Le onde gravitazionali possono aiutare a rispondere all'enigma cosmico dell'espansione universale

Le misurazioni delle onde gravitazionali nei prossimi decenni risolveranno il dibattito sulla velocità con cui l'Universo si sta espandendo, una nuova ricerca suggerisce.

Il cosmo si è espanso per 13,8 miliardi di anni. Il suo attuale tasso di espansione, noto come "costante di Hubble", fornisce il tempo trascorso dal Big Bang.

Tuttavia, i due metodi migliori utilizzati per misurare la costante di Hubble - il prodotto del lavoro di Edwin Hubble e Georges Lemaître negli anni '20 e uno dei numeri più importanti della cosmologia - hanno risultati contrastanti. Ciò suggerisce che la nostra comprensione della struttura e della storia dell'universo - il "modello cosmologico standard" - e la sua velocità di espansione, potrebbero essere errate.

L'impressione dell'artista di una fusione di stelle di neutroni e le conseguenti increspature nello spazio-tempo che possono essere misurate da LIGO

Come dice il co-autore dello studio UCL Professor of Physics & Astronomy Hiranya Peiris: “[La costante di Hubble] è essenziale per stimare la curvatura dello spazio e l'età dell'universo, nonché per esplorarne il destino.

"Possiamo misurare la costante di Hubble usando due metodi: uno osservando le stelle e le supernove di Cefeide nell'universo locale e un secondo usando le misurazioni della radiazione cosmica di fondo dall'universo primordiale, ma questi metodi non danno gli stessi valori, il che significa il nostro modello cosmologico standard potrebbe essere difettoso. "

Lo studio, pubblicato oggi in Physical Review Letters di un team internazionale che comprende i cosmologi dell'University College di Londra (UCL) e del Flatiron Institute, mostra come i nuovi dati indipendenti delle onde gravitazionali emesse da 50 stelle binarie di neutroni chiamate "sirene standard" spezzeranno il punto morto tra le misure contrastanti una volta per tutte.

Il dott. Stephen Feeney del Center for Computational Astrophysics presso il Flatiron Institute di New York City, autore principale del documento, afferma: "Abbiamo calcolato che osservando 50 stelle binarie di neutroni nel prossimo decennio, avremo sufficienti dati sulle onde gravitazionali per determinare in modo indipendente la migliore misurazione della costante di Hubble

"Dovremmo essere in grado di rilevare sufficienti fusioni per rispondere a questa domanda entro 5-10 anni."

Feeney, Peiris e colleghi hanno sviluppato una tecnica universalmente applicabile che calcola come i dati delle onde gravitazionali risolveranno il problema.

Le onde gravitazionali vengono emesse quando le stelle binarie dei neutroni si muovono a spirale l'una verso l'altra prima di scontrarsi in un lampo luminoso che può essere rilevato dai telescopi. I ricercatori dell'UCL sono stati coinvolti nel rilevare la prima luce da un evento di onda gravitazionale nell'agosto 2017.

Gli eventi binari con stelle di neutroni sono rari, ma sono inestimabili nel fornire un'altra via per tracciare come si sta espandendo l'universo. Le onde gravitazionali che emettono causano increspature nello spazio-tempo che possono essere rilevate dagli esperimenti Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) e dagli esperimenti Virgo, fornendo una misurazione precisa della distanza del sistema dalla Terra.

Rilevando ulteriormente la luce dall'esplosione che accompagna, gli astronomi possono determinare la velocità del sistema e quindi calcolare la costante di Hubble usando la legge di Hubble.

Per questo studio, i ricercatori hanno modellato quante osservazioni del genere sarebbero necessarie per risolvere il problema della misurazione accurata della costante di Hubble.

Il professor Peiris conclude: "Questo, a sua volta, porterà al quadro più accurato di come si sta espandendo l'universo e ci aiuterà a migliorare il modello cosmologico standard."

Ricerca originale: https://www.simonsfoundation.org/2019/02/14/neutron-stars-hubble-constant/