L'universo si sta espandendo troppo in fretta, secondo Hubble

Nuove misurazioni effettuate tramite il potente occhio robotico del telescopio spaziale Hubble indicano che l'espansione dell'Universo potrebbe essere tra il 5 e il 9% più rapida del previsto.

"Questo sorprendente risultato potrebbe fornirci un importante indizio nella comprensione di quella misteriosa parte dell'Universo che compone il 95% di tutto e che non emette luce, come l'energia oscura e la materia oscura," spiega il fisico Adam Riess, che nel 2011 aveva ottenuto un premio Nobel per uno studio simile.

I ricercatori hanno puntato l'occhio di Hubble in direzione di una serie di sorgenti extragalattiche - perlopiù Cefeidi e supernove di tipo Ia. Le prime sono stelle variabili caratterizzate da una precisa relazione tra il loro periodo di oscillazione e la loro magnitudine assoluta, mentre le supernove di tipo Ia sono le drammatiche esplosioni rilasciate da stelle morenti, contraddistinte da una luminosità straordinariamente costante. Queste particolarità rendono le Cefeidi e le supernove Ia particolarmente utili per misurare la distanza delle galassie più lontane.

Usando la WFC3  a bordo di Hubble, gli astronomi hanno analizzato la luce emessa nel vicino infrarosso da oltre 2400 Cefeidi sparse in 19 galassie situate in prossimità della Via Lattea. Al momento delle osservazioni, ciascuna galassia ospitava inoltre una supernova di tipo Ia; le misurazioni delle stelle variabili hanno dunque consentito agli astronomi di calibrare la relazione delle supernove e misurare la distanza di 300 lontanissime esplosioni stellari con una precisione senza precedenti. Confrontando i risultati con il valore teorico dell'espansione dell'Universo, misurato a partire dallo spostamento verso il rosso delle galassie, gli scienziati hanno ottenuto una nuova stima della costante di Hubble.

Le nuove misurazioni suggeriscono che il valore della costante di Hubble sia pari a 73.2 chilometri al secondo per megaparsec.

I nuovi dati invertono la tendenza accumulatasi negli ultimi anni di stime sempre minori: la nuova misurazione, infatti, risulta nettamente maggiore delle stime effettuate prima da WMAP e poi da Planck, pari rispettivamente a 69.32 e 67.8 chilometri al secondo per megaparsec. I dati di Hubble sembrano incompatibili con le ricostruzioni effettuate a partire dalla traiettoria iniziale dell'espansione dell'Universo, poco dopo la sua origine.

"Se conosci le quantità iniziali dei contenuti dell'Universo, come l'energia oscura e la materia oscura, e conosci i meccanismi fisici all'opera, puoi tradurre una misurazione effettuata poco dopo il Big Bang e prevedere l'attuale velocità di espansione," spiega Riess. "Tuttavia, se questa incompatibilità venisse confermata, potrebbe voler dire che la nostra comprensione non è corretta, e ciò cambierebbe il valore attuale della costante di Hubble."

Secondo Riess, i dati di Hubble costruirebbero un ponte tra le misurazioni di Planck e WMAP, risalenti al giovanissimo Universo, e il presente. L'incompatibilità, quindi, consisterebbe nel fatto che le previsioni effettuate sui dati di Planck e WMAP producono una velocità dell'espansione attuale che risulta minore di quella osservata da Hubble - in altre parole, se Hubble non mente, l'Universo si sta espandendo troppo in fretta.

"Ci aspetteremmo che le due estremità si incontrino a metà strada," prosegue Riess. "Tuttavia, ciò non sta accadendo e non ne conosciamo il perché."

I ricercatori hanno sviluppato una serie di spiegazioni almeno parzialmente plausibili, nel tentativo di far luce su quest'apparente incompatibilità. Gli scenari esplorati finora includono una maggiore intensità nell'effetto dell'energia oscura, o la presenza di una nuova particella subatomica nel giovane Universo. Intere popolazioni di queste particelle luminali, ovvero dotate di velocità appena inferiori a quella della luce, avrebbero costituito ciò che i fisici chiamano "radiazione oscura". Si sospetta che questa radiazione possa aver coinvolto altre particelle già conosciute, tra cui i neutrini. L'ulteriore energia fornita da questa radiazione potrebbe invalidare le previsioni di Planck e WMAP - i loro dati resterebbero corretti, ma non potrebbero essere utilizzati per prevedere l'attuale valore della costante di Hubble.

L'esistenza di questa radiazione potrebbe avere implicazioni anche sul comportamento della materia oscura, lo scheletro che ha consentito alle galassie di evolversi nelle massicce e vastissime strutture che costellano l'Universo moderno.

"Conosciamo molto poco sulla parte oscura dell'Universo, ed è importante misurare come abbia tirato e spinto lo spazio nel corso della storia cosmica," spiega Lucas Macri della Texas A&M University.

Prima del decollo di Hubble, nel 1990, il valore della costante di Hubble presentava un'incertezza di due ordini di grandezza. Nel corso degli anni, nuove misurazioni hanno permesso agli scienziati di ridurre l'incertezza a meno del 10%. Il nuovo studio segna un nuovo record in questo senso, avendo ridotto l'incertezza nel valore della costante di Hubble dal 3.3 al 2.4 percento.