La velocità con cui l’Universo si sta espandendo, nota come costante di Hubble, è uno dei parametri fondamentali per comprendere l’evoluzione e il destino finale del cosmo. Tuttavia, si osserva una differenza persistente, chiamata tensione di Hubble, tra il valore della costante misurata con un’ampia gamma di indicatori di distanza indipendenti e il suo valore previsto dal bagliore residuo del Big Bang. Il telescopio spaziale James Webb della NASA/ESA/CSA ha confermato che l’occhio attento del telescopio spaziale Hubble aveva ragione fin dall’inizio, cancellando ogni dubbio residuo sulle misurazioni di Hubble.
Una delle giustificazioni scientifiche per la costruzione del telescopio spaziale Hubble della NASA/ESA è stata quella di utilizzare il suo potere di osservazione per fornire un valore esatto per il tasso di espansione dell’Universo.
Prima del lancio di Hubble nel 1990, le osservazioni dei telescopi terrestri producevano enormi incertezze.
A seconda dei valori dedotti per il tasso di espansione, l’Universo potrebbe avere un’età compresa tra 10 e 20 miliardi di anni.
Negli ultimi 34 anni Hubble ha ridotto questa misurazione a una precisione inferiore all’uno per cento, riducendo la differenza a un valore di età di 13,8 miliardi di anni.
Ciò è stato ottenuto perfezionando la cosiddetta “scala delle distanze cosmiche” misurando importanti indicatori di distanza noti come stelle variabili Cefeidi.
Tuttavia, il valore di Hubble non concorda con altre misurazioni che implicano che l’Universo si stava espandendo più velocemente dopo il Big Bang.
Queste osservazioni sono state fatte dal satellite Planck dell’ESA che ha mappato la radiazione cosmica di fondo, un modello di come l’Universo avrebbe evoluto la struttura dopo che si è raffreddato dal Big Bang.
La soluzione più semplice al dilemma sarebbe quella di dire che forse le osservazioni di Hubble sono sbagliate, come risultato di qualche imprecisione che si insinua nelle sue misurazioni dei parametri dello spazio profondo.
Poi è arrivato il telescopio spaziale James Webb, che ha permesso agli astronomi di effettuare un controllo incrociato dei risultati di Hubble.
Le vedute infrarosse di Webb delle Cefeidi concordano con i dati di luce ottica di Hubble.
Webb ha confermato che l’occhio acuto del telescopio Hubble aveva ragione fin dall’inizio, cancellando ogni dubbio residuo sulle misurazioni di Hubble.
La cosiddetta tensione di Hubble è la differenza tra ciò che accade nell’Universo vicino rispetto all’espansione dell’Universo primordiale rimane un rompicapo assillante per i cosmologi.
Potrebbe esserci qualcosa di intessuto nel tessuto dello spazio che ancora non comprendiamo.
Risolvere questa discrepanza richiede una nuova fisica? O è il risultato di errori di misurazione tra i due diversi metodi utilizzati per determinare il tasso di espansione dello spazio?
Hubble e Webb si sono ora uniti per produrre misurazioni definitive, sostenendo che qualcos’altro – non gli errori di misurazione – sta influenzando il tasso di espansione.
“Con gli errori di misurazione negati, ciò che rimane è la possibilità reale ed eccitante che abbiamo frainteso l’Universo”, ha detto Adam Riess, fisico della Johns Hopkins University di Baltimora. Riess ha ricevuto un premio Nobel per aver co-scoperto il fatto che l’espansione dell’Universo sta accelerando, a causa di un misterioso fenomeno ora chiamato “energia oscura”.
Come controllo incrociato, un’osservazione iniziale di Webb nel 2023 ha confermato che le misurazioni di Hubble dell’Universo in espansione erano accurate.
Tuttavia, sperando di ridurre la tensione di Hubble, alcuni scienziati hanno ipotizzato che gli errori invisibili nella misurazione potrebbero crescere e diventare visibili man mano che guardiamo più in profondità nell’Universo.
In particolare, l’affollamento stellare potrebbe influenzare in modo sistematico le misure di luminosità di stelle più distanti.
Il team SH0ES (Supernova H0 for the Equation of State of Dark Energy), guidato da Riess, ha ottenuto ulteriori osservazioni con Webb di oggetti che sono indicatori critici di distanze cosmiche, noti come stelle variabili Cefeidi, che ora possono essere correlati con i dati di Hubble.
“Ora abbiamo abbracciato l’intera gamma di ciò che Hubble ha osservato, e possiamo escludere un errore di misurazione come causa della tensione di Hubble con una sicurezza molto elevata”. Ha detto Riess.
Le prime osservazioni Webb del team nel 2023 sono riuscite a dimostrare che Hubble era sulla strada giusta per stabilire saldamente la fedeltà dei primi gradini della cosiddetta scala delle distanze cosmiche.
Gli astronomi usano vari metodi per misurare le distanze relative nell’Universo, a seconda dell’oggetto osservato.
Collettivamente, queste tecniche sono conosciute come la scala delle distanze cosmiche: ogni gradino o tecnica di misurazione si basa sul passaggio precedente per la calibrazione.
Ma alcuni astronomi hanno suggerito che, spostandosi verso l’esterno lungo il “secondo gradino”, la scala delle distanze cosmiche potrebbe traballare se le misurazioni delle Cefeidi diventassero meno accurate con la distanza.
Tali imprecisioni potrebbero verificarsi perché la luce di una Cefeide potrebbe fondersi con quella di una stella adiacente, un effetto che potrebbe diventare più pronunciato con la distanza man mano che le stelle si affollano nel cielo e diventano più difficili da distinguere l’una dall’altra.
La sfida osservativa è che le immagini passate di Hubble di queste variabili Cefeidi più distanti appaiono più raggruppate e sovrapposte con le stelle vicine a distanze sempre maggiori tra noi e le loro galassie ospiti, richiedendo un’attenta spiegazione di questo effetto.
L’intervento della polvere complica ulteriormente la certezza delle misurazioni in luce visibile.
Webb scruta oltre la polvere e isola le Cefeidi dalle stelle vicine perché la sua visione è più nitida di quella di Hubble alle lunghezze d’onda dell’infrarosso.
“La combinazione di Webb e Hubble ci offre il meglio di entrambi i mondi. Scopriamo che le misurazioni di Hubble rimangono affidabili man mano che saliamo lungo la scala della distanza cosmica”, ha detto Riess.
Le nuove osservazioni di Webb includono cinque galassie ospiti di otto supernove di tipo Ia contenenti un totale di 1000 Cefeidi, e raggiungono la galassia più lontana in cui le Cefeidi sono state ben misurate, NGC 5468, a una distanza di 130 milioni di anni luce.
“Questo copre l’intera gamma in cui abbiamo effettuato misurazioni con Hubble. Quindi, siamo arrivati alla fine del secondo gradino della scala delle distanze cosmiche”, ha detto il co-autore Gagandeep Anand dello Space Telescope Science Institute di Baltimora, che gestisce i telescopi Webb e Hubble per la NASA.
Insieme, la conferma di Hubble e Webb della tensione di Hubble crea altri osservatori per risolvere il mistero, tra cui l’imminente telescopio spaziale romano Nancy Grace della NASA e la missione Euclid dell’ESA, lanciata di recente.
Al momento è come se la scala della distanza osservata da Hubble e Webb avesse fissato saldamente un punto di ancoraggio su una riva di un fiume, e il bagliore residuo del Big Bang osservato da Planck dall’inizio dell’Universo fosse saldamente fissato dall’altra parte.
Come l’espansione dell’Universo sia cambiata nei miliardi di anni tra questi due estremi deve ancora essere osservato direttamente.
“Abbiamo bisogno di scoprire se ci stiamo perdendo qualcosa su come collegare l’inizio dell’Universo e il presente”, ha detto Riess.
Foto: NASA, ESA, CSA, STScI, A. Riess (JHU/STScI)
