Nuove misurazioni della radiazione cosmica di fondo affinano la “tensione di Hubble”
Le osservazioni con il South Pole Telescope hanno rivelato un’aggiunta indipendente al più grande problema della cosmologia.
Il South Pole Telescope è stato cruciale per queste osservazioni. La radiazione cosmica di fondo (CMB) è la prima luce che è stata in grado di muoversi liberamente attraverso l’Universo. Rilasciata circa 400.000 anni dopo il Big Bang, è una mappa che è stata utilizzata dagli astronomi per comprendere il cosmo. Per vederla nella sua interezza bisogna andare nello spazio, misurandola su tutto il cielo, come ha fatto il satellite Planck. Da diverse località sulla Terra, si ottengono porzioni di essa, ma si possono ottenere più dettagli rispetto allo spazio, come ha fatto il nuovo lavoro.
Gli astronomi che utilizzano il South Pole Telescope (SPT) hanno effettuato misurazioni ad alta precisione della CMB. In un articolo che non è ancora stato sottoposto a revisione paritaria, hanno misurato la polarizzazione di questa luce. Le onde luminose sono oscillazioni di campi elettrici e magnetici, e queste oscillazioni possono avvenire in qualsiasi direzione perpendicolare alla direzione in cui la luce sta viaggiando. Quando la luce è polarizzata, le oscillazioni avvengono invece in una direzione specifica. Questa luce oscillante è dietro gli occhiali 3D: la luce con due polarizzazioni viene proiettata sullo schermo, ma le lenti destra e sinistra degli occhiali lasciano passare solo un tipo di luce polarizzata.
Per quanto riguarda la CMB, la luce polarizzata ci permette di apprendere ancora di più su com’era l’universo quando questa luce è stata emessa. Questo affina la tensione di Hubble, almeno con le misurazioni locali più ampiamente accettate.
“Quasi tutti i nostri vincoli cosmologici provengono dalla CMB, principalmente dai dati del satellite Planck. Ma i vincoli di Planck provengono quasi tutti dalle informazioni codificate nelle fluttuazioni dell’intensità totale della CMB, mentre la recente misurazione del SPT utilizza solo informazioni dalla polarizzazione (o ‘direzione di oscillazione’) della CMB. In questo modo, i nuovi vincoli del SPT sono quasi indipendenti dai risultati di Planck e forniscono quindi un test chiave di quei risultati,” ha detto il co-autore dello studio, il Professor Tom Crawford dell’Università di Chicago, a IFLScience.
Nel primo metodo, utilizzando i dati della CMB, gli scienziati hanno calcolato che l’universo si sta espandendo a una velocità di 67,4 chilometri al secondo per megaparsec, con 1 megaparsec pari a 3,26 milioni di anni luce. Questo significa che se due galassie sono distanti 1 megaparsec, l’espansione dell’universo le farebbe sembrare che si stiano allontanando l’una dall’altra a una velocità di 67,4 chilometri (42 miglia) al secondo. Il secondo metodo invece calcola questo misurando la distanza delle galassie locali da noi e quanto velocemente sembrano allontanarsi a causa dell’espansione dell’universo. Questo metodo ottiene 73 chilometri al secondo per megaparsec.
Le incertezze su questi due metodi sono piccole e non si sovrappongono, da qui la tensione. Le osservazioni del SPT concordano con i dati di Planck. “Poiché i risultati del SPT sono indipendenti da Planck, avrebbero potuto collocarsi ovunque nell’intervallo tra ’concordare con Planck’ e ‘concordare con le misurazioni locali’, e si sono collocati esattamente sopra Planck. Questo affina la tensione di Hubble, almeno con le misurazioni locali più ampiamente accettate,” ha detto il Professor Crawford a IFLScience.
La mappa della CMB del SPT. I colori rappresentano la quantità di polarizzazione. Sembra un’immagine magica, ma fidatevi, non contiene il Messaggio Finale di Dio alla Sua Creazione.
Uno o entrambi i campi stanno sottovalutando le loro incertezze, e i valori sembrano solo essere diversi? O c’è qualcosa di sbagliato nel nostro modello dell’universo? Non sappiamo quale sia la soluzione qui, ma le osservazioni di follow-up sono cruciali. Questo è il motivo per cui questo lavoro è stato incredibilmente importante e il SPT è stato cruciale per esso.
“Il Polo Sud è il miglior sito sulla Terra per fare osservazioni profonde e a basso rumore della CMB, e SPT-3G, la fotocamera attuale sul SPT, è la fotocamera CMB ad alta risoluzione più potente attualmente in funzione. È solo con il livello di profondità che abbiamo raggiunto in questo risultato (e utilizzando nuove tecniche di analisi che massimizzano le informazioni che possiamo estrarre dai dati) che siamo in grado di produrre vincoli cosmologici solo dalla polarizzazione che sono competitivi con i risultati dell’intensità totale della CMB,” ha detto il Professor Crawford a IFLScience.
L’articolo è stato sottoposto alla rivista Physical Review D ed è disponibile come preprint su ArXiv.