Webb rivela perché l’Universo si sta espandendo più velocemente

Roma – Una nuova caratteristica dell’Universo, svelata dal telescopio spaziale James Webb, potrebbe sciogliere il mistero decennale sul perché l’Universo si stia espandendo più velocemente oggi rispetto a miliardi di anni fa. Pubblicata su The Astrophysical Journal, la ricerca si basa sulla scoperta del premio Nobel, Adam Riess, Bloomberg Distinguished Professor e Thomas J. Barber Professor of Physics and Astronomy presso la Johns Hopkins University, secondo cui l’espansione dell’Universo sta accelerando a causa di una misteriosa “energia oscura” che permea vaste distese di spazio tra stelle e galassie. I nuovi dati del telescopio spaziale Hubble confermano le misurazioni delle distanze tra stelle e galassie vicine, offrendo una prova incrociata decisiva per affrontare la discrepanza nelle misurazioni della misteriosa espansione dell’Universo. Nota come tensione di Hubble, la discrepanza è rimasta inspiegata persino dai migliori modelli di cosmologia. “La discrepanza tra il tasso di espansione osservato dell’universo e le previsioni del modello standard suggerisce che la nostra comprensione dell’universo potrebbe essere incompleta”, ha detto Riess. “Con due telescopi di punta della NASA che ora confermano le rispettive scoperte, dobbiamo prendere molto seriamente questo problema della tensione di Hubble: è una sfida ma anche un’incredibile opportunità per saperne di più sul nostro universo”, ha affermato il premio Nobel e autore principale. La squadra di ricerca di Riess ha utilizzato il campione più ampio di dati Webb raccolti nei suoi primi due anni nello spazio per verificare la misurazione del tasso di espansione dell’universo da parte del telescopio Hubble, un numero noto come costante di Hubble. Gli scienziati hanno utilizzato tre metodi diversi per misurare le distanze dalle galassie che ospitavano supernovae, concentrandosi sulle distanze precedentemente misurate dal telescopio Hubble e note per produrre le misurazioni “locali” più precise di questo numero. Le osservazioni di entrambi i telescopi si sono allineate da vicino, rivelando che le misurazioni di Hubble sono accurate ed escludendo un’imprecisione abbastanza grande da attribuire la tensione a un errore di Hubble. Tuttavia, la costante di Hubble rimane un enigma perché le misurazioni basate sulle osservazioni del telescopio dell’Universo attuale producono valori più elevati rispetto alle proiezioni effettuate utilizzando il “modello standard di cosmologia”, un quadro ampiamente accettato che mostra come funziona l’Universo calibrato con i dati della radiazione cosmica di fondo, la debole radiazione residua del Big Bang. Mentre il modello standard fornisce una costante di Hubble di circa 67-68 chilometri al secondo per megaparsec, le misurazioni basate sulle osservazioni del telescopio danno regolarmente un valore più alto di 70-76, con una media di 73 km/s/Mpc. Questa discrepanza ha lasciato perplessi i cosmologi per oltre un decennio perché una differenza di 5-6 km/s/Mpc è troppo grande per essere spiegata semplicemente da difetti nella misurazione o nella tecnica di osservazione. I megaparsec sono distanze enormi. Ognuno è di 3,26 milioni di anni luce e un anno luce è la distanza che la luce percorre in un anno: 9,4 trilioni di chilometri, o 5,8 trilioni di miglia. “Poiché i nuovi dati di Webb escludono distorsioni significative nelle misurazioni di Hubble, la tensione su Hubble potrebbe derivare da fattori sconosciuti o lacune nella comprensione della fisica da parte dei cosmologi”, hanno sugerito gli scienziati. “I dati Webb sono come guardare l’universo in alta definizione per la prima volta e migliorano davvero il rapporto tra segnale e rumore delle misurazioni”, ha affermato Siyang Li, uno studente laureato che lavora allo studio presso la Johns Hopkins University. Il nuovo studio ha coperto circa un terzo dell’intero campione di galassie di Hubble, utilizzando la distanza nota di una galassia, chiamata NGC 4258, come punto di riferimento. Nonostante il set di dati più piccolo, il gruppo di ricerca ha raggiunto una precisione impressionante, mostrando differenze tra le misurazioni inferiori al 2%, molto più piccole della dimensione di circa l’8-9% della discrepanza di tensione di Hubble. Oltre all’analisi delle stelle pulsanti, chiamate variabili Cefeidi, il gold standard per la misurazione delle distanze cosmiche, la squadra di scienziati ha verificato le misurazioni basate sulle stelle ricche di carbonio e sulle giganti rosse più luminose nelle stesse galassie. Tutte le galassie osservate da Webb insieme alle loro supernovae hanno prodotto una costante di Hubble di 72,6 km/s/Mpc, quasi identica al valore di 72,8 km/s/Mpc trovato da Hubble per le stesse galassie. Lo studio ha incluso campioni di dati Webb da due gruppi che lavorano indipendentemente per perfezionare la costante di Hubble, uno dal gruppo di ricerca SH0ES di Riess, Supernova, H0, per l’equazione di stato dell’energia oscura, e uno dal Carnegie-Chicago Hubble Program, così come da altri gruppi di ricerca. Le misurazioni combinate forniscono la determinazione più precisa finora sull’accuratezza delle distanze misurate utilizzando le stelle Cefeidi del telescopio Hubble, che sono fondamentali per determinare la costante di Hubble. Sebbene la costante di Hubble non abbia un effetto pratico sul sistema solare, sulla Terra o sulla vita quotidiana, rivela l’evoluzione dell’Universo su scale estremamente grandi, con vaste aree dello spazio stesso che si estendono e allontanano galassie distanti l’una dall’altra. È un valore chiave che gli scienziati usano per mappare la struttura dell’universo, approfondire la loro comprensione del suo stato a 13-14 miliardi di anni dopo il Big Bang e calcolare altri aspetti fondamentali del cosmo. “Risolvere la tensione di Hubble potrebbe rivelare nuove intuizioni su ulteriori discrepanze con il modello cosmologico standard emerse negli ultimi anni”, ha affermato Marc Kamionkowski, cosmologo della Johns Hopkins che ha contribuito a calcolare la costante di Hubble e ha recentemente contribuito a sviluppare una possibile nuova spiegazione per la tensione. Il modello standard spiega l’evoluzione delle galassie, la radiazione cosmica di fondo a microonde dal Big Bang, l’abbondanza di elementi chimici nell’Universo e molte altre osservazioni chiave basate sulle leggi note della fisica. Tuttavia, non spiega completamente la natura della materia oscura e dell’energia oscura, componenti misteriose dell’Universo che si stima siano responsabili del 96% della sua composizione e della sua espansione accelerata. “Una possibile spiegazione per la tensione di Hubble sarebbe se mancasse qualcosa nella nostra comprensione dell’Universo primordiale, come una nuova componente della materia, l’energia oscura primordiale, che ha dato all’universo una spinta inaspettata dopo il big bang”, ha detto Kamionkowski, che non è stato coinvolto nel nuovo studio. “E ci sono altre idee, come le buffe proprietà della materia oscura, particelle esotiche, massa degli elettroni variabile o campi magnetici primordiali che potrebbero fare al caso nostro. I teorici hanno la licenza di essere piuttosto creativi”, ha concluso Kamionkowski. (30Science.com)