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L’universo potrebbe essere più giovane

Il modello Lambda-CDM descrive l’evoluzione dell’Universo da uno stato primordiale denso, caldo e uniforme a quello presente lungo una fascia di 13,8 miliardi di anni di tempo cosmologico; questo modello è ben noto e compreso teoricamente e fortemente supportato da recenti osservazioni astronomiche ad alta precisione come quelle del WMAP.

Al contrario, le teorie sull’origine dello stato primordiale restano solo allo stato speculativo. La teoria dominante, quella dell’inflazione cosmica, come il recente scenario ekpirotico, suggerisce che il cosmo originato dal Big Bang che noi osserviamo potrebbe essere parte di un universo più grande con proprietà fisiche completamente diverse e con una storia che si estende sicuramente prima di 13,8 miliardi di anni. Come verificare queste idee tuttavia non è certo chiaro, né semplice.

Se si estrapola il modello lambda-CDM all’indietro rispetto al primissimo stato conosciuto, questo raggiungerebbe istantaneamente (in una piccola frazione di secondo), un valore infinito fisicamente non trattabile, perché non misurabile, un valore che in matematica prende il nome di singolarità. Questa singolarità, pur essendo l’inizio della realtà, ne resta esterna.

È però utile per “tarare” il tempo successivo al Big Bang, la storia del nostro universo. Ad esempio, “10−6 secondi dopo il Big Bang” è un’era ben definita nell’evoluzione dell’Universo; in questo modo ha senso dire che la stessa era equivale a “13,8 miliardi di anni meno 10−6 secondi fa”, ma questa stima non è applicabile da quando l’ultimo intervallo di tempo passa dall’incertezza del precedente.

Sebbene l’Universo possa avere in teoria una storia più lunga, i cosmologi attualmente usano dire “età dell’Universo” per riferirsi alla durata dell’espansione lambda-CDM, equivalente al tempo trascorso dal Big Bang.

L’universo potrebbe essere più giovane di un miliardo di anni

Due nuovi studi usano metodi diversi per determinare l’età dell’universo. Ballano 1,2 miliardi di anni tra le due ricerche, ma potrebbero essere “giuste” entrambe. Ecco perché.

L’universo potrebbe essere più giovane di un miliardo di anni. Lo "scontro" di due nuove ricerche

Miliardo più, miliardo meno. Due nuovi studi scientifici si sono sfidati indirettamente nella determinazione dell’età dell’universo, ottenendo però risposte che differiscono l’una dall’altra anche di più di un miliardo di anni.

Secondo la comunità scientifica, l’età accreditata dell’universo è di circa 13,8 miliardi di anniQuest’ultima è stata calcolata studiando e osservando gli oggetti celesti più antichi e misurando la velocità di espansione dell’universo.

Come si calcola l’età dell’universo

La Costante di Hubble è uno di questi metodi di calcolo e serve a determinare la velocità di espansione dell’universo o, detta in modo poco accurato, la velocità con cui gli oggetti celesti si allontanano dalla Terra. Usando la costante per “riavvolgere” un ipotetico nastro si può arrivare fino al momento del Big Bang.

Un altro metodo è quello della mappatura della radiazione cosmica di fondo, ovvero la radiazione elettromagnetica più “antica” che possiamo rilevare e che è stata creata quanto l’universo aveva circa 380.000 anni di vita. Anche questo metodo può portare al calcolo della Costante di Hubble.

L’uso di questi due metodi per calcolare quanto sia vecchio l’universo può produrre risultati non allineati e non sarebbe la prima volta. I due nuovi studi si sono concentrati sulla determinazione della Costante di Hubble, ma anche in questo caso si è giunti a valori diversi.

Prendere le misure alle galassie

Il primo studio, dell’Università dell’Oregon, è stato pubblicato su Astrophysical Journal. I ricercatori hanno deciso di mappare la distanza di decine di galassie servendosi di una relazione già esistente ma che hanno “ricalibrato”. Si tratta della relazione barionica di Tully-Fisher e tiene conto del rapporto tra la luminosità intrinseca (cioè in proporzione alla massa stellare) di una galassia a spirale e la velocità di rotazione del suo disco galattico.

Partendo dai dati di 50 galassie estratti dalle osservazioni del telescopio spaziale Spitzer della NASA – lanciato nel 2003 e che ha terminato il suo ciclo di vita nel gennaio 2020 – i ricercatori hanno prodotto una nuova “media” da queste misurazioni per stimare la distanza di altre 95 galassie. Lo scopo è stato quello di creare una nuova base, più precisa, per calcolare la Costante di Hubble e quindi l’età dell’universo.

L’universo potrebbe essere più giovane 1

La “nuova” costante è stata impostata a 75,1 km al secondo per megaparsec. Un parsec equivale a 3,26 anni luce, cioè a circa 30 trilioni di chilometri. Un megaparsec è ovviamente un milione di parsec.

Come si può leggere questo dato? Una costante di Hubble impostata a 75,1 km al secondo per megaparsec significa che una galassia che è distante dalla Terra un megaparsec, quindi a 3,26 milioni di anni luce, si allontana da noi alla velocità di 75,1 km al secondo.

Attraverso il nuovo valore della Costante di Hubble, i ricercatori dell’Università dell’Oregon sono arrivati alla conclusione che l’universo ha solo 12,6 miliardi di anni. Molto meno dei 13,8 miliardi tuttora accettati dalla comunità scientifica.

Una mappa di colori per capire quant’è vecchio l’universo

Il secondo studio arriva dalla Stony Brook University di Long Island, USA, e si tratta di una ricerca pubblicata su arXiv, che ospita studi preprint, quindi che non hanno ancora ricevuto una peer review formale da parte di una comunità scientifica di riferimento.

I ricercatori si sono serviti in questo caso del telescopio Atacama Cosmology Telescope (ACT) in Cile per misurare la radiazione cosmica di fondo in modo più dettagliato.

L'Atacama Cosmology Telescope (ACT) in Cile
L’Atacama Cosmology Telescope (ACT) in Cile

Una delle caratteristiche visive degli studi sulla radiazione cosmica è che la radiazione appare nelle immagini come una mappa del cosmo composta da macchie di colore alternate. Queste variazioni rappresentano la luce polarizzata in modo diverso nella radiazione cosmica di fondo.

In questo studio, gli scienziati si sono messi a calcolare la spaziatura tra queste “variazioni di colore” per ricalcolare l’età dell’universo. Per farlo si sono serviti del telescopio ACT per ottenere la migliore immagine dell’”infanzia” della radiazione cosmica di fondo, in modo da poter essere più precisi nella misurazione della distanza tra le zone di luce polarizzate.

Una porzione di una nuova immagine della radiazione cosmica più antica dell'universo "scattata" dall'ACT
Una porzione di una nuova immagine della radiazione cosmica più antica dell’universo “scattata” dall’ACT

I ricercatori hanno quindi stabilito che l’universo ha 13,8 miliardi di anni, età che si accorda con quella già accettata dalla comunità scientifica. Per ottenere questo calcolo, che invecchia l’universo rispetto al primo studio, è chiaro che la costante di Hubble riscontrata sia un po’ più “lenta”.

Dallo studio della Stony Brook University, la Costante di Hubble è risultata essere di 67,6 km al secondo per megaparsec. Questo è anche molto vicino al valore ampiamente accettato di 67,4 km/s/Mpc.

Un universo con un’eta ballerina: c’entra l’energia oscura?

Tale discrepanza di risultati non è nuova nella determinazione dell’età dell’universo. E sembra che quando gli scienziati si servono della distanza tra le galassie per misurare la Costante di Hubble, l’universo appaia più giovane di quanto non sia se si analizza la radiazione cosmica di fondo.

La recente realizzazione della mappa 3D dell’universo più grande mai creata sembra proprio avere tirato indirettamente in ballo l’energia oscura: una forma di energia ipotetica che non può essere rilevata direttamente e che potrebbe aver accelerato la velocità di espansione dell’universo.

Tale per cui, se si guarda alla radiazione di cosmica dell’universo appena nato, esso appare più vecchio perché l’energia oscura non era ancora entrata in gioco. Se invece si guarda alla distanza delle galassie e al loro spostamento nel cosmo, l’energia oscura potrebbe aver accelerato la loro migrazione facendo apparire l’universo più giovane.

 

Riferimenti e approfondimenti

  1. Using the Baryonic Tully–Fisher Relation to Measure H o – James Schombert1Stacy McGaugh, and Federico Lelli – Published 2020 July 17 , 2020. The American Astronomical Society. The Astronomical JournalVolume 160Number 2
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