Misurazione della massima precisione dell’energia oscura nell’universo

Gli astrofisici hanno completato i calcoli più accurati della quantità di materia oscura ed energia oscura nell’universo fino ad oggi.

La potente analisi, chiamata Pantheon+, fornisce i limiti più precisi sulla composizione e l’evoluzione dell’universo, ma aumenta anche alcune discrepanze.

Un articolo sullo studio Pantheon+, condotto da ricercatori dell’Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) negli Stati Uniti, è stato pubblicato in un numero speciale del Giornale astrofisico.

Pantheon+ rileva che l’universo contiene circa due terzi (66,2%) di energia oscura e un terzo (33,8%) di materia. Di quella materia, la maggior parte è materia oscura, con la “materia ordinaria” – che possiamo vedere e toccare – che costituisce meno del cinque percento del cosmo.

Secondo lo studio, l’universo si è espanso a un ritmo accelerato negli ultimi miliardi di anni.

Pantheon+ fornisce supporto per le teorie prevalenti come la cosmologia delle prove, nota come “Modello standard di cosmologia”, mettendo così a tacere altre strutture alternative che cercano di comprendere gli strani fenomeni noti come energia e materia oscura. Entrambi sono pezzi critici del Modello Standard della Cosmologia, ma devono ancora essere osservati direttamente.

Gli esperimenti di ricerca della materia oscura sono attualmente in costruzione o già in corso. Uno di questi laboratori, chiamato “Genius Lair”, si trova in una miniera d’oro sotto la città vittoriana di Stawell.


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“Con questi risultati del Pantheon+, siamo in grado di imporre i vincoli più precisi alla dinamica e alla storia dell’universo fino ad oggi”, afferma l’autore principale del Giornale astrofisico paper, Dillon Brout, Einstein Fellow al CfA. “Abbiamo esaminato i dati e ora possiamo dire, con più sicurezza che mai, come si è evoluto l’universo e che le attuali migliori teorie sull’energia oscura e sulla materia oscura sono forti”.

Pantheon+ si basa sull’analisi di 1.500 esplosioni di stelle chiamate supernove di tipo Ia.

Le supernove di tipo Ia si verificano quando le stelle nane bianche – resti di stelle di medie dimensioni come il nostro sole – subiscono una reazione termonucleare incontrollata dopo aver accumulato troppa massa.

Poiché queste esplosioni sono così luminose, possono essere viste a distanze di oltre 10 miliardi di anni luce, ovvero circa tre quarti dell’età totale dell’universo. Misurando la luminosità apparente delle supernove (che si attenuano man mano che si allontanano), i cosmologi possono utilizzare indicatori di tempo e spazio, chiamati misurazioni “redshift”, per calcolare la velocità con cui l’universo si sta espandendo in diversi punti della sua storia.

È stata un’analisi del 1998 di queste supernove di tipo Ia che ha rivelato per la prima volta la crescita in espansione dell’universo.

“In molti modi, questa ultima analisi del Pantheon+ è il culmine di oltre due decenni di sforzi diligenti da parte di osservatori e teorici di tutto il mondo nel decifrare l’essenza del cosmo”, afferma il dottor Adam Riess, che non ha lavorato al documento Pantheon+, ma è stato uno dei vincitori del Premio Nobel per la Fisica 2011 per la scoperta dell’espansione accelerata dell’universo.

“Questo salto sia nella qualità del set di dati che nella nostra comprensione della fisica che lo sostiene, non sarebbe stato possibile senza un team stellare di studenti e collaboratori che lavorava diligentemente per migliorare ogni aspetto dell’analisi”, afferma Brout.



Pantheon+ fornisce un risultato di alta precisione per l’attuale tasso di espansione dell’universo, noto come costante di Hubble. I risultati del Pantheon+ sono stati combinati con la collaborazione Supernova H0 for the Equation of State (SH0ES), guidata da Riess nel calcolo della costante di Hubble.

Pantheon+ e SH0ES hanno trovato una costante di Hubble di 73,4 chilometri al secondo per megaparsec con solo l’1,3% di incertezza nel loro risultato. In altre parole, per ogni 3,26 milioni di anni luce (un megaparsec), l’universo nella nostra parte di spazio si espande a oltre 260.000 chilometri orari!

Ma non sono tutte buone notizie che escono da Pantheon+.

Le misurazioni della prima luce nell’universo, il fondo cosmico a microonde e il modello cosmologico standard predicono una costante di Hubble in un’epoca precedente dell’universo che è di gran lunga inferiore a quella calcolata dalle osservazioni delle supernove di tipo Ia.

Lungi dal risolvere questo problema, soprannominato la “tensione di Hubble”, i nuovi dati Pantheon+ e SH0ES peggiorano le cose. In effetti, la tensione ha ora superato l’importante soglia di 5-sigma, che viene utilizzata dai fisici per distinguere tra possibili errori statistici e qualcosa che è il risultato della fisica reale.

“Pensavamo che sarebbe stato possibile trovare indizi per una nuova soluzione a questi problemi nel nostro set di dati, ma invece stiamo scoprendo che i nostri dati escludono molte di queste opzioni e che le profonde discrepanze rimangono più ostinate che mai”, afferma Broout .

Nonostante questo mal di testa delle dimensioni di una supernova per i cosmologi, Pantheon+ fornisce una visione completa dell’evoluzione dell’universo per gran parte della sua storia.

“Con questo otteniamo una visione precisa dell’universo dal momento in cui era dominato dalla materia oscura fino a quando l’universo è stato dominato dall’energia oscura”, spiega Brout. “Questo set di dati è un’opportunità unica per vedere l’energia oscura accendersi e guidare l’evoluzione del cosmo sulle più grandi scale nel tempo presente”.

Si spera che lo studio di questo trasferimento con maggiori prove statistiche porti a una comprensione più chiara di come funziona l’energia oscura.

“Pantheon+ ci sta dando le migliori possibilità fino ad oggi di limitare l’energia oscura, le sue origini e la sua evoluzione”, aggiunge Brout.



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