L’immagine mostra la distribuzione della materia nello spazio (in blu; i punti gialli rappresentano le singole galassie). La Via Lattea (in verde) si trova in un’area con poca materia. Le galassie nella bolla si muovono in direzione delle densità di materia più elevate (frecce rosse). L’universo sembra quindi espandersi più velocemente all’interno della bolla. Crediti: AG Kroupa/University of Bonn
L’universo si espande e la velocità con cui lo fa è descritta dalla costante di Hubble-Lemaitre. Tuttavia, esiste un’interessante controversia sul valore di questa costante, in quanto diversi metodi di misurazione forniscono valori contraddittori. Questa controversia è conosciuta come tensione di Hubble e rappresenta un bel rompicapo per i cosmologi. Ora, i ricercatori delle Università di Bonn e St. Andrews hanno proposto una nuova soluzione: utilizzando una teoria alternativa della gravità – la Mond, acronimo di Modified Newtonian Dynamics – la discrepanza nei valori misurati può essere facilmente spiegata. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
L’espansione dell’universo fa sì che le galassie si allontanino le une dalle altre. La velocità con cui lo fanno è proporzionale alla distanza tra loro. Per esempio, se la galassia A è due volte più lontana dalla Terra della galassia B, anche la sua distanza da noi cresce due volte più velocemente. Uno dei primi a riconoscere questa correlazione è stato l’astronomo statunitense Edwin Hubble. Per calcolare la velocità con cui due galassie si allontanano l’una dall’altra è quindi necessario conoscere la loro distanza. Tuttavia, ciò richiede anche la conoscenza di una costante, per la quale questa distanza deve essere moltiplicata. Si tratta della cosiddetta costante di Hubble-Lemaitre, un parametro fondamentale della cosmologia. Il suo valore può essere determinato, ad esempio, osservando regioni molto distanti, nello spazio e nel tempo, corrispondenti a un’epoca prossima all’origine dell’universo, circa 380mila anni dopo il Big Bang. Da queste osservazioni si ottiene una velocità di quasi 244mila chilometri all’ora per megaparsec (un megaparsec corrisponde a poco più di tre milioni di anni luce).
«Ma si possono osservare anche corpi celesti molto più vicini a noi: le cosiddette supernove di tipo Ia, che sono un certo tipo di stelle che esplodono», spiega Pavel Kroupa dell’Helmholtz Institute of Radiation and Nuclear Physics dell’Università di Bonn. È possibile determinare con estrema precisione le distanze di queste supernove, che pertanto vengono chiamate candele standard. Sappiamo anche che gli oggetti che emettono luce “cambiano colore” quando si allontanano da noi – la loro luce si sposta verso il rosso quando si allontanano e verso il blu quando si avvicinano – e più velocemente si muovono, più intenso è il cambiamento. Un po’ come succede con la sirena di un’ambulanza o dei vigili del fuoco, il cui suono ha una frequenza maggiore quando si avvicina e minore quando si allontana. Se calcoliamo la velocità delle supernove Ia in base al loro cambiamento di colore e la mettiamo in relazione con la loro distanza, otteniamo un valore diverso per la costante di Hubble-Lemaitre: poco meno di 264mila chilometri all’ora per megaparsec.
«L’universo sembra quindi espandersi più velocemente nelle nostre vicinanze – cioè fino a una distanza di circa tre miliardi di anni luce – rispetto alla sua totalità», dice Kroupa. «E non dovrebbe essere così».
Recentemente è stata fatta un’osservazione che potrebbe spiegare questa anomalia. Secondo gli autori dello studio apparso su Mnras, la Terra si trova in una regione dello spazio in cui c’è relativamente poca materia, paragonabile a una bolla d’aria in una torta. La densità della materia è maggiore intorno alla bolla. Da questa materia circostante si sprigionano forze gravitazionali che attirano le galassie all’interno della bolla verso i bordi della bolla stessa. «Ecco perché si allontanano da noi più velocemente di quanto ci si aspetterebbe», spiega Indranil Banik della St. Andrews University. Le deviazioni potrebbero quindi essere spiegate semplicemente da una sotto-densità locale.
A supporto di questa ipotesi ci sono anche le evidenze riscontrate da un altro gruppo di ricerca, che recentemente ha misurato la velocità media di un gran numero di galassie che si trovano a 600 milioni di anni luce da noi. «È emerso che queste galassie si stanno allontanando da noi quattro volte più velocemente di quanto previsto dal modello cosmologico standard», spiega Sergij Mazurenko del gruppo di ricerca di Kroupa. Questo perché il modello standard non prevede tali “bolle”. Al contrario, la materia dovrebbe essere uniformemente distribuita nello spazio. Se così fosse, però, diventerebbe difficile spiegare quali forze spingano le galassie alla loro alta velocità.
«Il modello standard si basa sulla teoria della natura della gravità proposta da Albert Einstein», spiega Kroupa. «Tuttavia, le forze gravitazionali potrebbero comportarsi in modo diverso da quanto previsto da Einstein». I gruppi di lavoro delle Università di Bonn e St. Andrews hanno utilizzato una teoria modificata della gravità in una simulazione al computer. Questa “dinamica newtoniana modificata” (conosciuta come Mond) è stata proposta quattro decenni fa dal fisico israeliano Mordehai Milgrom e ancora oggi è considerata una teoria outsider. «Nei nostri calcoli, tuttavia, la Mond prevede con precisione l’esistenza di queste bolle», conclude Kroupa.
Se si assume che la gravità si comporti effettivamente secondo le ipotesi di Milgrom, la tensione di Hubble scompare: ci sarebbe una sola costante per l’espansione dell’universo e le deviazioni osservate sarebbero dovute a irregolarità nella distribuzione della materia.
Per saperne di più:
- Leggi su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society l’articolo “A simultaneous solution to the Hubble tension and observed bulk flow within 250 h−1 Mpc” di Sergij Mazurenko, Indranil Banik, Pavel Kroupa, Moritz Haslbauer
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