Il telescopio spaziale James Webb conferma la velocità di espansione dell’universo e uno dei più grandi misteri della fisica

TIl telescopio spaziale James Webb ha confermato i risultati di telescopi più piccoli sulla velocità con cui l’universo si sta espandendo. Invece di risolvere il dibattito sulla fisica, questo peggiora le cose, perché le misurazioni precedenti contraddicono ciò su cui gli astronomi credono che dovrebbe accadere Echi del Big Bang. Questo (probabilmente) non significa che dobbiamo buttare via gran parte di ciò che pensiamo di sapere sulla cosmologia, come dicono alcuni. Articoli popolari affermanoma lascia un grosso problema da risolvere.

Gli astronomi hanno escogitato diversi modi per determinare la velocità con cui l’universo si sta espandendo, una misurazione che ha importanti implicazioni per l’età e il futuro dell’universo. Inizialmente, queste previsioni erano accompagnate da diffuse incertezze e, sebbene le previsioni di base variassero, le barre di errore si sovrapponevano, quindi c’era poco di cui preoccuparsi.

Tuttavia, con il miglioramento dei nostri strumenti e l’aumento del numero di fonti studiate, le discrepanze non sono scomparse. Questa è ora nota come “tensione di Hubble”, un riferimento alla costante di Hubble, il numero che definisce la relazione tra la distanza di un oggetto distante e la sua velocità.

Il telescopio spaziale James Webb è in grado di effettuare una delle misurazioni cruciali, la distanza delle galassie distanti, con maggiore precisione rispetto a qualsiasi altro strumento. Forse, pensavano alcuni astronomi, avrebbe fornito una risposta più vicina a quella ottenuta con altri metodi, risolvendo la tensione di Hubble. Invece, ha supportato i risultati di altri telescopi.

“Hai mai avuto difficoltà a vedere un segno che era ai margini della tua visione? Cosa dice? Cosa significa? Anche con i telescopi più potenti, i ‘segni’ che gli astronomi vogliono leggere sembrano così piccoli che facciamo fatica a vederli. “, ha detto il professor Adam Rees della Johns Hopkins University. In a dichiarazione. Rees ha condiviso il Premio Nobel per la fisica nel 2011 per aver dimostrato che l’espansione dell’universo sta accelerando.

“Il segno che i cosmologi vogliono leggere è il segno del limite di velocità cosmica che ci dice quanto velocemente l’universo si sta espandendo – un numero chiamato costante di Hubble”, ha spiegato Rees. “La nostra impronta è scritta nelle stelle delle galassie lontane. Le stelle in quelle galassie ci dicono quanto sono lontane, e quindi quanto tempo ha viaggiato quella luce per raggiungerci, e gli spostamenti verso il rosso delle galassie ci dicono quanto l’universo ha viaggiato.” espanso in quel periodo, e quindi dirci il tasso di espansione.

Rees ha vinto il premio per aver contribuito a effettuare questa misurazione utilizzando supernove di tipo Ia, il cui picco di luminosità intrinseca è molto coerente. Tuttavia, ciò richiederebbe l’attesa che esploda il giusto tipo di supernova. Le stelle conosciute come variabili Cefeidi forniscono un’alternativa, essendo più abbondanti.

La luminosità di una Cefeide è correlata alla velocità con cui si espande e si contrae, dandoci ancora una volta una misura che può essere utilizzata per calcolare la distanza tra loro. Le variabili Cefeidi ci hanno dato la nostra prima idea delle dimensioni dell’universo, rivelando che le galassie distanti si trovano al di fuori della Via Lattea.

Tuttavia, non sono luminose come le supernove e le variabili Cefeidi non possono essere viste nelle galassie distanti. Tuttavia, a centinaia di milioni di anni luce di distanza, possono calibrare le misurazioni delle supernovae, fornendo ulteriore precisione, ma solo se riusciamo a distinguerle dalle stelle ordinarie vicine.

Il telescopio spaziale James Webb funziona a lunghezze d’onda in cui è più facile farlo che con il telescopio Hubble, e Reiss e i suoi colleghi lo hanno usato per misurare più di 320 stelle Cefeidi, alcune nella galassia relativamente vicina NGC 4258 e in NGC 5584, che ha ospitato una recente supernova.

Le loro misurazioni mostrano che la sfiducia nella precisione di Hubble non era infondata, poiché stava misurando molto bene queste galassie. Tuttavia, ciò che hanno scoperto i due telescopi spaziali non corrisponde esattamente alle aspettative basate sullo sfondo cosmico a microonde.

La tensione su Hubble rimane irrisolta.

“La possibilità più interessante è che lo stress sia la prova di qualcosa che ci manca nella nostra comprensione dell’universo”, ha aggiunto Rees. “Ciò potrebbe indicare l’esistenza di energia oscura esotica, materia oscura esotica, una revisione della nostra comprensione della gravità o l’esistenza di una particella o campo unico”. Come se la normale energia oscura e la materia oscura non fossero abbastanza confuse.

Quattro secoli dopo, Shakespeare ha ancora ragione: esiste Noi siamo Più cose in cielo e in terra di quanto chiunque nella sua filosofia, compreso Orazio, potesse sognare.

Lo studio era stato precedentemente accettato Giornale astrofisicoL’edizione anticipata è disponibile su ArXiv.org.

Una versione precedente di questo articolo è stata pubblicata nel settembre 2023