Cosmologia in crisi

La nuova misurazione del gruppo della costante di Hubble o il tasso di espansione dell’universo, prevedeva un metodo diverso. Hanno usato il NASA Hubble Space Telescope (HST) in combinazione con il sistema AO (Adaptive Optics) dell’Osservatorio WM Keck Observatory per osservare tre sistemi con lenti gravitazionali. Questa è la prima volta che la tecnologia AO a terra è stata utilizzata per ottenere la costante di Hubble.

IL SISTEMA AO DELL'OSSERVATORIO DI WM KECK È STATO USATO PER LA PRIMA VOLTA PER OTTENERE LA COSTANTE DI HUBBLE OSSERVANDO TRE SISTEMI CON LENTI GRAVITAZIONALI, INCLUSO HE0435-1223 (NELLA FOTO).
IL SISTEMA AO DELL’OSSERVATORIO DI WM KECK È STATO USATO PER LA PRIMA VOLTA PER OTTENERE LA COSTANTE DI HUBBLE OSSERVANDO TRE SISTEMI CON LENTI GRAVITAZIONALI, INCLUSO HE0435-1223 (NELLA FOTO).

“Quando ho iniziato a lavorare su questo problema più di 20 anni fa, la strumentazione disponibile limitava la quantità di dati utili che si potevano ottenere dalle osservazioni”, afferma il co-autore Chris Fassnacht, professore di fisica presso la UC Davis. “In questo progetto, stiamo usando AO dell’Osservatorio di Keck per la prima volta nell’analisi completa. Ho sentito per molti anni che le osservazioni AO potrebbero contribuire molto a questo sforzo. ”

I risultati del team sono pubblicati nell’ultimo numero online degli Avvisi mensili della Royal Astronomical Society .

I risultati ottenuti hanno evidenziato che il nuovo valore della costante di Hubble è di 76.8 chilometri al secondo per megaparsec. Per chi non lo sapesse, il parsec è un unità di misura che equivale a circa 30 trilioni di chilometri. Il numero ottenuto va a scontrarsi con la precedente misurazione effettuata da Adam Riess che aveva ottenuto 74.03. Questo era però nato dallo studio di alcune stelle variabili chiamate Cefeidi.

In passato sfruttando la tecnica della radiazione cosmica di fondo si erano ottenuti valori decisamente più bassi. Si parla infatti di solo 67.4, numero poi aumentato nuovamente da Wendy Freedman dell’Università di Chicago. La ricercatrice aveva infatti ottenuto la sua costante dallo studio della luminosità delle giganti rosse e delle supernove, ottenendo 69.9 chilometri al secondo per megaparsec.

Questi numeri potrebbero sembrarci decisamente poco distanti tra loro, ma considerando la cospicua distanza fanno decisamente la differenza. Il modello cosmologico è destinato quindi ad essere aggiornato e diventare progressivamente più preciso e completo. Le migliorie porteranno inevitabilmente alla modifica del Modello standard conosciuto fino ad oggi.

Per escludere qualsiasi pregiudizio, il team ha condotto un’analisi cieca; durante l’elaborazione, hanno tenuto nascosta la risposta finale anche a se stessi fino a quando non sono stati convinti di aver affrontato quante più possibili fonti di errore che potevano pensare. Ciò ha impedito loro di apportare eventuali modifiche per raggiungere il valore “corretto”, evitando errori di conferma.

“Quando pensavamo di esserci occupati di tutti i possibili problemi con l’analisi, aprimmo la risposta con la regola che dobbiamo pubblicare qualunque valore troviamo, anche se è pazzesco. È sempre un momento teso ed emozionante “, afferma l’autore principale Geoff Chen, uno studente laureato presso il dipartimento di fisica della UC Davis.

L’inconveniente ha rivelato un valore coerente con le misurazioni della costante di Hubble prese dalle osservazioni di oggetti “locali” vicino alla Terra, come le supernove di tipo Ia vicine o i sistemi con lenti gravitazionali; Il team di Chen ha usato questi ultimi oggetti nella loro analisi alla cieca.

I risultati del team si aggiungono alla crescente evidenza che esiste un problema con il modello standard di cosmologia, che mostra che l’universo si stava espandendo molto rapidamente all’inizio della sua storia, quindi l’espansione ha rallentato a causa dell’attrazione gravitazionale della materia oscura, e ora l’espansione sta accelerando di nuovo a causa dell’energia oscura, una forza misteriosa.

cosmologia
Rappresentazione di un artista del modello standard di cosmologia. CREDITO: COLLABORAZIONE BICEP2 / CERN / NASA

Questo modello della storia dell’espansione dell’universo è assemblato usando le tradizionali misurazioni di Hubble Constant, che sono tratte da osservazioni “distanti” del fondo cosmico a microonde (CMB) – radiazioni rimanenti del Big Bang quando l’universo è iniziato 13,8 miliardi di anni fa.

Di recente, molti gruppi hanno iniziato a utilizzare tecniche diverse e studiare diverse parti dell’universo per ottenere la costante di Hubble e hanno scoperto che il valore ottenuto da osservazioni “locali” rispetto a “distanti” non è d’accordo.

“Qui sta la crisi della cosmologia”, afferma Fassnacht. “Mentre la costante di Hubble è costante ovunque nello spazio in un determinato momento, non è costante nel tempo. Quindi, quando stiamo confrontando le Costanti di Hubble che escono da varie tecniche, stiamo confrontando l’universo primordiale (usando osservazioni distanti) rispetto alla parte più tardiva e moderna dell’universo (usando osservazioni locali vicine). ”

Ciò suggerisce che o c’è un problema con le misurazioni della CMB, che il team ritiene improbabile, o che il modello standard di cosmologia deve essere modificato in qualche modo usando la nuova fisica per correggere la discrepanza.

METODOLOGIA

Utilizzando il sistema AO dell’Osservatorio di Keck con la telecamera a infrarossi vicini, strumento di seconda generazione (NIRC2) sul telescopio Keck II, Chen e il suo team hanno ottenuto misurazioni locali di tre noti sistemi quasar con lenti: PG1115 + 080, HE0435-1223 e RXJ1131- 1231.

I quasar sono galassie estremamente luminose e attive, spesso con getti massicci alimentati da un buco nero supermassiccio che mangiano avidamente materiale che lo circonda.

Sebbene i quasar siano spesso molto lontani, gli astronomi sono in grado di rilevarli attraverso la lente gravitazionale, un fenomeno che funge da lente d’ingrandimento della natura. Quando una galassia sufficientemente massiccia più vicina alla Terra ostacola la luce da un quasar molto distante, la galassia può fungere da obiettivo; il suo campo gravitazionale deforma lo spazio stesso, piegando la luce del quasar di sfondo in più immagini e rendendola più luminosa.

A volte, la luminosità del quasar sfarfalla e poiché ogni immagine corrisponde a una lunghezza del percorso leggermente diversa da quasar al telescopio, i sfarfallio appaiono in momenti leggermente diversi per ogni immagine – non arrivano tutti sulla Terra allo stesso tempo.

Con HE0435-1223, PG1115 + 080 e RXJ1131-1231 il team ha misurato con cura quei ritardi, che sono inversamente proporzionali al valore della costante di Hubble. Ciò consente agli astronomi di decodificare la luce da questi lontani quasar e raccogliere informazioni su quanto l’universo si è espanso durante il tempo in cui la luce si è diretta verso la Terra.

cosmologia
Immagini quasar con lenti multiple di HE0435-1223 (a sinistra), PG1115 + 080 (al centro) e RXJ1131-1231 (a destra). CREDITO IMMAGINE: G. CHEN, C. FASSNACHT, UC DAVIS

“Uno degli ingredienti più importanti nell’uso del cristallino gravitazionale per misurare la costante di Hubble è l’imaging sensibile e ad alta risoluzione”, ha affermato Chen. “Fino ad ora, le migliori misurazioni di Hubble Constant basate su obiettivi sono state tutte coinvolte utilizzando i dati dell’HST. Quando ci siamo rilassati, abbiamo trovato due cose. Innanzitutto, avevamo valori coerenti con le misurazioni precedenti basate su dati HST, a dimostrazione del fatto che i dati AO possono fornire una potente alternativa ai dati HST in futuro. In secondo luogo, abbiamo scoperto che la combinazione dei dati AO e HST ha dato un risultato più preciso. ”

PROSSIMI PASSI

Chen e il suo team, così come molti altri gruppi in tutto il pianeta, stanno facendo ulteriori ricerche e osservazioni per indagare ulteriormente. Ora che il team di Chen ha dimostrato che il sistema AO dell’Osservatorio di Keck è altrettanto potente dell’HST, gli astronomi possono aggiungere questa metodologia al loro secchio di tecniche quando misurano la costante di Hubble.

“Ora possiamo provare questo metodo con più sistemi quasar con lenti per migliorare la precisione della nostra misurazione della costante di Hubble. Forse questo ci condurrà a un modello cosmologico più completo dell’universo “, afferma Fassnacht.

INFORMAZIONI SU NIRC2

La telecamera a infrarossi vicini, di seconda generazione (NIRC2) funziona in combinazione con il sistema di ottica adattiva Keck II per ottenere immagini molto nitide a lunghezze d’onda del vicino infrarosso, ottenendo risoluzioni spaziali paragonabili o migliori di quelle ottenute dal telescopio spaziale Hubble a lunghezze d’onda ottiche . NIRC2 è probabilmente meglio conosciuto per aver contribuito a fornire la prova definitiva di un enorme buco nero centrale al centro della nostra galassia. Gli astronomi usano anche NIRC2 per mappare le caratteristiche superficiali dei corpi del sistema solare, rilevare pianeti in orbita attorno ad altre stelle e studiare morfologia dettagliata di galassie distanti.

INFORMAZIONI SUGLI OTTICI ADATTIVI

WM Keck Observatory è un illustre leader nel campo dell’ottica adattiva (AO), una tecnologia rivoluzionaria che rimuove le distorsioni causate dalla turbolenza nell’atmosfera terrestre. L’osservatorio di Keck ha aperto la strada all’uso astronomico sia della stella guida naturale (NGS) sia dell’ottica adattiva della stella guida laser (LGS AO) su grandi telescopi e i sistemi attuali ora forniscono immagini da tre a quattro volte più nitide del telescopio spaziale Hubble. Keck AO ha immaginato i quattro enormi pianeti in orbita attorno alla stella HR8799, misurato la massa del gigantesco buco nero al centro della nostra Galassia della Via Lattea, scoperto nuove supernove in galassie lontane e identificato le stelle specifiche che erano i loro progenitori. Il supporto per questa tecnologia è stato generosamente fornito dalla Bob and Renee Parsons Foundation, Change Happens Foundation, Gordon e Betty Moore Foundation, Mt. Cuba Astronomical Foundation, NASA, NSF e WM Keck Foundation.

INFORMAZIONI SU WM KECK OBSERVATORY

I telescopi WM Keck Observatory sono tra i più scientificamente produttivi sulla Terra. I due telescopi ottici / a infrarossi da 10 metri sulla cima di Maunakea sull’Isola delle Hawaii dispongono di una suite di strumenti avanzati tra cui imager, spettrografi multi-oggetto, spettrografi ad alta risoluzione, spettrometri a campo integrale e guida laser leader mondiale sistemi di ottica adattiva a stella.

Alcuni dei dati qui presentati sono stati ottenuti presso il Keck Observatory, che è un’organizzazione no profit privata 501 (c) 3 gestita come partnership scientifica tra il California Institute of Technology, l’Università della California e la National Aeronautics and Space Administration. L’Osservatorio è stato reso possibile dal generoso sostegno finanziario della Fondazione WM Keck.

Gli autori desiderano riconoscere e riconoscere il ruolo culturale e la riverenza molto significativi che il vertice di Maunakea ha sempre avuto all’interno della comunità dei nativi delle Hawaii. Siamo molto fortunati ad avere l’opportunità di condurre osservazioni da questa montagna.

Referenze e approfondimenti

1
Lascia una recensione

avatar
1 Comment threads
0 Thread replies
0 Followers
 
Most reacted comment
Hottest comment thread
0 Comment authors
Recent comment authors

Questo sito usa Akismet per ridurre lo spam. Scopri come i tuoi dati vengono elaborati.

  Subscribe  
più nuovi più vecchi più votati
Notificami
trackback

[…] della Scienza – Cosmologia in crisi – 24 ottobre […]

Translate »