L'esplosione di una supernova e le fluttuazioni spazio-temporali generate dalla fusione di due stelle di neutroni hanno aiutato gli scienziati a misurare con precisione il tasso di espansione dell'universo. Misurazioni future di questo tipo aiuteranno a risolvere il principale paradosso della cosmologia, affermano gli scienziati sulla rivista Nature Astronomy.
Nel 1929, il famoso astronomo Edwin Hubble ha dimostrato che il nostro universo non si ferma, ma si sta gradualmente espandendo. Alla fine del secolo scorso, gli astrofisici hanno scoperto, osservando le supernove di tipo I, che si espandono non con una velocità costante, ma con un'accelerazione. La ragione di ciò oggi è considerata "energia oscura" - una sostanza misteriosa che fa allungare lo spazio-tempo sempre più velocemente.
Nel giugno 2016, il premio Nobel Adam Riess ei suoi colleghi, che hanno scoperto questo fenomeno, hanno calcolato il tasso esatto di espansione dell'universo oggi utilizzando stelle Cefeidi variabili nella Via Lattea e nelle galassie vicine, la cui distanza può essere calcolata con altissima precisione.
Questo perfezionamento ha dato un risultato estremamente inaspettato: si è scoperto che due galassie, separate da una distanza di circa 3 milioni di anni luce, si disperdono a una velocità di circa 73 chilometri al secondo. Quest'anno hanno pubblicato i risultati aggiornati delle osservazioni, in cui questo valore è diventato ancora più alto - 74 chilometri al secondo.
Le nuove misurazioni di Riesz e dei suoi colleghi si sono rivelate superiori di quasi il 10% rispetto ai dati ottenuti con i telescopi orbitali WMAP e Planck - 69 chilometri al secondo, e non possono essere spiegati usando le nostre idee esistenti sulla natura dell'energia oscura e sul meccanismo della nascita dell'Universo.
Queste discrepanze hanno portato i cosmologi a pensare a due possibili modi per spiegare questa anomalia. Da un lato, è del tutto possibile che le misurazioni di Planck o Riesz e dei suoi colleghi siano errate o incomplete. D'altra parte, è del tutto ammissibile che una terza sostanza "oscura", diversa dalla materia oscura e dall'energia, possa esistere nell'Universo primordiale, così come quest'ultima potrebbe essere instabile e decadere gradualmente.
Kenta Hotokezaka dell'Università di Princeton (USA) ei suoi colleghi hanno reso questo problema ancora più acuto e controverso effettuando le prime misurazioni relativamente accurate del tasso di espansione dell'Universo utilizzando l'osservatorio gravitazionale LIGO e un certo numero di telescopi ottici "convenzionali".
Le prime misurazioni di questo tipo, secondo l'astrofisico, sono state effettuate dagli scienziati alla fine del 2017, quando LIGO ha registrato un burst generato dalla fusione di due stelle di neutroni, e centinaia di telescopi terrestri e spaziali sono stati in grado di localizzarne la sorgente nella galassia NGC 4993 nella costellazione dell'Idra.
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Le prime misurazioni LIGO erano vicine ai dati ottenuti dal team di Riesz, che molti scienziati hanno considerato un'ulteriore prova che il tasso di espansione dell'universo potrebbe cambiare notevolmente. Hotokezaka ei suoi colleghi hanno scoperto che questo non è necessariamente il caso monitorando non solo le onde gravitazionali, ma anche il lampo di luce e il rilascio di materia generati da questo cataclisma.
In queste osservazioni, gli scienziati sono stati aiutati dal fatto che questo flusso di plasma incandescente, un getto nel linguaggio dei fisici, era diretto non direttamente sulla Terra, ma un po 'lontano da essa. Grazie a ciò, sembra agli osservatori del nostro pianeta che si muova circa quattro volte più velocemente della velocità della luce, "violando" la teoria della relatività, come un raggio di sole o un'ombra.
Questa proprietà delle emissioni, unita alle misurazioni dello "spessore" del getto al suo punto di partenza, consentono di determinare con estrema precisione in quale direzione era diretto rispetto alla Terra e misurarne la velocità. Tutti questi dati, a loro volta, ci consentono di specificare la distanza dalla sorgente delle onde gravitazionali e di calcolare più accuratamente quanto si sono "allungate" durante il viaggio dalla galassia NGC 4993 alla Terra.
Tali perfezionamenti, come osserva Hotokezaka, hanno portato una grande sorpresa: il valore della costante di Hubble è diventato più vicino non alle misurazioni di Riesz e dei suoi colleghi, ma ai risultati di Planck e di altri telescopi che osservavano l'eco a microonde del Big Bang.
Da un lato, questo può davvero significare che il premio Nobel e i suoi colleghi si sbagliano, ma d'altro canto, l'accuratezza delle misurazioni "gravitazionali" è ancora notevolmente inferiore: è circa il 7% di quella di quelli e degli altri partecipanti di questa disputa universale (meno del 2%). I risultati attuali, sottolinea lo scienziato, corrispondono a entrambe le teorie, ma la situazione cambierà nel prossimo futuro.
Secondo le stime attuali dei team scientifici di LIGO e del suo "cugino" italiano ViRGO, entrambi gli osservatori gravitazionali dovrebbero rilevare una decina di eventi di questo tipo all'anno. Di conseguenza, nei prossimi 2-3 anni, possiamo sperare che le osservazioni di fusioni di stelle di neutroni ci aiuteranno a scoprire inequivocabilmente se c'è o meno una "nuova fisica" nell'espansione dell'Universo, concludono gli autori dell'articolo.
