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L’espansione cosmica va rivista?

Una discrepanza peculiare sta portando gli astronomi a riflettere su ciò che sappiamo sull’espansione dell’Universo, che mostrerebbe una maggiore accelerazione di quanto misurato. Se questo è vero, potrebbe esistere “qualcosa” di più profondo che ci sfugge. E questo qualcosa potrebbe essere collegato, forse, all’esistenza di nuove particelle o suggerire che l’energia scura, quell’enigmatica componente che sta causando l’espansione accelerata dello spazio, possa variare nel corso del tempo. I risultati di questo studio sono riportati su Astrophysical Journal. Continua a leggere L’espansione cosmica va rivista?

Hubble trova un’espansione più accelerata dell’Universo

Grazie ad una serie di osservazioni realizzate col telescopio spaziale Hubble per misurare più accuratamente la distanza delle stelle che si trovano in una ventina di galassie, gli astronomi hanno trovato che l’Universo si sta attualmente espandendo più velocemente rispetto al ritmo derivato dalle misure effettuate durante le epoche primordiali subito dopo il Big Bang. Se confermata, questa apparente inconsistenza potrebbe rappresentare un importante indizio per comprendere tre delle più elusive componenti dell’Universo: la materia scura, l’energia scura e i neutrini. I risultati di questo studio sono riportati su Astrophysical Journal. Continua a leggere Hubble trova un’espansione più accelerata dell’Universo

Planck sottopone a test la relatività di Einstein

Alcuni ricercatori hanno ricavato nuovi indizi sull’energia scura e la teoria della gravità di Einstein dopo aver analizzato i recenti dati della missione del satellite Planck dell’ESA. I risultati dimostrano che il modello standard della cosmologia (detto Lambda-CDM) rimane una descrizione eccellente dell’Universo. Inoltre, quando i dati di Planck vengono combinati con le osservazioni astronomiche, emergono una serie di divergenze. Studi successivi dovranno determinare se queste anomalie sono dovute alle incertezze delle misure o a delle correlazioni fisiche sconosciute, che potrebbero mettere in discussione la teoria della relatività. Dunque, l’analisi dei dati di Planck fornisce un maggior impeto per la ricerca relativa alle prossime missioni spaziali.

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L’Universo ‘invecchia’ col RUM

Qualche tempo fa, scrissi un post su HD 140283 che è stata certificata come la stella ‘più vecchia’ dell’Universo, situata a circa 190 anni-luce nella costellazione della Bilancia (post). Quando gli astronomi la datarono inizialmente, essa si rivelò un mistero cosmico: l’oggetto sembrava molto vecchio e venne subito soprannominato “la stella di Matusalemme”. Continua a leggere L’Universo ‘invecchia’ col RUM

Spitzer misura l’espansione dell’Universo

Grazie ad una serie di osservazioni realizzate con il telescopio spaziale Spitzer, un gruppo di astronomi hanno pubblicato i risultati relativi alla misura più accurata della costante di Hubble che indica il tasso di espansione dell’Universo.

Verso la fine degli anni ’20, Edwin Hubble sorprese il mondo una volta che annunciò i risultati delle osservazioni sulla velocità di recessione delle galassie. Circa 70 anni dopo, gli astronomi hanno scoperto che lo spazio si espande in maniera accelerata perciò determinare il tasso di espansione è di fondamentale importanza essendo legato all’età e alle dimensioni dell’Universo. A differenza del telescopio spaziale Hubble, che esplora il cosmo nella banda visibile dello spettro elettromagnetico, il telescopio spaziale Spitzer osserva l’Universo nell’infrarosso e ciò permette di ridurre di circa il 3% il livello di incertezza quando si effettuano misure di distanze cosmologiche, un vero e proprio salto di qualità enorme. Il nuovo valore della costante di Hubble è pari a 74,3 Km/sec/Mpc più o meno 2,1 Km/sec/Mpc, dove 1 Megaparsec equivale a 3,26 milioni di anni-luce. Questi dati sono stati sono stati confrontati con quelli ottenuti dal satellite WMAP per ottenere una misura indipendente dell’energia scura, uno dei misteri più profondi della cosmologia moderna e per cui tre scienziati, Adam Riess, Brian Schmidt e Saul Perlmutter che ne hanno rivelato gli effetti studiando le supernovae più distanti, sono stati insigniti lo scorso anno del Premio Nobel per la Fisica. “E’ molto eccitante il fatto di utilizzare Spitzer per studiare alcuni problemi fondamentali della cosmologia” spiega Wendy Freedman degli Observatories of the Carnegie Institution for Science in Pasadena. “Si tratta di misure molto precise che riguardano il tasso di espansione dell’Universo e gli effetti dovuti all’energia scura”. Circa dieci anni fa, utilizzare le parole ‘precisione’ e ‘cosmologia’ nella stessa frase non era possibile e l’età e le dimensioni dell’Universo erano note al meglio di un fattore due. Oggi stiamo parlando di misure con un livello di precisione dell’ordine di qualche percento. “Tutto ciò è decisamente straordinario” conclude Freedman.

[Press release: NASA’s Infrared Observatory Measures Expansion Of Universe]

ArXiv: Carnegie Hubble Program: A Mid-Infrared Calibration of the Hubble Constant

Origins of the Expanding Universe: 1912-1932

On September 17, 1912, Vesto Slipher obtained the first radial velocity of a “spiral nebula” – the Andromeda Galaxy. Using the 24-inch telescope at Lowell Observatory, he followed up with more Doppler shifts, and wrote a series of papers establishing that large velocities, usually in recession, are a general property of the spiral nebulae. Those early redshifts were recognized as remarkable by Slipher, and were critical to the discovery of what came eventually to be called the expanding Universe. Surprisingly, Slipher’s role in the story remains almost unknown to much of the astronomical community. Continua a leggere Origins of the Expanding Universe: 1912-1932

Un nuovo metodo per misurare l’espansione dell’Universo

I dati della 6df Galaxy Survey. Ogni punto rappresenta una galassia e la Terra si trova al centro dell’immagine.
Credit: The International Centre for Radio Astronomy Research

Un gruppo di ricercatori dell’International Centre for Radio Astronomy Research (ICRAR) a Perth in Australia sono stati in grado di produrre una delle misure più accurate mai realizzate della costante di Hubble per determinare il tasso di espansione dell’Universo.

La costante di Hubble è un parametro cosmologico fondamentale perchè ci permette di misurare la dimensione e l’età dell’Universo. Man mano che lo spazio si espande, le galassie si allontanano le une dalle altre perciò la costante di Hubble ci dà una misura su quanto velocemente esse si stanno allontanando da noi. Analizzando la luce proveniente da una galassia remota, gli astronomi possono determinare la velocità e la direzione del moto di quella galassia. Tuttavia, determinare la distanza a cui essa si trova è una operazione un pò più complicata. Fino ad oggi, queste misure sono state ottenute osservando la luminosità dei singoli oggetti presenti in quella galassia, come ad esempio le variabili Cefeidi o le supernovae di tipo Ia. Questi oggetti vengono utilizzati come ‘candele standard’ di luminosità per derivare la distanza a cui essi si trovano. Dato, però, che questo metodo presenta errori sistematici i ricercatori dell’ICRAR hanno introdotto un approccio completamente diverso in modo da eliminare, almeno in parte, questi errori. Essi hanno lavorato sui dati di una survey di più di 125 mila galassie, realizzata con il telescopio UK Schmidt Telescope. Denominata 6dF Galaxy Survey si tratta della più grande osservazione di quasi la metà del cielo relativamente alle galassie vicine. Poichè le galassie tendono ad ammassarsi, misurando il loro grado di addensamento e mettendolo in relazione con altri parametri cosmologici, i ricercatori sono stati in grado di misurare la costante di Hubble con un grado di incertezza inferiore al 5%. “Questo approccio nel determinare la costante di Hubble costituisce un metodo diretto, preciso e consistente e fornisce una verifica sperimentale indipendente rispetto agli altri metodi” spiega il professor Matthew Colless, Direttore dell’Australian Astronomical Observatory. Naturalmente, questo nuovo metodo per misurare l’espansione dell’Universo dovrà essere ulteriormente verificato considerando survey di galassie ancora più grandi.

6df Galaxy Survey fly through from ICRAR on Vimeo

ArXiv: The 6dF Galaxy Survey: Baryon Acoustic Oscillations and the Local Hubble Constant

Energia scura, il telescopio spaziale Hubble esclude l’ipotesi dei ‘vuoti cosmici’

Credit: NASA/HST

Grazie agli ultimi dati ottenuti con il telescopio spaziale Hubble, gli astronomi hanno determinato ancora una volta il tasso di espansione dell’Universo con un livello di precisione senza precedenti escludendo così una delle ipotesi alternative che tentano di spiegare la natura dell’energia scura.

L’Universo si espande ad un ritmo vertiginoso. Si ritiene che ciò sia causato dalla presenza di una misteriosa forma di energia, denominata energia scura, che si oppone agli effetti di natura attrattiva dovuti alla gravità. Una delle ipotesi alternative suggerisce che la Via Lattea si trovi all’interno di una gigantesca “bolla cosmica” che si estende per circa 8 miliardi di anni-luce all’interno della quale lo spazio è relativamente vuoto. Se assumiamo di vivere in prossimità del centro di questo vuoto allora noteremo che le galassie si allontanano con velocità estremamente elevate ma solo per un effetto di pura illusione. Secondo questo modello, la “bolla” che è caratterizzata da una densità molto bassa, si espanderebbe più velocemente rispetto allo spazio circostante simulando perciò gli effetti dell’energia scura. Ma questa ipotesi richiede che il tasso di espansione dello spazio sia molto più piccolo di quanto misurato, cioè dell’ordine di 60-65 Km/sec/Mpc, andando così in contrasto con i nuovi dati ottenuti dal telescopio spaziale Hubble. Non solo, ma l’ipotesi della “bolla cosmica” implica che ci troviamo quasi al centro dello spazio vuoto e la probabilità che sia così è dell’ordine di una su un milione. Dunque, questa ipotesi è stata scartata dai nuovi dati ottenuti da Adam Riess, dello Space Telescope Science Institute (STScI) e della Johns Hopkins University, a Baltimore, che ha condotto le osservazioni guidando il gruppo SHOES (Supernova Ho for the Equation of State) al fine di rideterminare con maggiore precisione la costante di Hubble e caratterizzare meglio le proprietà dell’energia scura. I risultati delle osservazioni hanno permesso di raggiungere un livello di precisione senza precedenti, dell’ordine del 3,3 percento, sul tasso di espansione dell’Universo ottenendo così un valore della costante di Hubble di 73,8 Km/sec/Mpc. Determinare perciò con elevata precisione il valore del tasso di espansione dell’Universo permette di porre dei limiti stringenti agli effetti dell’energia scura e scartare ipotesi alternative che tentano di spiegare la sua natura.

Lente gravitazionale, età e dimensioni dell’Universo

L’immagine della lente gravitazionale nel sistema B1608+656.
Courtesy Sherry Suyu Argelander Institut für Astronomie in Bonn, Germany.

Gli astronomi hanno utilizzato da sempre il metodo della lente gravitazionale per determinare la dimensione delle stelle, cercare esopianeti e studiare la distribuzione della materia scura nelle galassie distanti. Da un po’ di anni, la lente gravitazionale viene utilizzata per stimarel’età e la dimensione dell’Universo. I ricercatori affermano che il metodo fornisce delle misure accurate che ci permettono di conoscere quanto rapidamente si sta espandendo lo spazio. Le misure forniscono un valore per la costante di Hubble che conferma la sua età di 13,7 miliardi di anni, con un errore di 170 milioni di anni. Queste misure confermano inoltre l’esistenza di una componente misteriosa, l’energia scura, che sarebbe responsabile dell’espansione accelerata dell’Universo.

Immagine in falsi colori del sistema B1608+656. Si notano le due galassie interagenti G1 e G2 che determinano l’effetto della lente gravitazionale e le quattro immagini A,B,C,D che rappresentano una copia quadruplicata della stessa galassia di sfondo.

Il fenomeno della lente gravitazionale avviene quando due galassie si trovano allineate lungo la nostra linea di vista. Il campo gravitazionale della galassia più vicina distorce l’immagine della galassia più distante formando immagini multiple allungate a forma di arco. A volte, si forma una immagine distorta, un anello chiuso, che viene chiamato “anello di Einstein”. I ricercatori del Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology (KIPAC) hanno utilizzato il fenomeno della lente gravitazionale per misurare la distanza di una galassia attiva brillante analizzando le diverse traiettorie della luce. Calcolando le velocità di propagazione dei diversi raggi luminosi, essi hanno non solo stimato la distanza a cui si trova la galassia ma addirittura la scala delle dimensioni globali dell’Universo e alcuni parametri relativi all’espansione dello spazio. “Da tempo sappiamo che il fenomeno della lente ci permette di ottenere una stima della costante di Hubble” dice Phil Marshall dell’Università di Cambridge. Comunque sia, l’utilizzo di questo metodo non è mai stato utilizzato con una tale precisione rispetto a quanto fatto di recente. Queste misure forniscono una stima ugualmente accurata della costante di Hubble così come lo sono state nel passato quelle derivate dall’osservazione di supernovae e della radiazione cosmica di fondo.

Quando un corpo celeste di grandi dimensioni, come appunto una galassia, blocca la radiazione proveniente da un oggetto distante, ad esempio un’altra galassia, la luce viene deviata dal campo gravitazionale dell’oggetto interposto. Tuttavia, anziché seguire una singola traiettoria, la luce può essere deflessa attorno all’oggetto interposto formando una, due o quattro immagini multiple. Mentre la luminosità del nucleo della galassia di sfondo fluttua,  gli astronomi possono così misurare il flusso della radiazione associata alle quattro immagini distinte, come nel caso di  B1608+656, che è stato l’oggetto di studio. Sherry Suyu, dell’Università di Bonn, ha dichiarato “Nel nostro caso, si sono formate quattro copie della sorgente che appare come un anello di luce attorno alla lente gravitazionale“. Sebbene i ricercatori non sanno determinare quando la luce ha lasciato la sua sorgente, essi possono ancora confrontare i tempi di arrivo della radiazione. E’ un po’ come considerare delle macchine che per evitare il traffico e arrivare in tempo alla destinazione prendono quattro strade diverse. Allo stesso modo le traiettorie della luce possono subire dei ritardi durante la loro propagazione nello spazio prima di giungere aitelescopi. L’effetto della lente tiene conto di tutte le variabili coinvolte come la distanza, ladensità del mezzo, e ci dà una buona indicazione relativa al tempo impiegato dalla luce che ha lasciato la galassia di sfondo.

Nonostante il metodo che si basa sull’effetto della lente gravitazionale ci permetta di avere una stima migliore della costante di Hubble e dell’espansione dell’Universo, rimangono ancora diversi fattori da tenere in considerazione per determinare, in definitiva, le distanze cosmiche con una accuratezza sempre migliore.

ArXiv 1: DISSECTING THE GRAVITATIONAL LENS B1608+656. I. LENS POTENTIAL RECONSTRUCTION

ArXiv 2: DISSECTING THE GRAVITATIONAL LENS B1608+656. II. PRECISION MEASUREMENTS OF THE HUBBLE CONSTANT, SPATIAL CURVATURE, AND THE DARK ENERGY EQUATION OF STATE