{"id":9281,"date":"2020-12-12T01:04:30","date_gmt":"2020-12-12T00:04:30","guid":{"rendered":"https:\/\/cielipiemontesi.it\/?p=9281"},"modified":"2020-12-12T01:04:32","modified_gmt":"2020-12-12T00:04:32","slug":"costante-di-hubble-sotto-la-lente-gravitazionale","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/cielipiemontesi.it\/?p=9281","title":{"rendered":"Costante di Hubble sotto la lente gravitazionale"},"content":{"rendered":"\n

OTTENUTA UNA STIMA DI H0 PARI A 67 KM\/S\/MPC PI\u00d9 O MENO 5 PER CENTO<\/strong>. Un nuovo metodo per stimare la costante di Hubble chiamato \u201ctime-delay cosmography\u201d e basato sul fenomeno fisico delle lenti gravitazionali forti \u00e8 stato messo a punto dal team internazionale TdCosmo. La nuova tecnica di misura ha dimostrato la sua potenzialit\u00e0 nello stimare la costante con un\u2019accuratezza e una precisione senza precedenti. Ne parliamo con Chiara Spiniello, coautrice dell\u2019articolo pubblicato oggi su A&A<\/em><\/strong>.<\/p>\n\n\n\n

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Se tutto \u00e8 allineato alla perfezione, l\u2019attrazione gravitazionale di una galassia pu\u00f2 piegare la luce da un quasar distante in quattro immagini separate<\/strong>. E se la luce che forma quelle immagini giunge fino a noi seguendo percorsi di lunghezze leggermente diverse, misurando i ritardi \u00e8 possibile calcolare le distanze dalla galassia lente e dal quasar alle sue spalle.<\/strong> Crediti: Martin Millon\/Swiss Federal Institute of Technology Lausanne. Galaxy and quasar image: Hubble Space Telescope\/Nasa<\/strong><\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Il numero pi\u00f9 ambito dell\u2019astrofisica? Si chiama costante di Hubble<\/strong><\/a>\u00a0\u2013 H0<\/em>,\u00a0\u201cacca-zero\u201d in italiano, \u201ceich-not\u201d in inglese \u2013 ed \u00e8 una costante, per l\u2019appunto, che indica il tasso di espansione dell\u2019universo<\/strong>. Si tratta di quel numerino che, nella famosa legge di Hubble<\/strong><\/a>, funge da fattore moltiplicativo fra la velocit\u00e0 di recessione di una sorgente astronomica \u2013 la velocit\u00e0 con la quale si sta allontanando da noi \u2013 e la sua distanza: ci dice, ad esempio, che pi\u00f9 una galassia \u00e8 lontana da noi, pi\u00f9 la velocit\u00e0 con la quale la vedremo allontanarsi aumenta. Le sue dimensioni fisiche sono quelle di una velocit\u00e0 (in km\/s) diviso una distanza (in Mpc)<\/em> e la sua esistenza \u00e8 uno dei pilastri fondanti della cosmologia moderna.<\/p>\n\n\n\n

Ma quanto vale? In quasi un secolo di tempo intercorso dalla scoperta della relazione da parte del cosmologo Edwin Hubble<\/strong>, nel 1929, diversi e numerosi metodi sono stati ideati e utilizzati per calcolarla \u2013 metodi che considerano sorgenti astrofisiche diverse e che portano con s\u00e9 problematiche diverse, producendo stime spesso discrepanti.<\/p>\n\n\n\n

Utilizzando un metodo diverso rispetto ai due pi\u00f9 famosi \u2013 basati uno sulla stima della distanza delle vicine supernove<\/em>, l\u2019altro sulle sottili increspature nella radiazione cosmica di fondo<\/strong><\/a><\/em> \u2013 chiamato time-delay cosmography<\/em>, la collaborazione TdCosmo<\/strong><\/a> ha ottenuto nuove stime della costante di Hubble. Il fenomeno fisico su cui si fonda il nuovo metodo \u00e8 quello delle \u201clenti gravitazionali forti<\/strong><\/a>\u201d applicato a sorgenti variabili, e il valore ottenuto sarebbe in accordo con le stime di H0<\/em> provenienti da metodi indipendenti, con un potenziale di miglioramento della precisione di misura<\/em> senza precedenti. I risultati sono stati pubblicati oggi nella rivista Astronomy & Astrophysics.<\/em><\/p>\n\n\n\n

Il metodo della time-delay cosmography<\/em> (cosmografia con tempi di ritardo, letteramente) non \u00e8 nuovo, e come dicevamo sfrutta il fenomeno dello strong gravitational lensing<\/em> (lenti gravitazionali forti) per calcolare il tempo di ritardo nell\u2019arrivo del segnale luminoso proveniente da sorgenti astronomiche a fotometria variabile \u2013 come lontani quasar o supernove<\/em> \u2013 quando esse vengono visualizzate da terra come immagini multiple<\/em>.
Se la luce di un oggetto lontano<\/em>, nel suo tragitto verso i nostri occhi telescopici, attraversa il campo gravitazionale di<\/em> un oggetto massiccio \u2013 come una galassia<\/em>, che chiameremo d\u2019ora in poi lente<\/em> \u2013 il suo fronte d\u2019onda si scinde formando diverse immagini<\/em>. Se tale oggetto poi ha una luminosit\u00e0 variabile<\/em>, i fronti d\u2019onda<\/em> che formano le immagini multiple sono ritardati l\u2019uno rispetto all\u2019altro<\/em>, poich\u00e9 la luce viaggia per un tempo leggermente diverso nei percorsi seguiti attraverso il potenziale gravitazionale della lente. Misurando precisamente il ritardo relativo di ogni percorso<\/em>, chiamato time-delay<\/em>, si pu\u00f2 misurare, fra le altre cose, come \u00e8 distribuita la massa nella galassia lente<\/em>. Il ritardo temporale dipende anche dalla geometria dello spazio-tempo, cio\u00e8 dalla costante di Hubble, e dalla distribuzione di massa di tutti gli oggetti lungo la linea di vista. Convertire il time-delay<\/em> in una stima della costante di Hubble richiede dunque un modello che descriva la distribuzione di massa della lente<\/em>, a cui venga applicata una correzione che renda conto di tutta materia attraversata dal segnale luminoso dalla sua emissione fino all\u2019osservatore<\/em> e che potrebbe alterarne il percorso \u2013 il cosiddetto \u201ceffetto dell\u2019ambiente lungo la linea di vista<\/strong>\u201d.<\/p>\n\n\n\n

A sentirla cos\u00ec, sembra una procedura piuttosto complicata, ma \u2013 assicurano gli autori dello studio \u2013 questo metodo di misura \u00e8 pi\u00f9 diretto e meno affetto da errori sistematici di altri attualmente in uso.<\/p>\n\n\n\n

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Chiara Spiniello<\/strong>, coautrice dello studio pubblicato su A&A, ricercatrice Hintze Fellow presso il Sub-Department of Astrophysics dell\u2019universit\u00e0 di Oxford<\/strong> e associata presso la sede napoletana dell\u2019Inaf<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

\u00abIl nostro approccio \u00e8 sicuramente complementare agli altri proposti e usati con successo per misurare l\u2019espansione dell\u2019universo\u00bb, dice a Media Inaf<\/em> Chiara Spiniello<\/strong>, ricercatrice Hintze Fellow presso il Sub-Department of Astrophysics <\/em>dell\u2019universit\u00e0 di Oxford<\/em> e associata presso la sede napoletana dell\u2019Inaf<\/em>. \u00abOgni metodo ha le sue limitazioni. In particolare per\u00f2, la \u201ctime-delay cosmography\u201d esplorata da TdCosmo \u00e8 un metodo pi\u00f9 diretto rispetto a quello basato sulla distanza delle supernove<\/em> \u2013 che \u00e8 costruito invece con una serie successiva di misure, ognuna delle quali ha un\u2019incertezza associata<\/em>. Tutte queste calibrazioni devono necessariamente essere precise e accurate per evitare che l\u2019errore propagato sulla stima finale della costante di Hubble diventi enorme\u00bb.<\/p>\n\n\n\n

Gi\u00e0 negli anni \u201860<\/em> gli studiosi della teoria della gravit\u00e0 di Einstein, la relativit\u00e0 generale, avevano dimostrato di poter usare la deflessione della luce causata da lenti gravitazionali forti per misurare direttamente le distanze cosmiche \u2013 noti con precisione il tempo di arrivo relativo dei segnali luminosi di ciascuna immagine multipla e la distribuzione della materia nella galassia che funge da lente.<\/em> Nell\u2019ultimo decennio, spiegano gli esperti, la capacit\u00e0 di misura di questi due parametri \u00e8 diventata sufficiente da consentire l\u2019adozione di questo metodo, la time-delay cosmography<\/em> appunto. Il lavoro di diversi team fra cui H0licow<\/strong><\/a>, Cosmograil<\/strong><\/a>, Strides<\/strong><\/a> e Sharp<\/strong><\/a> \u2013 ora sotto l\u2019organizzazione congiunta TdCosmo \u2013 ha considerato sette lenti gravitazionali di quasar variabili<\/strong> ed \u00e8 culminato nella prima misurazione della costante di Hubble,<\/em> valutata essere 73 km\/s\/Mpc<\/strong> (chilometri al secondo per megaparsec), con una precisione del 2 per cento. Il valore si mostrava i<\/strong><\/a>n accordo con le stime provenienti dalla distanza delle supernove<\/strong><\/a>, ma in tensione con le misure del fondo cosmico a microonde del modello cosmologico standard.<\/em><\/p>\n\n\n\n

Qualcosa comunque non quadrava, secondo Simon Birrer<\/strong>, ricercatore postdoc<\/em> presso l\u2019universit\u00e0 di Stanford<\/em> e membro del team di Strides \u2013 nonch\u00e9 primo autore dello studio pubblicato oggi. In particolare, i modelli di struttura delle galassie su cui si erano basati gli studi non erano abbastanza precisi da concludere che la costante di Hubble era davvero in disaccordo con le stime basate sulla Cmb. Occorreva trovare una nuova strategia per applicare lo stesso metodo senza dover contare su quelle assunzioni.<\/p>\n\n\n\n

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L\u2019attrazione gravitazionale di una galassia massiccia<\/strong> (oggetto al centro dell\u2019immagine in alto) piega la luce da un quasar distante lungo quattro percorsi<\/strong>, producendo cos\u00ec quattro diverse immagini dello stesso quasar (A \u2013 D). Poich\u00e9 ogni percorso ha una lunghezza leggermente diversa, la luce impiega tempi differenti a coprire ogni percorso, quindi le immagini sembrano scintillare in modo leggermente asincrono tra loro, come mostra il grafico (in basso) della variazione della luminosit\u00e0 delle quattro immagini. Crediti: M. Millon and F. Courbin\/Swiss Federal Institute of Technology Lausanne<\/strong><\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

\u00abQuesto \u00e8 un punto chiave del nostro risultato. Secondo il nostro parere, la maggior parte degli studi precedenti, inclusi gli studi della collaborazione TdCosmo, usavano un modello per il profilo di densit\u00e0 di massa che non era preciso abbastanza e si fondava su un numero elevato di assunzioni in grado, potenzialmente, di influire sulla misura dell\u2019accelerazione dell\u2019universo\u00bb, spiega Spiniello, ricordando come le precedenti pubblicazioni H0licow\/Strides avessero sempre e solo considerato che le stelle nella \u201cgalassia lente\u201d seguissero una distribuzione a legge di potenza,<\/em> e che la materia oscura fosse descritta con un profilo Navarro Frenk & White<\/strong><\/a>.<\/em><\/p>\n\n\n\n

Il nuovo studio pubblicato oggi<\/strong><\/a> sfrutta invece una maggiore statistica grazie a una serie di lenti gravitazionali aggiuntive,<\/em> allo scopo di stimare con pi\u00f9 accuratezza la massa e la struttura delle galassie lente<\/em> e sostituire le precedenti ipotesi. Si tratta di 33 lenti aggiuntive<\/em> con propriet\u00e0 simili \u2013 ma prive di una sorgente variabile di fondo che consenta di applicare direttamente il metodo dei ritardi temporali \u2013 indispensabili per stimare accuratamente le strutture galattiche.<\/p>\n\n\n\n

\u00ab\u00c8 la prima di una serie di pubblicazioni in cui ci proponiamo di testare l\u2019impatto di questa e delle altre molteplici assunzioni che entrano in gioco nel modellare le lenti, e che possono influenzare la misura della costante di Hubble. A mio parere\u00bb, continua Spiniello, \u00abl\u2019assunzione che influenza maggiormente il nostro risultato odierno \u2013 e l\u2019incertezza a esso associata \u2013 \u00e8 quella che le 7 lenti TdCosmo e le 33 lenti Slacs<\/em> usate infine nel nostro lavoro appartengano alla stessa popolazione di galassie, con un profilo di densit\u00e0 di massa uguale. Per testare questa assunzione in futuro, saranno necessari nuovi dati su un numero maggiore di lenti\u00bb.<\/p>\n\n\n\n

La nuova stima della costante di Hubble<\/strong>, diciamolo, \u00e8 scesa a circa 67 km\/s\/Mpc<\/strong>, con un\u2019incertezza del 5 per cento, in buon accordo con le stime ottenute dall\u2019analisi sulla Cmb<\/strong>, ma anche statisticamente coerenti con le precedenti determinazioni, date le incertezze.<\/p>\n\n\n\n

\u00abIn termini assoluti, otteniamo un risultato che \u00e8 in accordo con alcuni dei risultati precedenti ottenuti sia con lo stesso metodo che con metodi diversi. Il nostro metodo ha per\u00f2 il potenziale di ottenere una stima di H0<\/em> con una incertezza minore rispetto ad altri metodi<\/strong>, fino a un livello di precisione dell\u20191 per cento <\/strong>\u2013 indispensabile per investigare la natura della materia oscura<\/em>, la curvatura dell\u2019universo<\/em> e quindi confermare la validit\u00e0 della Relativit\u00e0 generale\u00bb, conclude Spiniello.<\/p>\n\n\n\n

Il team sta gi\u00e0 raccogliendo i dati necessari ad aumentare la precisione e stabilizzare le ipotesi,<\/em> in attesa di ottenere inedite e precisissime immagini di lenti gravitazionali dal Rubin Observatory Legacy Survey of Space and Time<\/strong><\/a> a cui attingere.<\/p>\n\n\n\n

Per saperne di pi\u00f9:<\/strong><\/p>\n\n\n\n