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Un nuovo metodo per tarare il ‘righello cosmico’

Per la prima volta, alcuni ricercatori dell’Imperial College di Londra e dell’Università di Barcellona hanno utilizzato i dati di alcune survey astronomiche per tarare una distanza standard, fondamentale per misurare il tasso di espansione dell’Universo. In precedenza, la dimensione di questo “righello standard” è stata derivata da modelli teorici che si basano sulla relatività generale per spiegare la forza di gravità su larga scala. Per “righello cosmico” si intende un oggetto astrofisico la cui dimensione fisica è tale che mettendola a confronto con quella misurata essa fornisce una misura della sua distanza dalla Terra. I risultati di questo studio sono pubblicati su Physical Review Letters.

La nostra ricerca suggerisce che gli attuali metodi che vengono utilizzati per misurare le distanze cosmiche sono molto più complicati di quanto dovrebbero essere”, dice Alan Heavens del Dipartimento di Fisica dell’Imperial College di Londra e investigatore principale di questo studio. Per misurare la lunghezza di questo “righello cosmico” i ricercatori hanno utilizzato i dati osservativi di alcune survey astronomiche relative alle supernovae e alla distribuzione della materia durante le fasi primordiali della storia cosmica. La materia che ha creato questa lunghezza standard si è formata all’epoca quando l’Universo aveva un’età di appena 380 mila anni, che rappresenta la scala della cosiddetta oscillazione acustica barionica (Baryon Acoustic Oscillations, BAO). Durante questo periodo l’Universo si trovava in uno stato fisico relativamente semplice perciò non è necessario considerare concetti esotici, come quello dell’energia scura, per spiegare le misure. I ricercatori hanno calcolato la lunghezza di questa misura standard che risulta 143 Megaparsec, cioè quasi 480 milioni di anni-luce, simile a quella prevista dalla relatività generale.

La distribuzione delle galassie forma deboli “increspature”, qui esagerate nella figura, con una caratteristica lunghezza d’onda di circa 480 milioni di anni-luce. Questo valore rappresenta la scala delle oscillazioni acustiche barioniche che fornisce ai cosmologi una sorta di “righello standard” mediante il quale è possibile tracciare l’espansione cosmica andando a misurare la variazione della sua dimensione apparente nel corso del tempo. Questo studio fornisce un nuovo metodo per stimare il “righello cosmico” che si basa meno su modelli del passato distante e più su dati osservativi dell’Universo relativamente locale. Credit: Zosia Rostomian (LBNL), SDSS-III, BOSS

Dunque, questi risultati suggeriscono che è possibile misurare le distanze cosmologiche indipendentemente dai modelli che si basano sulle argomentazioni della teoria di Einstein. “Abbiamo usato misure molto ‘pulite’”, spiega Heavens. “E la teoria che abbiamo applicato si riferisce ad un’epoca immediatamente dopo il Big Bang quand’anche lo stato fisico dell’Universo era ‘pulito’. Crediamo, perciò, di avere ora a disposizione un metodo preciso per effettuare delle misure delle distanze cosmiche basato sull’osservazione del cosmo, una buona notizia per la cosmologia e l’astrofisica in generale”. Per motivi storici, la relatività generale gioca un ruolo centrale nella maggior parte dei modelli e delle interpretazioni che tentano di spiegare il macrocosmo. Gli scienziati hanno dimostrato che gli attuali dati sono abbastanza potenti per misurare la geometria e l’espansione dell’Universo senza che sia necessario ricorrere alla teoria di Einstein. Si spera quindi che questo approccio basato sui dati osservativi possa fornire misure più precise che saranno utilizzate per futuri programmi di ricerca che avranno lo scopo di rispondere ad alcune domande importanti sull’espansione accelerata dell’Universo e sull’energia scura.

Imperial College of London: Researchers use real data rather than theory to measure the cosmos
Physics Synopsis: Cosmic Ruler Measured More Directly
arXiv: Standard rulers, candles, and clocks from the low-redshift Universe