Una volta scoperto che l'universo si stava espandendo. Successivamente, il passo scientifico successivo è stato determinare la velocità o il tasso di questa espansione. Sono passati più di 80 anni, ma non siamo ancora d'accordo su questo punto. Guardando le scale cosmiche più grandi e studiando i segnali più antichi - il bagliore residuo del Big Bang e le correlazioni su larga scala delle galassie - abbiamo ottenuto un numero: 67 km / s / Mpc.
Ma guardando singole stelle, galassie, supernove e altri indicatori diretti, otteniamo un numero diverso: 74 km / s / Mpc. Le incertezze sono molto piccole: ± 1 al primo numero e ± 2 al secondo numero, e rimane una probabilità statistica inferiore allo 0,1% che questi numeri vengano riconciliati tra loro. Questa contraddizione avrebbe dovuto essere risolta molto tempo fa, ma è persistita da quando è stata scoperta per la prima volta l'espansione dell'universo.
Nel 1923, Edwin Hubble usò il più grande telescopio del mondo per cercare nuove stelle in altre galassie. Probabilmente non varrebbe la pena di dire "galassie", perché allora l'umanità non era sicura delle spirali celesti. Mentre studiava il più grande di loro - M31, ora noto come Nebulosa di Andromeda - vide il primo, poi il secondo e il terzo nuovo. Ma il quarto appariva nello stesso posto del primo, e questo era impossibile, poiché i nuovi impiegano secoli o più per ricaricarsi. Il suo nuovo è apparso in meno di una settimana. Eccitato, Hubble ha cancellato la prima "N" che ha scritto e ha sovrascritto "VAR!" Si rese conto che era una stella variabile e da allora c'era la fisica delle stelle variabili. Hubble è stato in grado di calcolare la distanza da Andromeda. Ha mostrato che era esattamente al di fuori della Via Lattea ed è ovviamente una galassia. È stato il più bel avvistamento di una singola stella nella storia dell'astronomia.
L'LP originale di Edwin Hubble che rivela la natura variabile di una stella in Andromeda
Hubble ha continuato il suo lavoro osservando stelle variabili in molte galassie a spirale. Insieme alle loro linee spettrali spostate, ha iniziato a notare che più la galassia è lontana, più velocemente si allontana da noi. Non solo ha scoperto questa legge, nota come legge di Hubble, ma è stato il primo a misurare il tasso di espansione: il parametro di Hubble. Il numero che ha ricevuto è stato, tuttavia, elevato. Molto grande. Così grande che se fosse vero, ne conseguirebbe che il Big Bang è avvenuto solo due miliardi di anni fa. Ovviamente, nessuno ci crederebbe, dal momento che abbiamo prove geologiche che la Terra da sola ha più di quattro miliardi di anni.
Immagine composita dell'emisfero occidentale della Terra con più di 4 miliardi di anni
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Nel 1943, l'astronomo Walter Baade osservò da vicino le stelle variabili al di fuori della Via Lattea e notò qualcosa di incredibilmente importante: non tutte le Cefeidi variabili - il tipo che Hubble usava per determinare l'espansione dell'universo - si comportano allo stesso modo. Invece, c'erano due classi diverse. E all'improvviso si è scoperto che la costante di Hubble non era affatto grande come aveva deciso Hubble.
Le misurazioni delle stelle variabili di Walter Baade ad Andromeda sono state la prova più importante dell'esistenza di due popolazioni separate di Cefeidi e hanno permesso di ridurre il parametro Hubble a un valore più significativo
Invece, l'universo si è espanso più lentamente, il che significa che ha impiegato più tempo per raggiungere il suo stato attuale. Per la prima volta, l'Universo ha superato la Terra in età, e questo è stato un buon segno. Nel tempo, ulteriori affinamenti sono aumentati e l'esponente di Hubble è gradualmente diminuito, mentre l'età dell'universo ha continuato ad aumentare. Alla fine, l'età anche delle stelle più antiche è affondata con l'età dell'universo.
Come le stime del parametro Hubble sono cambiate nel tempo
La storia non finisce qui. Sai perché il telescopio spaziale Hubble è stato chiamato così? Non perché prese il nome da Edwin Hubble, che scoprì che l'universo si stava espandendo. Piuttosto, perché la sua missione principale era misurare il parametro Hubble, o la velocità con cui l'universo si sta espandendo. Prima del lancio del telescopio nel 1990, c'erano due campi che sostenevano universi completamente diversi: uno guidato da Allan Sandage e un universo con un tasso di espansione di 50 km / s / Mpc e un'età di 16 miliardi di anni; l'altro è sotto la guida di Gerard de Vaucouleur e un universo con un tasso di espansione di 100 km / s / Mpc e un'età inferiore a 10 miliardi di anni. Questi due campi erano convinti che i campi opposti facessero errori sistematici nelle loro misurazioni e che non ci fosse una via di mezzo. Il principale obiettivo scientifico del telescopio spaziale Hubble era misurare il tasso di espansione una volta per tutte.
E lo ha raggiunto. 72 ± 8 km / s / Mpc è stato il risultato finale del progetto. Oggi ci sono ancora meno errori o imprecisioni, così come la tensione tra i due diversi metodi. Se guardi l'Universo sulle scale più grandi, le fluttuazioni del fondo cosmico a microonde e le oscillazioni acustiche barioniche nel raggruppamento delle galassie, ottieni un numero inferiore: 67 km / s / Mpc. Questo non è il risultato più favorevole, ma sono possibili valori più alti.
Se guardi alle misurazioni dirette delle singole stelle nella nostra galassia, e quindi alle stesse classi di stelle in altre galassie, e poi alle supernove oltre, ottieni un valore più alto: 74 km / s / Mpc. Ma un errore sistematico nelle misurazioni delle stelle vicine, anche un errore di diversi punti percentuali, potrebbe ridurre significativamente questo numero anche al valore più basso proposto. Mentre la missione Gaia dell'ESA continua a misurare la parallasse con una precisione senza precedenti di un miliardo di stelle nella nostra galassia, questa tensione potrebbe risolversi da sola.
Oggi conosciamo il tasso di espansione di Hubble abbastanza accuratamente e due diversi metodi per estrarlo sembrano fornire valori contrastanti. Ci sono molte dimensioni diverse in corso in questo momento, ogni campo cerca di dimostrare la propria tesi e trovare gli errori dell'altro. E se la storia ci ha insegnato qualcosa, possiamo dire che, in primo luogo, impareremo qualcosa di nuovo e interessante sulla natura del nostro Universo quando questo problema sarà risolto, e in secondo luogo, questa disputa sul tasso di espansione chiaramente non lo farà. scorso.
ILYA KHEL
