Spitzer raffina il valore della costante di Hubble

Grazie ad una lunga serie di osservazioni effettuate con il telescopio spaziale infrarosso Spitzer della NASA, è stato possibile misurare con una precisione...

Grazie ad una lunga serie di osservazioni effettuate con il telescopio spaziale infrarosso Spitzer della NASA, è stato possibile misurare con una precisione mai raggiunta il valore della costante di Hubble, ossia il tasso di accelerazione dell'espansione dell'Universo. Da quando nel 1929 Edwin Hubble formulò la legge empirica che poi prese il suo nome, la costante che determina il tasso di questa espansione è stata corretta innumerevoli volte, passando dall'iniziale 500 km/s/Mpc (1 Mpc = 3,26 milioni di anni luce) a valori anche 10 volte inferiori proposti negli anni '70 e '80. Insomma una costante tutt'altro che costante, difficile da quantificare, essendo strettamente legata alla non semplice misurazione della distanza di alcuni oggetti celesti definiti "candele standard", come le stelle variabili Cefeidi o le supernovae di tipo Ia.

La scala delle distanze cosmiche è adesso molto più precisa grazie alle recenti misurazioni con il telescopio Spitzer. (NASA/Caltech-JPL)

Negli anni '90 ci si è accorti che l'espansione dell'Universo non è uniforme e che a certe distanze si nota un'accelerazione, e ciò ha contribuito a mettere in secondo piano la costante di Hubble, evidentemente non applicabile a tutte le epoche. ?Nonostante ciò, di tanto in tanto vengono eseguite osservazioni che consentono di migliorarne il valore e renderla comunque utile. E' il caso di una ricerca condotta con il telescopio spaziale Spitzer su una novantina di Cefeidi, 10 delle quali appartenenti alla Via Lattea e le altre alla Grande Nube di Magellano. Ma come è stato misurato questo nuovo valore? Le stelle variabili Cefeidi sono stelle 'pulsanti', cioè che aumentano e diminuiscono periodicamente il loro diametro e luminosità, di cui si possono calcolare con relativa facilità, a partire dal loro periodo di variabilità e dallo spostamento verso il rosso delle righe presenti nel loro spettro, rispettivamente, la distanza dalla Terra e velocità con cui si allontano da noi.

Il grafico mostra la relazione tra periodo di variabilità e la luminosità assoluta delle stelle pulsanti Cefeidi. Questa relazione viene usata per calcolare le distanze cosmiche sino a diverse decine di milioni di anni luce.

Le variabili Cefeidi sono stelle che presentano una correlazione molto stretta tra il loro periodo di variabilità e la luminosità stellare assoluta. Conoscendo questo valore dalla relazione periodo-luminosità e misurando la luminosità apparente di queste stelle, dato l’intensità della luce diminuisce con il quadrato della distanza, è estremamente facile misurare quest’ultima. Grazie a questa correlazione e alla grande precisione con cui viene misurato il periodo di pulsazione, le variabili Cefeidi possono essere usate come candele standard per determinare la distanza delle galassie in cui sono contenute. Poiché la relazione periodo-luminosità può essere calibrata con grande precisione usando le Cefeidi vicine, la cui distanza può essere misurata con metodi trigonometrici, le distanze trovate con questo metodo sono tra le più accurate disponibili per valori compresi tra un centinaio e decine di milioni di anni luce. A differenza del telescopio spaziale Hubble, che lavora a lunghezza d'onda nella banda visibile dello spettro elettromagnetico e che era stato già stato utilizzato in passato per questo tipo di misurazioni, Spitzer ha ottenuto risultati più accurati facendo scendere il tasso d'incertezza al 3%. Lavorando nell’infrarosso, infatti, Spitzer è insensibile all'assorbimento della luce dovuto alla presenza della polvere interstellare presente tra noi le stelle osservate. Ciò ha permesso di effettuare misure con un'elevata precisione della luminosità di quelle Cefeidi e quindi, sulla base alla loro distanza, di affinare la relazione periodo-luminosità.  I risultati di questo studio consentiranno di  calibrare meglio il gradino successivo della scala della distanze cosmiche, quello delle supernovae di tipo Ia, determinanti nello studio dell'espansione accelerata dell'Universo, provocata da quella che viene definita “energia oscura”. Grazie alla nuova ricerca condotta con Spitzer è stato ora possibile fissare il valore della costante di Hubble a 74,3 +/- 2,1 km/s/Mpc.
06 Ottobre 2012 | Mario Di Martino