Nuova misura della espansione dell’universo.

cefeidi

Da quasi un secolo sappiamo che l’universo è in espansione e che allontana le galassie l’una dall’altra.
Meno nota è la velocità con cui ciò accade.

In seguito alla grande esplosione iniziale, il Big Bang, le galassie si allontanano le une dalle altre. Ma la mutua attrazione gravitazionale delle galassie esercita un’azione frenante e gli scienziati hanno cercato di capire quale possa essere il destino finale dell’universo.
È possibile che la gravità sia sufficiente a rallentarne progressivamente l’espansione fino ad invertirne il moto. In questo caso l’universo finirebbe con il collassare su se stesso. Nel caso contrario, l’universo, pur continuando a rallentare, è destinato ad espandersi per sempre.

La velocità di espansione dell’universo è quindi uno dei valori chiave nella nostra comprensione del cosmo per capire il nostro destino.

A molti la cosa potrebbe interessare poco, ad altri per niente. Un giorno una casalinga di Verona mi disse che importanza aveva per lei conoscere il destino della terra e dell’universo dal momento che lei sarebbe scomparsa molto prima. Come dire: interessa poco capire ciò che accadrà dopo di noi.

All’inizio del 1900 si ignorava l’esistenza di galassie al di fuori della nostra Via Lattea.
Poi l’astronomo Edwin Hubble scopre diverse stelle variabili di tipo cefeide (stelle giovani e luminose con massa tra 5 e 20 volte quella solare.) in diverse nebulose. Queste nebulose erano galassie lontane esterne alla Via Lattea ma simili per dimensioni e struttura.
Nel 1929 Hubble, compie un’altra scoperta fondamentale in campo cosmologico: più le galassie sono distanti, più si allontanano velocemente dalla Terra. Scopre quindi la relazione, nota come Legge di Hubble tra la distanza della galassia e la sua velocità di recessione.
Insomma dal momento del Big Bang l’espansione dell’Universo accelera costantemente.

Questa relazione tra il moto di allontanamento di una galassia dalla nostra visuale e la sua distanza dalla Terra viene espressa con una semplice formuletta:

V = H0 dL

dove (Ho) è la costante di Hubble, detta semplicemente acca zero, e (dL) è la sua distanza dalla Terra in funzione della luminosità (L) della galassia.
Quindi, nota la costante di Hubble e calcolata la distanza di una galassia dalla Terra, con una semplice moltiplicazione si ottiene la velocità di recessione della galassia.

Le misure.
Sul reale valore di questa costante c’è stato e c’è ancora un gran dibattito.
Inizialmente lo stesso Edwin Hubble aveva fissato il valore di 500 chilometri al secondo per megaparsec (un megaparsec è pari a circa 3 milioni di anni luce).

Questo valore tuttavia fu considerato troppo alto, facendo nascere una vera gara tra gruppi di scienziati.
(50 km/s/Mpc) per il fisico Sandage ed i suoi seguaci, e circa (100 km/s/Mpc) per il fisico Vaucouleurs.

Una misura più precisa è stata possibile solo in anni recenti: una prima stima basata sulle osservazioni delle Variabili Cefeidi col Telescopio Spaziale Hubble (HST) nel maggio 2001 che hanno fornito una prima stima pari a (72±8 km/s/Mpc)

Le osservazioni della radiazione cosmica di fondo condotte col satellite WMAP (2003) fornirono un valore simile dimezzando l’errore: (71±4 km/s/Mpc)
Nel 2006, la NASA ottenne utilizzando il telescopio orbitante Chandra una stima di (77±12 km/s/Mpc)

Per mettere tutti d’accordo la NASA indicò un valore medio: (70,8±1,6 km/s/Mpc) se lo spazio viene considerato piatto o di (70,8±4,0 km/s/Mpc) negli altri casi.

Nel 2011 con la nuova camera all’infrarosso del telescopio spaziale Hubble (HST) è stato misurato un valore di (73,8±2,4 km/s/Mpc)
Nell’ottobre 2012 Freedman e altri, hanno ottenuto un valore per la costante pari a (74,3±2,1 km/s/Mpc) grazie alle misurazioni effettuate dal telescopio spaziale agli infrarossi Spitzer.

lente gravitazionale

Ed eccoci ai giorni d’oggi.
Il 26 gennaio 2017 un gruppo internazionale di astronomi della collaborazione H0LiCOW, ha annunciato i risultati di uno studio, basato sulla diversa lunghezza dei percorsi della luce di quasar deviata da galassie, che operano come gigantesche lenti gravitazionali.
In pratica per la velocità di espansione dell’universo è stata utilizzata una metodologia alternativa rispetto a quanto fatto finora sfruttando una delle predizioni della teoria della relatività generale di Einstein.

La teoria prevede che la luce di una galassia lontana (sorgente) venga deviata dal campo gravitazionale di altre galassie poste fra noi (osservatore) e la sorgente stessa.
Il fenomeno, noto come lente gravitazionale, viene correntemente osservato, e i dettagli della teoria permettono di legare le immagini multiple della sorgente alla costante di Hubble, in modo quasi indipendente dal valore di altri parametri cosmologici (ad esempio, alla densità totale di massa dell’Universo).

La ricerca durata 13 anni su due sistemi di sorgente-lente, la collaborazione internazionale HoLiCOW ha misurato un valore della costante di Hubble di 71.9 km/s/Mpc con una incertezza inferiore al 4%.

Questo metodo è in linea con le misure fatte usando le supernove come indicatori di distanza, mentre sembra non in linea con le misure fatte dal satellite Plank, che utilizza la radiazione cosmica di fondo nelle micro-onde per determinare i parametri cosmologici.

Sì, vabbè – direte voi – qual’è il valore più attendibile?
Secondo la opinione corrente negli ambienti scientifici questo metodo sulle lenti gravitazionali è più semplice e diretto per misurare la costante di Hubble in quanto utilizza solo la geometria e la relatività generale e non altre ipotesi.

A questo punto la nostra casalinga di Verona potrebbe dire perché si dà tanta importanza a questa costante.

Il risultato è che a quanto pare il nostro Universo non è solo sempre più grande, ma che si espande a un ritmo molto più alto di quanto si pensasse.

Facendo uso delle variabili cefeidi si aprirebbero interessanti prospettive circa quella che i cosmologici chiamano ‘nuova fisica

Conseguenze.

Nel caso specifico, occorrerebbe ipotizzare l’esistenza di nuove particelle tuttora sconosciute nell’Universo primordiale.

Lo so, alla casalinga di Verona non interessa ugualmente niente di tutto questo.


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Informazioni su bruce

Ingegnere. Io sono responsabile di quello che dico, non di quello che capisci tu. (Massimo Troisi)
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6 risposte a Nuova misura della espansione dell’universo.

  1. gabriarte ha detto:

    la casalinga di genova ti pone una domanda posso immaginare una galassia come una grossa nuvola che si allarga? per allargarsi deve avere uno spazio e devo immaginare che questo spazio non abbia confini quindi si dissolve aumentando lo spazio quindi più galassie si dissolvono più spazio otteniamo è solo frutto di una teoria da casalinga ciao bruce una carezza a blef

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  2. bruce ha detto:

    Carissima gabri te non sei una casalinga qualsiasi. Hai descritto benissimo quello che succede realmente. Nell’espandersi l’universo va ad occupare uno spazio che prima non esisteva, e le galassie allontanandosi una dall’altra vanno di conseguenza ad occupare tale spazio. Gli scienziati fanno l’esempio del paltoncino che si espande. Su quello che succede ad una galassia ci sono molte teorie. Qualcuno dice che scompariranno perchè inghiottite dal loro buco nero che è nel centro. Altri dicono che vengono tenute compatte dalla materia oscura. Altri dicono che nel loro movimento a spirale una energia oscura farà allontanare le stelle che si disperderanno come una nuvola.
    Per ora nessuno lo sa.
    Ciao e carezza fatta a bleff.

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  3. MARGHIAN ha detto:

    Ciao Bruce, questa costante incostante fa parecchio tribolare gli astronomi figuriamoci la gente della strada, chiaramente quella (poca gente) che si mette un po’ il problema. Di fronte a questo, cioe’ di fronte al risultato che, copio, a quanto pare il nostro Universo non è solo sempre più grande, ma che si espande a un ritmo molto più alto di quanto si pensasse”, pure io mi pongo umilmente una domanda: si puo’ essere certi dell’eta’ dell’universo, non essendolo sulla sua velocita’ di “crescita”? Ceto, si potrebbe pensare che ci sono state delle fasi di inflazione, che addirittura essendo la velocita’ di espansione maggiore, l’universo potrebbe essere anche piu’ giovane, oppure sapendolo ora piu’ “pesante” perche’ c’e’ la materia oscura, magari – ignorantemente – possiamo anche pensare che ad assumere il “diametro”, diciamo cosi’, attuale, ci abbia messo piu’ tempo, e coso. Quando il satellite giapponese Kobe, lanciato nell’89 qualche anno dopo “mappo’” la radiazione di fondo, Margherita Hack disse “con certezza” quale fosse l’eta’ dell’universo, 13,7 o 13,8 miliardi di anni, non ricordo bene. Kobe scopri’ le irroegolarita’ nella radiazione di fondo a 300 mila anni dal Big Bang, irregolarità che erano il “seme” dei futuri ammassi di galassie, e non ricordo se lo disse proprio in quella occasione ma ricordo che ” l’eta’ dell’universo e’ certamente questa” lo sentii dire proprio da lei-anche da lei-…

    Tale certezza mi lascia pero’ dubbioso, alla luce di queste continue correzioni della costante di Hubble, e delle incognite materia- energia oscure eccetera. “Banalmente” poi io penso che la Terra avrebbe un terzo dell’eta’ dell’universo tutto (??!!). Mi sembra strano, poi non so. Si’, le galassie si sono formate “insieme”, piu’ o meno, con il Sole sono nate miliardi e miliardi di stelle con relativi pianeti e coso, pero’, non so. Sul valore dato all’età dell’universo ho qualche dubbio. Ciao, e anche da parte mia carezza a blef.

    Marghian

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    • bruce ha detto:

      Dici bene caro marghian, siamo proprio sicuri della età dell’universo? ma grosso modo non ci dovremmo scostare dalla età che gli scienziati hanno calcolato. Fa poca differenza qualche milione di anni.
      Una volta discutendo di questo, un mio amico me la contestò ferocemente, ma alla domanda se il suo Dio la sapeva non mi ha saputo dare una risposta. E non poteva saperla nemmeno lui visto che non la trovi nella Bibbia. Quindi nessuna meraviglia.
      Ciao e buona …. musica (vedo che ne stai pubblicando molta).

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      • MARGHIAN ha detto:

        Ciao Bruce. Si’, ma solo quella per adesso. Riesco a stare al blog solo mezz’oretta, max un’oretta prima di cenare. Mi ci son messo pure io.. cosi’ mi conoscete meglio, a prescindere… da se canto bene o meno bene, quello e’ secondario 🙂

        “ma grosso modo non ci dovremmo scostare dalla età che gli scienziati hanno calcolato…”, ma lo penso anche io, pur con quei dubbi che ti ho esposto. Certo, l’eta’ dell’universo puo’ essere anche “solo” circa tre volte quella della Terra; ben sappiamo che un sistema solare dunque anche il nostro si e’ formato in tot miliardi di anni, insieme a miliardi di altri; e che la vita di un pianeta e’ anche molto piu’ lunga di quella di una stella per esempio del tipo “supergiganti”, dunque non ci sarebbe un vero e proprio paradosso. Riguardo alla questione religiosa, succede un po’ come diceva mio padre; “Dove non sanno cosa dire, dicono “e’ un mistero” e cosi’ chiudono il discorso”.
        Tanto poi, se Dio esistesse, non ci direbbe le sue cose, e ci lascerebbe comunque brancolare nel buio. Ciao.

        Marghian

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  4. MARGHIAN ha detto:

    Ciao Gabriella.

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