L'angolo della fisica moderna

[gillian]

Universo ad infinite incognite


La crisi della costante di Hubble

La costante di Hubble (H0) è un parametro che indica il tasso di espansione dell’universo.

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Attenzione!: la costante di Hubble non è la velocità di espansione dell’universo.

piuttosto bisogna pensare alla costante di Hubble come qualcosa che ci dice di quanto si amplifica lo spazio che misuriamo tra le galassie man mano che passa il tempo. Sì, lo so che sembra una velocità e in senso matematico lo è. Ma non è la velocità con cui le galassie si allontanano: dobbiamo pensare all’universo come un panettone che lievita, dove le galassie sono le uvette. Mentre il panettone cresce di dimensioni, le uvette si allontanano ma stanno ferme, incastrate nell’impasto.

La costante di Hubble è dunque completamente legata al modo in cui l’universo si espande, cioè il modo in cui il nostro panettone cosmico lievita.
Proprio come la lievitazione dell’impasto dipende in qualche modo da ciò che c’è dentro l’impasto, anche l’espansione dell’universo dipende da ciò che c’è dentro. Nel caso dell’universo, gli ingredienti sono: radiazione elettromagnetica (cioè luce, cioè fotoni), materia barionica (cioè ordinaria, quella di cui siamo fatti noi, le stelle e la parmigiana di melanzane), materia oscura (boh!), energia oscura (doppio-boh!).

Quindi stimare per bene la costante di Hubble vuol dire avere suggerimenti sugli ingredienti cosmici appena elecati.
In particolare, quelli di cui sappiamo poco o niente, ovvero la materia e l’energia oscura.

Il problema, per riassumere, è questo: con i dati della radiazione di fondo (misure di early universe, in inglese) viene fuori un valore, con i dati delle misure delle distanze (misure di late universe in inglese) viene fuori un altro. In particolare, la stima di H0 con le distanze è molto più alta di quella fatta con la radiazione di fondo.

La discrepanza confrontando i valori non è poca.

I dati principali della radiazione di fondo sono quelli del satellite ESA Planck. Sono dati molto, molto precisi e sono anche dati che si riferiscono all’universo di 13 miliardi di anni fa. Forse, magari ma non è detto, le cose non tornano perché l’universo era diverso da oggi in passato? Forse dobbiamo rivedere i nostri modelli teorici, cioè quelli che usiamo per descrivere l’universo oggi non vanno bene per descrivere l’universo del passato?

E le distanze? Non deve essere facile misurare le distanze delle galassie mentre si sta comodamente sulla Terra.

Per prima cosa si misura prima di tutto la distanza delle stelle vicine tramite il metodo della parallasse, poi si osservano le Cefeidi e misuro e si misura distanza sia con il metodo della relazione periodo-luminosità sia con la parallasse, così da poter calibrare la relazione periodo-luminosità e poter arrivare a distanza sempre maggiori dove purtroppo non si potrà usare la parallasse. E così via, stessa cosa anche con le supernovae: si misura la distanza di galassie lontane dove ci sia, sia una Cefeide sia una supernova di tipo Ia, così da calibrare il metodo delle supernovae e spingersi sempre più lontano.

Ma tale misurazione è entrata in crisi quando si è mostrato che quando le cefeidi sono in un ammasso e non isolate i risultati sono diversi.

E questo è un grosso problema per la fisica perche la costante H0 di hubble rientra nei calcoli di tante equazioni relativistiche comprese quelle della relatività

La tensione sulla stima della costante di Hubble è davvero un grosso mistero per l’astrofisica. Non si capisce da dove salti fuori e perché. Ciò rende più o meno l’idea che più che una tensione sulla stima di H0, siamo di fronte a una vera e propria crisi scientifica: perché le cose non tornano con la costante di Hubble? È un problema enorme questo per l’astrofisica. Probabilmente, quando un giorno capiremo perché, scopriremo che dobbiamo rivedere alcune delle nostre attuali convinzioni su come funziona l’universo oppure sul modo in cui raccogliamo i dati.


In astronomia e cosmologia, la legge di Hubble (o legge di Hubble-Lemaître) afferma che esiste una relazione lineare tra lo spostamento verso il rosso della luce emessa dalle galassie e la loro distanza. Tanto maggiore è la distanza della galassia e tanto maggiore sarà il suo spostamento verso il rosso. In forma matematica la legge di Hubble può essere espressa come
z = H0•D/c
dove z è lo spostamento verso il rosso misurato della galassia, D è la sua distanza, c è la velocità della luce e H0 è la costante di Hubble, il cui valore attualmente stimato è attorno a 2,176×10−18 Hz (67,15 km/s/Mpc).

La legge empirica di Hubble è un'importante conferma osservativa della soluzione delle equazioni di Albert Einstein. Vale per un universo omogeneo isotropo ed in espansione; sotto queste ipotesi Georges Lemaître aveva dedotto nel 1927 per via teorica una legge, strettamente lineare, che afferma che la velocità di recessione v è direttamente proporzionale alla distanza D (tanto maggiore è la distanza tra due galassie e tanto più alta è la loro velocità di allontanamento reciproco), esprimibile matematicamente con:
v = H0•D
Questa relazione teorica coincide con la precedente legge empirica qualora lo spostamento verso il rosso z sia direttamente proporzionale alla velocità di recessione v, cioè z=v/c. Il legame tra v e z è lineare solamente per z molto più piccolo di 1 (quindi vale senza dubbio per gli spostamenti verso il rosso molto bassi osservati ai tempi di Hubble ed Humason), mentre per z maggiori dipende dal particolare modello di universo in espansione scelto.

https://it.wikipedia.org/wiki/Legge_di_Hubble