Gli astrofisici dell’Università dell’Illinois e dell’Università di Chicago hanno proposto una nuova tecnica per misurare la costante di Hubble – la velocità con cui l’Universo si espande – utilizzando il debole “ronzio” sottostante delle onde gravitazionali. Questo approccio, se perfezionato con futuri miglioramenti del rilevatore, ha il potenziale per rimodellare la comprensione cosmologica e affrontare un conflitto chiave nell’astrofisica moderna.
La tensione di Hubble e perché è importante
Per anni, gli astronomi hanno lottato con una discrepanza tra le misurazioni della costante di Hubble: i valori ottenuti dall’osservazione dell’Universo primordiale (tramite lo sfondo cosmico a microonde) si scontrano con quelli derivati dallo studio di oggetti vicini come le supernovae e le variabili Cefeidi. Questa differenza, nota come “tensione di Hubble”, suggerisce che i nostri attuali modelli di cosmologia potrebbero essere incompleti. Risolvere questa tensione è cruciale perché potrebbe indicare una nuova fisica oltre il Modello Standard, come il comportamento dell’energia oscura in modo diverso dal previsto, o addirittura l’esistenza di particelle precedentemente sconosciute.
Sirene stocastiche: un nuovo approccio
Il metodo proposto si basa sull’analisi del “fondo stocastico delle onde gravitazionali” – un debole e continuo rombo creato dal segnale combinato di innumerevoli collisioni di buchi neri nel cosmo. Questo background non è un segnale unico e chiaro, ma un sottile modello statistico.
“Invece di individuare fusioni individuali, stiamo osservando il mormorio collettivo di tutti questi eventi”, ha spiegato il professor Nicolás Yunes dell’Università dell’Illinois. “Analizzando statisticamente la velocità con cui queste collisioni avvengono a diverse distanze, possiamo dedurre il tasso di espansione dell’Universo”.
Il team chiama questa tecnica il metodo della “sirena stocastica”. A differenza dei metodi tradizionali che si basano sull’osservazione di eventi specifici (come le supernovae), questo approccio attinge direttamente al tessuto dello spaziotempo stesso, offrendo una misurazione indipendente.
Come funziona
L’idea centrale è semplice: la velocità con cui si verificano le collisioni dei buchi neri dipende dalla velocità con cui l’Universo si sta espandendo. Le fusioni più distanti appaiono meno frequenti perché l’Universo si è allungato ulteriormente da quando si è verificato l’evento. Modellando attentamente questo effetto, gli astrofisici possono estrarre la costante di Hubble dallo sfondo delle onde gravitazionali.
“Ci aspettiamo che ci siano molti più eventi che non possiamo osservare, il cosiddetto fondo delle onde gravitazionali”, ha detto Bryce Cousins, uno studente laureato dell’Università dell’Illinois. “La chiave è dedurre statisticamente il tasso di quegli eventi non osservabili”.
Prospettive future
Attualmente, i rilevatori di onde gravitazionali non sono abbastanza sensibili per osservare direttamente lo sfondo stocastico. Tuttavia, entro i prossimi sei anni si prevedono miglioramenti nella tecnologia dei rilevatori. Man mano che questi strumenti diventeranno più potenti, il metodo della sirena stocastica potrebbe diventare una pietra miliare della cosmologia di precisione. Anche prima di un rilevamento completo, il metodo può vincolare i limiti superiori della costante di Hubble, fornendo ulteriori punti dati nel dibattito in corso.
“Si tratta di una direzione entusiasmante e completamente nuova”, ha aggiunto il professor Daniel Holz dell’Università di Chicago. “Includendo queste informazioni, ci aspettiamo di ottenere risultati cosmologici migliori e di essere più vicini alla risoluzione della tensione di Hubble”.
Il lavoro del team sarà pubblicato in Physical Review Letters, offrendo un quadro matematico dettagliato per applicazioni future. Il metodo rappresenta un passo promettente verso il perfezionamento della nostra comprensione della storia dell’espansione dell’Universo.
Lo sviluppo di questa tecnica sottolinea la crescente importanza dell’astronomia delle onde gravitazionali, che sta rapidamente emergendo come un potente strumento per sondare le proprietà fondamentali del cosmo.
