Come il più grande mistero dell'Universo ha contagiato scienziati di tutto il mondo.
I cosmologi si trovano ad affrontare 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 più accuratamente 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 della CMB (fondo cosmico a microonde), la distribuzione delle galassie nell'Universo, l'abbondanza di idrogeno e altri atomi di luce e il tasso stesso di espansione del vuoto. Tuttavia, una grave discrepanza nel tasso di espansione può indicare la necessità di un cambiamento radicale nel modello.
La fisica teorica Vivian Poulin del Centro nazionale francese per la ricerca scientifica e il Laboratorio per l'universo e le particelle di Montpellier sostiene che questo significa quanto segue: qualcosa di importante è accaduto nell'universo giovane che non sappiamo ancora. Forse questo 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
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Uno dei modi per determinare il tasso di espansione dell'Universo è studiare il fondo a microonde, la radiazione relitta, apparsa 380 mila anni dopo il Big Bang. ΛCDM può essere utilizzato per derivare la costante di Hubble misurando ampie fluttuazioni nella CMB. È risultato essere pari a 67,4 chilometri al secondo per ogni megaparsec, o circa tre milioni di anni luce (a una tale velocità gli oggetti distanti alla distanza appropriata divergono l'uno dall'altro). 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, le supernove 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. Parallelamente, puoi misurare lo spostamento verso il rosso delle supernovae, 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.
Diventa così possibile determinare il tasso 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 presso l'Università della California, a Santa Barbara, nella fisica delle particelle, una tale discrepanza non sarebbe definita un problema, ma una crisi. Tuttavia, un certo numero di scienziati non era 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, 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 usando supernove di tipo Ia. Per determinare la distanza da un oggetto distante, è necessario costruire una scala della distanza.
Il primo gradino di questa scala sono le Cefeidi, stelle variabili con un'esatta relazione periodo-luminosità. Usando Cefeidi, puoi determinare la distanza dalla supernova di tipo Ia più vicina. In uno degli studi, al posto delle Cefeidi, sono state utilizzate le giganti rosse, che a un certo stadio della vita raggiungono la loro massima luminosità - è lo stesso per tutte le giganti rosse.
Di conseguenza, la costante di Hubble si è rivelata pari a 69,8 chilometri al secondo per megaparsec. Non c'è crisi, afferma Wendy Freedman dell'Università di Chicago, uno degli autori dell'articolo.
Ma anche questa affermazione è stata messa in discussione. La collaborazione H0LiCOW ha misurato la costante di Hubble utilizzando lenti gravitazionali, un effetto che si verifica quando un corpo massiccio piega i raggi da un oggetto distante dietro di esso. 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 stato di 74 chilometri al secondo per megaparsec. Altri metodi davano 76,5 e 73,6 chilometri al secondo per megaparsec. Sorgono anche problemi 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 fa espandere rapidamente l'universo. Sebbene la maggior parte degli scienziati sia favorevole a fare a meno di aggiornare la fisica, il problema rimane irrisolto.
PS
Ma riguardo a ciò che vediamo * (con l'aiuto di telescopi e strumenti) la luce di stelle spente da tempo è fuori questione, ma perché?
Dopotutto, la luce di una stella che viene da noi in tempo - puoi contare.. (calcola) non esattamente, ma approssimativamente. Cioè, quello che vediamo al posto di una stella apparentemente brillante, già oggi, potrebbe essere solo uno spazio vuoto. La stella non c'è più e ne osserviamo la luce.
Per capire le distanze universali, guarda questo materiale video:
Ti siedi e pensi dopo aver visto questi video, ma chi siamo NOI, cosa siamo?
Pensiamo
Crediamo che …
Comprendiamo
Ehh..
Autore: Slavik Yablochny
