Uno dei parametri fondamentali per comprendere l’evoluzione del nostro Universo è la costante di Hubble. Si tratta di un valore che tiene conto del tasso di espansione dell’Universo, e ha un valore ancora non valutato con precisione. Vi è infatti una discrepanza tra il suo valore previsto dalla Cosmic Microwave Background (CMB), la radiazione cosmica di fondo rimasta dal Big Bang, e quello calcolato da un’ampia gamma di indicatori di distanza indipendenti.
Ora, il James Webb ha permesso di esaminare e perfezionare alcune delle prove osservative più forti di questa discrepanza, anche detta tensione di Hubble. Lo studio, guidato dal premio Nobel Adam Riess della Johns Hopkins University, ha utilizzato le osservazioni di Webb per migliorare la precisione delle misurazioni locali della costante di Hubble.
Il risultato conferma l’accuratezza della precedente stima effettuata con le osservazioni del telescopio Hubble. Tuttavia, proprio per questo, rimarca anche la discrepanza rispetto al valore previsto dalla CMB.
Le stime di Hubble e Webb, a partire dalle Cefeidi
Il tasso di espansione dell’Universo rappresenta la velocità con cui esso si sta espandendo. Per darne una stima, gli scienziati utilizzano stelle di galassie remote come indicatori.
In particolar modo, le stelle variabili Cefeidi, supergiganti luminose che pulsano con periodi diversi, sono stati strumenti cruciali per misurare le distanze galattiche per decenni. Più lungo è il periodo di pulsazione, più sono luminose, il che le rende utili per misurare distanze astronomiche.
Tuttavia, nella vista da Terra, molte stelle sono troppo vicine tra loro per essere distinte. L’uso combinato dei telescopi spaziali Hubble e Webb ha permesso invece di separare con precisione le Cefeidi dalle loro vicine, confermando misurazioni decennali.
Il telescopio Webb, grazie alla sua visione infrarossa nitida, ha migliorato la risoluzione e confermato l’accuratezza di 30 anni di misurazioni di Hubble. Questi dati sono essenziali per stabilire la scala delle distanze cosmiche e calcolare con precisione il tasso di espansione dell’Universo.
Il contributo del James Webb
Il grande contributo del Webb è stato in particolar modo l’osservazione nella lunghezza d’onda infrarossa. Per poter vedere la luce che passa indenne attraverso la polvere cosmica, interposta fra la Terra e le galassie lontane, è infatti necessario uno strumento che veda a infrarossi. Essendo questa la caratteristica peculiare di JWST, è stato molto più semplice rispetto ad Hubble separare facilmente la luce delle Cefeidi lontane da quella delle stelle vicine.
Nel primo anno di attività di Webb, all’interno del programma General Observers 1685, sono state raccolte le osservazioni delle stesse Cefeidi trovate da Hubble in diverse galassie. In particolar modo, questo studio si concentra su due galassie:
- La prima, NGC 4258, è galassia con una distanza geometrica nota, che ha consentito di calibrare la vera luminosità delle Cefeidi.
- La seconda, NGC 5584, è una galassia contenente una recente supernova di tipo 1a, utile a una stima precisa delle distanze astronomiche.
Le misurazioni di Webb hanno ridotto drasticamente il rumore nelle misurazioni: sono state osservate più di 320 Cefeidi soltanto nei primi due passaggi di Webb. In ogni caso, è stato possibile confermare che le misurazioni precedenti del telescopio spaziale Hubble erano accurate, anche se più rumorose.
Resta la discrepanza sul tasso di espansione
Gli scienziati stanno cercando di comprendere perché l’Universo si sta espandendo così rapidamente. Il problema è che osservando l’immagine primordiale dell’Universo, il CMB, e utilizzando modelli matematici per stimare quanto velocemente dovrebbe espandersi oggi, si ottiene una stima diversa dal valore misurato dalle osservazioni, come questa del James Webb, della velocità di espansione.
Ciò potrebbe indicare che ci manca una tassello fondamentale della nostra comprensione del cosmo. La continua conferma dei valori sperimentali, porta quindi a credere che sia il nostro modello ad essere sbagliato, ma nonostante questa ulteriore conferma, è ancora presto per trarre conclusioni.
Le spiegazioni possibili includono:
- L’esistenza di energia oscura o materia oscura esotica.
- Una revisione della nostra comprensione della gravità.
- La presenza di una particella o campo unico e non ancora scoperto.
Un’ipotesi più semplice sarebbe quella che gli errori di misurazione di Hubble e di Webb coincidano nella stessa direzione, ma ciò è stato in larga parte escluso dagli astronomi attraverso misurazioni indipendenti.
L’arrivo del James Webb offre una nuova opportunità per confermare o confutare la tensione di Hubble. Per ora, il fatto che le sue stime concordino con quelle di Hubble rafforza la convinzione che errori sistematici nelle misurazioni non siano la causa principale della tensione. Questo significa che le spiegazioni più intriganti, come l’esistenza di nuove forme di energia o materia, rimangono plausibili, e il mistero della tensione di Hubble rimane aperto. Rappresentando una delle sfide più affascinanti nella cosmologia moderna.
Lo studio, accettato per la pubblicazione su The Astrophysical Journal, è reperibile qui.
