L'universo si è rivelato sbagliato

2024 Autore: Seth Attwood | [email protected]. Ultima modifica: 2023-12-16 16:08

I cosmologi si trovano di fronte a un serio problema scientifico, che indica l'imperfezione della conoscenza umana sull'Universo. La complessità riguarda una cosa apparentemente banale come il tasso di espansione dell'Universo. Il fatto è che metodi diversi indicano significati diversi - e finora nessuno può spiegare la strana discrepanza.

Mistero cosmico

Attualmente, il modello cosmologico standard "Lambda-CDM" (ΛCDM) descrive in modo più accurato l'evoluzione e la struttura dell'universo. Secondo questo modello, l'universo ha una costante cosmologica positiva diversa da zero (termine lambda) che causa un'espansione accelerata. Inoltre, ΛCDM spiega la struttura osservata del CMB (fondo cosmico a microonde), la distribuzione delle galassie nell'Universo, l'abbondanza di idrogeno e altri atomi di luce e la stessa velocità di espansione del vuoto. Tuttavia, una grave discrepanza nel tasso di espansione può indicare la necessità di un cambiamento radicale del modello.

Il fisico teorico Vivian Poulin del Centro nazionale francese per la ricerca scientifica e del Laboratorio per l'universo e le particelle di Montpellier sostiene che ciò significa quanto segue: nel giovane universo è accaduto qualcosa di importante di cui non siamo ancora a conoscenza. Forse era un fenomeno associato a un tipo sconosciuto di energia oscura oa un nuovo tipo di particelle subatomiche. Se il modello ne tiene conto, la discrepanza scomparirà.

Sull'orlo di una crisi

Uno dei modi per determinare il tasso di espansione dell'Universo è studiare il fondo a microonde - la radiazione relitta che si è formata 380 mila anni dopo il Big Bang. ΛCDM può essere utilizzato per derivare la costante di Hubble misurando grandi fluttuazioni nel CMB. Risultò essere pari a 67, 4 chilometri al secondo per ogni megaparsec, ovvero circa tre milioni di anni luce (a tale velocità, gli oggetti divergono l'uno dall'altro a una distanza appropriata). In questo caso, l'errore è di soli 0,5 chilometri al secondo per megaparsec.

Se otteniamo circa lo stesso valore utilizzando un metodo diverso, ciò confermerà la validità del modello cosmologico standard. Gli scienziati hanno misurato la luminosità apparente delle candele standard, oggetti la cui luminosità è sempre nota. Tali oggetti sono, ad esempio, supernovae di tipo Ia, nane bianche che non possono più assorbire la materia dalle grandi stelle compagne ed esplodere. Dalla luminosità apparente delle candele standard, puoi determinare la distanza da esse. In parallelo, puoi misurare lo spostamento verso il rosso delle supernove, ovvero lo spostamento delle lunghezze d'onda della luce nella regione rossa dello spettro. Maggiore è il redshift, maggiore è la velocità con cui l'oggetto viene rimosso dall'osservatore.

Pertanto, diventa possibile determinare la velocità di espansione dell'Universo, che in questo caso risulta essere pari a 74 chilometri al secondo per ogni megaparsec. Questo non corrisponde ai valori ottenuti dal ΛCDM. Tuttavia, è improbabile che un errore di misurazione possa spiegare la discrepanza.

Secondo David Gross del Kavli Institute for Theoretical Physics dell'Università della California, Santa Barbara, nella fisica delle particelle, una tale discrepanza non sarebbe definita un problema, ma una crisi. Tuttavia, un certo numero di scienziati non è d'accordo con questa valutazione. La situazione è stata complicata da un altro metodo, anch'esso basato sullo studio dell'Universo primordiale, vale a dire le oscillazioni acustiche barioniche - oscillazioni nella densità della materia visibile che riempie l'Universo primordiale. Queste vibrazioni sono causate da onde acustiche al plasma e sono sempre di dimensioni note, facendole sembrare candele standard. Combinate con altre misurazioni, danno la costante di Hubble coerente con ΛCDM.

Nuovo modello

C'è la possibilità che gli scienziati abbiano commesso un errore nell'usare le supernove di tipo Ia. Per determinare la distanza da un oggetto distante, è necessario costruire una scala delle distanze.

Il primo gradino di questa scala sono le Cefeidi, stelle variabili con un preciso rapporto periodo-luminosità. Le cefeidi possono essere utilizzate per determinare la distanza dalle supernove di tipo Ia più vicine. In uno degli studi, al posto delle Cefeidi, sono state utilizzate giganti rosse, che a un certo stadio della vita raggiungono la massima luminosità - è lo stesso per tutte le giganti rosse.

Di conseguenza, la costante di Hubble si è rivelata di 69,8 chilometri al secondo per megaparsec. Non c'è crisi, afferma Wendy Freedman dell'Università di Chicago, una delle autrici del documento.

Ma anche questa affermazione è stata messa in discussione. La collaborazione H0LiCOW ha misurato la costante di Hubble utilizzando la lente gravitazionale, un effetto che si verifica quando un corpo massiccio piega i raggi di un oggetto distante dietro di sé. Questi ultimi potrebbero essere quasar, i nuclei di galassie attive alimentate da un buco nero supermassiccio. A causa delle lenti gravitazionali, possono apparire contemporaneamente più immagini di un quasar. Misurando lo sfarfallio di queste immagini, gli scienziati hanno ricavato una costante di Hubble aggiornata di 73,3 chilometri al secondo per megaparsec. Allo stesso tempo, gli scienziati fino all'ultimo non conoscevano il possibile risultato, il che esclude la possibilità di frode.

Il risultato della misurazione della costante di Hubble dai maser naturali formati quando il gas ruota attorno a un buco nero è risultato essere di 74 chilometri al secondo per megaparsec. Altri metodi davano 76,5 e 73,6 chilometri al secondo per megaparsec. Problemi sorgono anche nella misurazione della distribuzione della materia nell'Universo, poiché la lente gravitazionale fornisce un valore diverso rispetto alle misurazioni del fondo a microonde.

Se si scopre che la discrepanza non è dovuta a errori di misurazione, sarà necessaria una nuova teoria per spiegare tutti i dati attualmente disponibili. Una possibile soluzione è cambiare la quantità di energia oscura che causa l'espansione accelerata dell'universo. Sebbene la maggior parte degli scienziati sia favorevole a rinunciare all'aggiornamento della fisica, il problema rimane irrisolto.