di ancoraggio su una riva di un fiume, e il bagliore del Big Bang osservato dalla misurazione di Planck dall’inizio dell’universo fosse fissato saldamente sull’altra sponda. Come l’espansione dell’universo stava cambiando nei miliardi di anni tra questi due punti finali deve ancora essere osservata direttamente. “Dobbiamo scoprire se ci stiamo perdendo qualcosa su come collegare l’inizio dell’universo e il giorno d’oggi”, ha detto Riess.
Queste scoperte sono state pubblicate su The Astrophysical Journal Letters.