Essere o non essere “costante”: il nuovo dilemma della cosmologia moderna
Fabio Dainotti
Immaginate l’universo come una torta estesa all’infinito. Studiare la cosmologia è un po’ come assaggiare diverse fette di questa torta e, dalla degustazione, cercare di indovinarne gli ingredienti e la ricetta. Immaginiamo che assaggiando un pezzo “vicino” e uno “lontano” di questa torta ci rendiamo conto che la velocità di lievitazione dell’impasto è profondamente diversa nelle due fette. Questa metafora esprime la cosiddetta “tensione della costante di Hubble”.
Secondo il modello cosmologico più accreditato, il cosiddetto modello ΛCDM, la costante di Hubble (H0) è necessaria per stimare il tasso di espansione dell’universo, la sua età e il suo futuro destino in termini di evoluzione. Nonostante l’ampio consenso che il modello ΛCDM ha ottenuto nella comunità scientifica, ci sono diversi problemi aperti con cui questo modello deve confrontarsi, in particolare la tensione della costante di Hubble. Per essere più precisi, si tratta della discrepanza tra il valore di H0 stimato con osservazioni locali (come Supernovae Ia, che ha portato alla scoperta nel 1998 dell’espansione accelerata dell’universo) e lo stesso valore calcolato grazie alla Radiazione Cosmica di Fondo, che evidenzia i primi fotoni visibili nell’universo appena 380.000 anni dopo il Big Bang. La profonda differenza tra i due valori non riesce ad essere sanata neanche considerando le incertezze attribuite ad ognuna di queste misure.
La tensione di H0 è stata oggetto di indagine da parte di un team internazionale guidato dalla Dott.ssa Maria Dainotti, Assistant Professor presso il National Astronomical Observatory of Japan, The Graduate University for Advanced Studies, SOKENDAI (Giappone) e Visiting Researcher presso lo Space Science Institute (USA), e composto da Biagio De Simone, ex studente magistrale in Fisica presso l’Università degli Studi di Salerno (Italia); Tiziano Schiavone, dottorando presso l’Università di Pisa (Italia); Dr. Giovanni Montani, Ricercatore in ENEA (Italia) ed Adjunct Professor presso l’Università la Sapienza di Roma (Italia); Enrico Rinaldi, Ricercatore presso l’Università del Michigan (USA) e Visiting Researcher presso RIKEN (Giappone); Gaetano Lambiase, Professore Ordinario presso l’Università degli Studi di Salerno.
Il nuovo articolo, pubblicato su The Astrophysical Journal (https://arxiv.org/abs/2103.02117, DOI: 10.3847/1538-4357/abeb73), indaga la famosa tensione di H0 grazie ai dati delle osservazioni più vicine a noi. A tal fine, il team ha utilizzato una raccolta di 1048 Supernovae Tipo Ia (il campione Pantheon) e l’ha divisa in 3, 4, 20 e 40 sotto campioni seguendo un ordine crescente in redshift, ovvero crescente con la distanza delle Supernovae da noi. Per ogni sottocampione è stato stimato il corrispondente valore di H0 ed i diversi valori sono stati poi osservati nella loro interezza grazie ad un modello matematico ad hoc: non solo è stato osservato un andamento decrescente di H0 già a partire dalle osservazioni delle Supernovae locali ma si è anche visto come il trend decrescente riesce a riprodurre i valori di H0 più lontani compatibili con quello osservato grazie alla Radiazione Cosmica di Fondo.
Questo andamento decrescente potrebbe essere dovuto ad effetti di selezione astrofisici oppure all’evoluzione residua dei parametri delle Supernovae o, addirittura, potrebbe essere il sintomo di una probabile crisi dell’astrofisica moderna. Come interpretazione del comportamento ottenuto della costante di Hubble con il redshift, potrebbe essere necessaria una nuova cosmologia oltre il modello ΛCDM, magari sfruttando le teorie di gravità modificata le quali prevedono che la famosa costante di Einstein presente nella Legge di Newton per l’attrazione gravitazionale non sia in realtà costante, bensì potrebbe variare a seconda della scala di grandezza o di distanza del fenomeno.
La tensione H0 rimane un dibattito aperto e questi risultati potrebbero incentivare lo sviluppo di nuovi scenari interpretativi nell’ambito dell’astrofisica e della cosmologia moderna.
