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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

Hubble estende la scala delle distanze cosmiche

By applying a technique called spatial scanning to an age-old method for gauging distances called astronomical parallax, scientists now can use NASA’s Hubble Space Telescope to make precision distance measurements 10 times farther into our galaxy than previously possible. Image Credit: NASA/ESA, A.Feild/STScI

Grazie ad una serie di misure effettuate con il telescopio spaziale Hubble, gli astronomi possono ora misurare la distanza a cui si trovano le stelle fino a 10.000 anni-luce, ossia dieci volte meglio rispetto a quanto è stato fatto in precedenza.

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Che cosa è la gravità e come funziona?

Secondo uno scienziato dell’Università della Pennsylvania, lo studio delle leggi della gravità sta diventando un fatto di vitale importanza al fine di capire se esistono delle minime variazioni rispetto alle previsioni fornite dalla relatività generale.

La teoria della relatività di Einstein spiega la forza di gravità come la curvatura dello spaziotempo prodotta da corpi di grande massa. Ma per l’astrofisico Bhuvnesh Jain comprendere la natura della gravità è una questione di vitale importanza. Secondo Jain, man mano che gli astronomi esplorano sempre più in profondità l’Universo, le leggi della gravità sembrano rivelarsi sotto l’influenza di una forza misteriosa. Grazie allo studio di una classe ben nota di stelle situate in un insieme di galassie vicine, Jain e i suoi collaboratori pare che abbiano trovato alcuni indizi che stringono il cerchio, per così dire, su ciò che può essere questa forza misteriosa. I risultati sembrano mettere alla prova, ancora una volta, la teoria della relatività generale che, sopravvissuta ad una serie di verifiche entro i limiti del Sistema Solare, oggi sembra aver superato anche i test quando consideriamo le galassie ben al di là della Via Lattea. Ma torniamo un attimo al 1998, l’anno che cambiò la cosmologia con la scoperta dell’espansione accelerata dell’Universo. Oggi sappiamo che tale scoperta implica teoricamente che manca qualcosa alla nostra comprensione dei fenomeni fisici ed in particolare al fatto che non sappiamo come agisce con certezza la gravità. Per ovviare a questo vero e proprio enigma astrofisico (vedasi Enigmi Astrofisici) sono state introdotte due spiegazioni: una riguarda l’ipotesi della presenza di una forza a noi sconosciuta, detta energia scura, che suggerisce il fatto che il vuoto sia caratterizzato da una energia che causa l’espansione accelerata dello spazio; l’altra ipotesi, invece, si basa su alcune teorie alternative della gravità che implicano la presenza di una ‘quinta forza’ che altera, per così dire, la gravità quando si considerano le enormi distanze cosmologiche. “Queste due ipotesi sono alquanto radicali“, spiega Jain. “L’una ci dice che la relatività generale è corretta ma abbiamo a che fare con questa nuova e misteriosa forma di energia. L’altra ci dice, invece, che non occorre introdurre l’energia scura e che, però, la gravità non può essere descritta dalla relatività generale in ogni luogo e regione dell’Universo“. Jain sta studiano questa seconda possibilità al fine di descrivere le proprietà di una presunta quinta forza che fa venir meno le previsioni della relatività generale al di fuori della nostra galassia su scale cosmologiche. Jain si è concentrato su un tipo di stelle molto comuni, le variabili Cefeidi, andando ad analizzare il meccanismo che causa la loro pulsazione. Lo scopo è quello di avere maggiori informazioni non sulla distanza a cui si trovano, che serve a calibrare a sua volta la distanza degli altri corpi celesti o il ritmo dell’espansione dell’Universo, ma sulla gravità. I dati di Jain ottenuti grazie ad una serie di osservazioni su 25 galassie vicine realizzate con il telescopio spaziale Hubble e altri grandi telescopi terrestri situati in Cile e nelle Hawaii sono in perfetto accordo con le previsioni della relatività generale, implicando che il campo d’azione di questa quinta forza, se esiste, risulta alquanto limitato. Dunque, questo vuol dire che, al momento, le teorie alternative sulla gravità devono essere scartate anche se lo stesso Jain spera, un giorno, di poter raccogliere dati ancora migliori per capire se ci sono anche minime variazioni rispetto alle previsioni di una delle più famose teorie scientifiche di tutti i tempi.

arXiv: Astrophysical Tests of Modified Gravity: Constraints from Distance Indicators in the Nearby Universe

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

Le ‘candele’ cosmologiche standard non sono poi così standard

Questa immagine mostra come il telescopio spaziale Spitzer è stato in grado di mostrarci che una candela standard, utilizzata per misurare le distanze cosmologiche, si sta ‘restringendo’, un fenomeno che influenza la determinazione dell’età, delle dimensioni e del tasso di espansione dell’Universo.
Credit: NASA/JPL-Caltech/Iowa State

Gli astronomi hanno trovato la prima prova diretta in base alla quale le cosiddette “candele standard”, ossia le Cefeidi utilizzate per determinare le distanze cosmologiche, subiscono una variazione della propria massa e ciò fa sì che esse non siano più considerate come corpi celesti di riferimento. Grazie ai dati del telescopio spaziale Spitzer, questa scoperta permetterà di eseguire misure più precise delle dimensioni, dell’età e del tasso di espansione dell’Universo.

Le candele standard sono oggetti astronomici che vengono utilizzati per misurare la scala delle distanze cosmologiche. Da sempre, una delle classi più note di corpi celesti che sono considerati come sistema di riferimento è rappresentata dalle stelle variabili Cefeidi. Ma le recenti osservazioni condotte con il telescopio spaziale Spitzer hanno messo in evidenza un fenomeno importante: le Cefeidi tendono a perdere massa o, in altre parole, si ‘restringono’ e ciò influenza le misure della loro distanza. “Abbiamo dimostrato che queste particolari stelle sono consumate dai loro venti stellari” spiega Massimo Marengo dell’Iowa State University. “Quando consideriamo le Cefeidi come candele standard, dobbiamo state molto attenti dato che, come le vere candele, esse si consumano una volta che bruciano“. In particolare, la ricerca si è concentrata su Delta Cephei che rappresenta il prototipo della classe. Le stelle di massa intermedia possono diventare Cefeidi quando esse sono ancora giovani, perciò esse pulsano con un ritmo regolare che è correlato, a sua volta, con la loro luminosità. Studiando la variazione di luminosità è possibile determinare quanto intrinsecamente esse sono brillanti o quanto brillanti sarebbero se ci trovassimo nelle immediate vicinanze. Dunque, misurando la loro luminosità apparente e confrontandola con quella intrinseca, si può ricavare la loro distanza. Queste misure furono condotte negli anni ’20 da Edwin Hubble per misurare lavelocità di recessione delle galassie e scoprire così l’espansione dell’Universo. Ulteriori osservazioni condotte su altre Cefeidi, utilizzando sempre il telescopio spaziale Spitzer, hanno mostrato che il 25% di esse stanno perdendo massa. Queste scoperte aiuteranno gli astronomi a studiare ancora meglio questa classe di stelle e ad utilizzarle con maggiore precisione come candele standard.

ArXiv: Galactic Cepheids with Spitzer: II. Search for Extended Infrared Emission

Una nuova classificazione per Tau Scorpii?

Il campo magnetico di Tau Scorpii ricostruito tramite la tecnica dello Zeeman-Doppler imaging.
Credit: Pascal Petit

Le stelle vengono nominate una volta che viene individuato il prototipo di un certo tipo di classe. Per esempio, nel caso delle variabili Cefeidi il loro nome deriva dalla stella variabile Delta Cephei, scoperta da John Goodricke nel 1784, anche se Eta Aquilae, un’altra cefeide, venne riconosciuta come stella variabile e con lo stesso periodo ancora prima che fosse individuata la stessa Delta Cephei. Dalla classificazione di Goodricke, sono state poi scoperte molte altre classi di stelle dalla T Tauri, a W Ursa Majoris a Delta Scorpii.

A volte succede che le stelle devono attendere prima che più mebri della loro classe siano stati individuati. Tau Scorpii è una stella massiccia di tipo spettrale B0, con una età di qualche milione di anni, e una delle stelle più rare per cui i campi magnetici siano stati misurati. Gli studi su Tau Scorpii hanno messo in evidenza che il suo campo magnetico è alquanto complesso rispetto a quello presente in altre stelle e in più non esibisce una distribuzione dipolare marcata. E’ stato inoltre osservato che la stella possiede deboli venti stellari, e perciò un tasso di perdita di massa estremamente basso, rispetto a quelli misurati nella maggior parte delle stelle di tipo B0. Le righe spettrali sono compatibilmente tipiche delle stelle di sequenza principale e delle stelle giganti giovani.

Per studiare meglio questa stella molto peculiare, gli astronomi hanno scoperto due altre stelle che sono alquanto simili a Tau Scorpii. Denominate con le sigle HD 66665 e HD 63425, le due stelle sono state individuate dai loro spettri anomali grazie alle osservazioni condotte con il Canada-France-Hawaii Telescope. I ricercatori, guidati da Véronique Petit della West Chester University, hanno trovato che esse esibiscono una fenomenologia simile a Tau Scorpii sia in termini di venti stellari che di campi magnetici. In altre parole, Tau Scorpii, HD 66665 e HD 63425 potrebbero rappresentare una nuova classe di stelle. Naturalmente, serviranno altre informazioni per confermare, o meno, se queste due nuove stelle siano effettivamente del tipo Tau Scorpii.