La lente gravitazionale della supernova produce un nuovo valore per la costante di Hubble – Physics World

Uno studio su come la luce proveniente da una lontana supernova è stata lente gravitazionale mentre viaggiava verso la Terra è stato utilizzato per calcolare un nuovo valore per la costante di Hubble, un parametro importante che descrive l'espansione dell'universo. Sebbene quest'ultimo risultato non abbia sorpreso gli astronomi, osservazioni simili in futuro potrebbero aiutarci a capire perché tecniche diverse hanno finora prodotto valori molto diversi per la costante di Hubble.

L'universo si sta espandendo da quando è stato creato nel Big Bang 13.7 miliardi di anni fa. Negli anni '1920, l'astronomo americano Edwin Hubble osservò che le galassie più lontane dalla Terra sembrano allontanarsi dalla Terra più velocemente delle galassie più vicine a noi. Lo ha fatto misurando lo spostamento verso il rosso della luce proveniente da queste galassie, che è l'allungamento della lunghezza d'onda della luce che si verifica quando un oggetto si allontana da un osservatore.

La relazione lineare tra distanza e velocità che ha misurato è descritta dalla costante di Hubble e da allora gli astronomi hanno sviluppato diverse tecniche per misurarla.

Gli astronomi sono perplessi, tuttavia, perché misurazioni diverse hanno fornito valori molto diversi per la costante di Hubble. Le misurazioni della radiazione cosmica di fondo a microonde (CRB) effettuate dal satellite Planck dell'Agenzia spaziale europea danno un valore di circa 67 km/s/Mpc. Tuttavia, le misurazioni che coinvolgono le osservazioni della supernovae di tipo 1a effettuate dalla collaborazione SH0ES danno un valore di circa 73 km/s/Mpc. Le incertezze in queste misurazioni sono di circa l'1-2%, quindi c'è una chiara tensione tra le due tecniche. Gli astronomi vogliono sapere perché e scoprire che stanno sviluppando nuovi modi per misurare la costante di Hubble.

Ora, gli astronomi hanno misurato la costante di Hubble usando la luce di una supernova esplosa 9.34 miliardi di anni fa. Nel suo cammino verso la Terra, la luce è passata attraverso un ammasso di galassie ed è stata deviata dall'immenso campo gravitazionale dell'ammasso, che ha focalizzato la luce verso la Terra. Questo effetto è chiamato lente gravitazionale.

Distribuzione di massa grumosa

La distribuzione irregolare della massa nell'ammasso ha creato un complesso campo gravitazionale che ha inviato la luce della supernova lungo diversi percorsi verso la Terra. Quando la supernova è stata osservata per la prima volta nel 2014, appariva come quattro punti di luce. Quando i quattro punti svanirono, un quinto apparve 376 giorni dopo. Questa luce è stata ritardata dal percorso più lungo che aveva intrapreso attraverso l'ammasso.

Durante quei 376 giorni l'universo si era espanso, il che significa che la lunghezza d'onda della luce che arrivava in ritardo era spostata verso il rosso. Misurando questo spostamento verso il rosso extra, un team guidato da Patrick Kelly dell'Università del Minnesota è stato in grado di calcolare la costante di Hubble. Utilizzando diversi modelli di distribuzione di massa per gli ammassi, il team ha ottenuto valori per la costante di 64.8 km/s/Mpc o 66.6 km/s/Mpc.

La misurazione del ritardo temporale della supernova sembrerebbe a prima vista favorire il valore della costante di Hubble di Planck rispetto a SH0ES. Tuttavia, le precedenti misurazioni del ritardo temporale della luce del quasar osservate dal H0LiCOW collaborazione danno un valore di 73.3 km/s/Mpc – quindi più vicino a SH0ES.

Anche se questo potrebbe sembrare confuso, il collega di Kelly Tommaso Treu dell'Università della California, Los Angeles sottolinea che gli ultimi risultati non sono sorprendenti.

"Non sono molto diversi", dice. "Nell'ambito delle incertezze, questa nuova misurazione è coerente con tutti e tre [Planck, SH0ES e H0LiCOW]."

Sherry Suyu del Max Planck Institute for Astrophysics in Germania, che guida il progetto H0LiCOW e non è stato coinvolto in queste nuove misurazioni del ritardo temporale, non vede necessariamente un paradosso.

Promessa futura

"Questo valore [dalla supernova] proviene da un sistema a lente singola e, date le sue barre di errore, la misurazione è statisticamente coerente con i risultati dei quasar con lente di H0LiCOW", afferma.

L'incertezza nella misurazione del ritardo temporale della supernova è correlata a come la massa è distribuita nella galassia: quanta materia oscura e materia barionica (normale) è presente e come è diffusa in tutto l'ammasso. Il team di Kelly e Treu ha utilizzato una varietà di modelli e le differenze tra i modelli costituiscono gran parte dell'incertezza nei loro valori per la costante di Hubble.

Finding a consistent constant

"La precisione delle basse misurazioni della costante di Hubble presentate qui non è sufficiente per argomentare contro il valore SH0ES più elevato", afferma Daniele Mortlock dell'Imperial College di Londra, anch'egli estraneo alla ricerca.

Tuttavia, Mortlock pensa che questo calcolo della costante di Hubble dalla misurazione del ritardo temporale di una supernova sia una pietra miliare. Finora sono state scoperte solo un paio di supernove con lente, ma nei prossimi anni quando il Osservatorio di Vera C. Rubin in Cile, che sfoggia un gigantesco telescopio per sondaggi di 8.4 metri, è online il numero di scoperte di supernove con lente dovrebbe aumentare notevolmente.

Lavoro "bello".

"Nel complesso, penso che sia un bel lavoro fare questa misurazione, ma forse l'aspetto più eccitante di questo è la promessa futura, dal momento che sondaggi come Rubin scopriranno molti altri sistemi di questo tipo", dice Mortlock.

Con un numero maggiore di supernove lente arriverà una maggiore precisione nelle misurazioni della costante di Hubble, che aiuterà a ridurre le barre di errore e confermerà se questi dati supportano i risultati di Planck o SH0ES. Alcuni teorici hanno anche ha suggerito quella nuova fisica potrebbe essere richiesto di spiegare la tensione di Hubble, supponendo che sia reale e non un errore sistematico non riconosciuto nelle osservazioni.

«Chiaramente è necessaria maggiore precisione per contribuire alla risoluzione della tensione di Hubble», conclude Treu. "Ma questo è un primo passo importante."

La ricerca è descritta in Scienze.

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/gravitational-lensing-of-supernova-yields-new-value-for-hubble-constant/