La più antica luce sopravvissuta rivela la vera età dell'universo

La luce antica del Big Bang ha rivelato una nuova stima precisa dell'età dell'universo: 13,77 miliardi di anni, dai o dai 40 milioni di anni.

La nuova stima, basata sui dati di una serie di telescopi nel deserto cileno di Atacama, pesa anche su uno dei più importanti disaccordi in astrofisica: quanto velocemente si sta espandendo l'universo? Descritto in due articoli scientifici, il nuovo risultato dà una spinta significativa a un lato del disaccordo, sebbene i fisici non siano riusciti a dimostrare che l'altro lato della disputa era sbagliato.

Ecco il problema: i fisici devono comprendere il tasso di espansione dell'universo per dare un senso alla cosmologia, la scienza del passato, presente e futuro del nostro intero universo. Sanno che una sostanza misteriosa chiamata energia oscura sta causando l'espansione dell'universo (a una velocità sempre crescente) in tutte le direzioni ... Ma quando gli astronomi puntano i loro telescopi nello spazio per misurare la costante di Hubble (H0), il numero che descrive quanto velocemente l'universo si sta espandendo a distanze diverse da noi o da un altro punto - escogitano numeri che non sono d'accordo tra loro, a seconda del metodo che usano.

Un metodo, basato sulle misurazioni della velocità con cui le galassie vicine si stanno allontanando dalla Via Lattea, produce un H0. Un altro metodo, basato sullo studio della luce più antica nello spazio, o fondo cosmico a microonde (CMB), produce un altro H0. Questo disaccordo ha lasciato gli scienziati a chiedersi se ci sia qualche importante punto cieco nelle loro misurazioni o teorie, come riportato in precedenza. Questi nuovi risultati sembrano mostrare che non c'erano errori di misurazione sul lato CMB.

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"Troviamo un tasso di espansione che è giusto sulla stima del team satellitare Planck", che è un altro studio della CMB, l'astrofisico della Cornell University Steve Choi, autore principale di uno dei due nuovi articoli, ha detto in una dichiarazione. "Questo ci dà più fiducia nelle misurazioni della luce più antica dell'universo".

I dati del satellite Planck, rilasciati nel 2018, erano le misurazioni più importanti della CMB prima d'ora. Con un livello di precisione senza precedenti, hanno mostrato quanto nettamente le misurazioni CMB di H0 siano in disaccordo con le misurazioni basate sul movimento delle galassie vicine.

Questi nuovi risultati hanno ricalcolato la misurazione CMB da zero utilizzando una serie completamente diversa di dati e calcoli del telescopio e hanno prodotto risultati molto simili. Ciò non prova che la misurazione CMB di H0 sia corretta - potrebbero ancora esserci dei problemi con le teorie fisiche utilizzate per effettuare il calcolo - ma suggerisce che non ci sono errori di misurazione su quel lato del disaccordo.

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Basandosi sui dati dell'Atacama Cosmology Telescope (ACT) nel deserto di Atacama in Cile, i ricercatori hanno rintracciato deboli differenze tra le diverse parti della CMB, che sembra avere diversi livelli di energia in diverse parti del cielo. La CMB, che si è formata quando l'universo si è raffreddato dopo il Big Bang, è rilevabile in ogni direzione nello spazio come un bagliore a microonde. Sono più di 13 miliardi di anni luce in lontananza, una reliquia di un tempo prima che si formassero stelle e galassie. 

Combinando le teorie su come si è formato il CMB con misurazioni precise delle sue fluttuazioni, i fisici possono determinare la velocità con cui l'universo si stava espandendo in quel momento nel tempo. Questi dati possono quindi essere utilizzati per calcolare H0.

L'ACT ha analizzato metodicamente metà del cielo tra il 2013 e il 2016, osservando in particolare la luce a microonde. Quindi i ricercatori hanno trascorso anni a ripulire e analizzare i dati con l'aiuto di supercomputer, rimuovendo altre fonti di microonde che non fanno parte della CMB, per unire una mappa completa della CMB. Per tutto il tempo si sono "accecati" di fronte alle implicazioni del loro lavoro, hanno scritto nei loro giornali, nel senso che non hanno osservato come le loro scelte hanno influenzato le stime di H0 fino alla fine. Solo quando la mappa CMB completa era completa, i ricercatori l'hanno usata per calcolare H0.

La nuova mappa CMB ha offerto anche una nuova misura per la distanza tra la Terra e la CMB. Quella distanza, combinata con una nuova misurazione della velocità con cui l'universo si è espanso nel tempo, ha permesso un calcolo preciso dell'età dell'universo.

"Non avevo una particolare preferenza per alcun valore specifico - sarebbe stato interessante in un modo o nell'altro", ha detto Choi.

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 È ancora possibile, come riportato in precedenza, che qualche errore in quelle teorie stia incasinando il calcolo. Ma non è chiaro quale sarebbe l'errore.

L'altro approccio per calcolare H0 si basa su stelle pulsanti note come cefeidi, che risiedono in galassie lontane e pulsano regolarmente. Quella pulsazione temporizzata consente ai ricercatori di eseguire calcoli precisi del loro movimento e delle distanze dalla Terra.

Con queste misurazioni dirette della velocità, è abbastanza semplice ottenere una misurazione di H0. Non ci sono complicate teorie cosmologiche coinvolte. Ma è possibile, hanno proposto alcuni scienziati, che la nostra regione dell'universo sia solo stranamente vuota e non rappresentativa dell'intero universo. È anche possibile che ci siano problemi di misurazione con le Cefeidi e che questi misuratori cosmici non funzionino esattamente come si aspettano i fisici.

Per ora, il vero H0 rimane un mistero. Ma i ricercatori della CMB hanno più munizioni per la loro parte del disaccordo.

Entrambi i nuovi documenti che descrivono la nuova analisi sono stati pubblicati il ​​14 luglio nel database di prestampa arXiv e sottoposti a revisione formale tra pari.