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Aug 04, 2023

JWST è la macchina perfetta per risolvere la tensione di Hubble

Hai appena trovato la scrivania perfetta in un mercatino dell'usato e la misuri per vedere se si adatta al tuo appartamento. Hai portato un metro a nastro per misurarlo e scopri che è 180 cm. Perfetto. Ma il tuo

Hai appena trovato la scrivania perfetta in un mercatino dell'usato e la misuri per vedere se si adatta al tuo appartamento. Hai portato un metro a nastro per misurarlo e scopri che è 180 cm. Perfetto. Ma il tuo amico ha portato anche un metro a nastro e scopre che è 182 cm, che sarebbe un tantino troppo lungo. Non sai quale metro a nastro è giusto, quindi hai un enigma. Anche gli astronomi hanno un enigma, noto come tensione di Hubble.

Gli astronomi hanno diversi modi per misurare le dimensioni dell’universo. Possono osservare le fluttuazioni dello sfondo cosmico, le lunghezze d'onda della luce laser a microonde emanata dai buchi neri, la luminosità delle supernove lontane e così via. Ognuno di questi è un modo indipendente di misurare la distanza. Un sovrano indipendente, se vuoi. Si scopre che non tutti sono d'accordo e, per questo motivo, forniscono misure diverse per il tasso di espansione cosmica, noto come parametro di Hubble. I valori ottenuti per il parametro di Hubble rientrano tutti nello stesso livello generale, ma non esattamente gli stessi, da qui il termine tensione di Hubble.

I risultati tendono a raggrupparsi in due valori. Le osservazioni del fondo cosmico e poche altre danno un valore di circa 67 – 68 (km/s)/Mpc. Le osservazioni di supernove distanti danno un valore di circa 71 – 75 (km/s)/Mpc. Non esiste un modo chiaro per risolvere questa tensione. Da un lato, il primo gruppo di osservazioni generalmente si basa su meno ipotesi di modello e sono misure più dirette su scala cosmica. La seconda misura, invece, si basa su un processo a più fasi noto come scala della distanza cosmica. È più complesso ma si basa su una lunga storia di eccellenti misurazioni astronomiche. Questo nuovo lavoro si concentra sul secondo approccio, esaminando in particolare se le nostre misurazioni della scala della distanza cosmica sono distorte.

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Molto in generale, la scala della distanza cosmica utilizza tre gradini di misurazione. Il primo gradino è la parallasse, in cui utilizziamo la geometria semplice per misurare le distanze stellari, il che è estremamente accurato. Il secondo gradino esamina un tipo di stella variabile nota come variabili Cefeidi. La loro velocità di oscillazione è correlata alla loro luminosità complessiva. Il terzo gradino misura la luminosità apparente delle supernove di tipo Ia, che esplodono sempre con luminosità costante. Quindi usiamo la parallasse per misurare le distanze delle Cefeidi, la usiamo per adattare la frequenza degli impulsi alla luminosità complessiva, quindi usiamo gli impulsi delle Cefeidi per misurare le distanze delle supernovae, da cui otteniamo la luminosità effettiva delle supernovae di tipo Ia. Quindi, quando vediamo una supernova in una galassia lontana, possiamo usare la sua luminosità apparente per calcolare la distanza galattica.

Una soluzione proposta alla tensione di Hubble suggerisce che forse la nostra scala per le variabili Cefeidi è sbagliata. Anche se possiamo misurare le distanze di parallasse per molte Cefeidi, misurare la luminosità può essere una sfida. Quando una variabile Cefeide si trova vicino a diverse altre stelle, può essere difficile separare la sua luminosità dalla luminosità di fondo delle stelle vicine. È un effetto noto come affollamento e potrebbe distorcere i nostri dati.

Per determinare se questa distorsione è significativa, il team ha confrontato le osservazioni delle Cefeidi effettuate dal telescopio spaziale Hubble con le osservazioni del telescopio spaziale James Webb. Le osservazioni di Hubble sono state a lungo la base del gradino delle Cefeidi nella scala delle distanze cosmiche, ma da quando JWST osserva le Cefeidi alle lunghezze d'onda dell'infrarosso, il clustering è meno un problema. Il team ha utilizzato 560 misure Cefeidi di Hubble e 325 misure Cefeidi di JWST.

Hanno scoperto che le osservazioni del JWST aumentavano la precisione della scala delle Cefeidi, ma la scala complessiva non veniva modificata. In altre parole, il problema del clustering osservato nei dati di Hubble non influenza in modo significativo la scala delle distanze cosmiche. Quindi questo non risolve la tensione su Hubble. I nuovi risultati in realtà peggiorano leggermente la tensione, perché la scala delle Cefeidi è ora più precisa.