Gli astronomi che stanno utilizzando il telescopio spaziale Hubble per l’osservazione di lenti gravitazionali di quasar remoti sono riusciti ad effettuare una misurazione diretta della velocità di espansione dell’Universo.
Questi studi hanno mostrato che l’Universo si sta espandendo ad una velocità leggermente inferiore ma dello stesso ordine di grandezza rispetto alla velocità calcolata nell’HST Key Project, uno studio per misurare dimensioni ed età dell’Universo. La scala delle distanze cosmiche era uno dei principali obiettivi scientifici per cui è stato realizzato HST. Questo accordo tra i risultati di HST Key Project e gli studi sulle lenti gravitazionali di quasar è la buona notizia. Inoltre questa espansione un po’ più lenta spiega l’età dei più vecchi ammassi globulari, che finora avevano dato qualche problema perché sembrava fossero più vecchi dell’Universo stesso.
La cattiva notizia è che l’Universo che emerge dagli studi finora conclusi, vale a dire un Universo in lenta espansione e di bassa densità non si accorda affatto con la teoria più accreditata del big bang.
La teoria del big bang può essere rappezzata soltanto in tre modi, tutti e tre sgradevoli:
- condizioni iniziali dell’Universo molto particolari (ad hoc)
- nuove e finora mai viste forme di materia (ad esempio particelle massicce debolmente interagenti)
- l’esistenza di una costante cosmologica, come quella postulata da Einstein, che però non ha alcuna giustificazione fisica. In altre parole sarebbe un modo del tutto arbitrario di risolvere il problema del big bang.
Gli astronomi dello Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics e dell’Università dell’Arizona hanno utilizzato le camere in luce visibile ed infrarossa a bordo del telescopio spaziale per riprendere due dozzine di lenti gravitazionali. Il loro progetto, CfA-Arizona Space Telescope Lens Survey (CASTLES), ha come obiettivo la misura di una varietà di parametri cosmologici.
I primi risultati – la misura diretta della scala delle distanze nell’universo – appariranno nel numero di Dicembre 1998 dell’Astrophysical Journal. Questi risultati affermano che l’Universo si sta espandendo ad una velocità crescente di 77.000 km/h per ogni milione di anni-luce di distanza dalla Terra. Espressa in altro modo, ovvero nelle unità di misura consuete per la costante di Hubble, poco meno di 70 km s-1 Mpc-1.
Il gruppo di ricerca ha studiato il quasar PG 1115+080, uno dei rari casi in cui il quasar è perfettamente allineato con una galassia. "Solo un quasar su 500 appare coinvolto in una lente gravitazionale" afferma Christopher D. Impey dello UA Steward Observatory. "La gravità di una galassia più vicina a noi devia la luce da un singolo quasar molto più distante in modo che a Terra si vedono immagini multiple dello stesso quasar. Dato che la luce che compone le diverse repliche ha effettuato percorsi diversi, essa giunge in tempi diversi ai telescopi. Conoscendo la diversità dei percorsi e la velocità della luce, possiamo calcolare direttamente la scala delle distanze" afferma Impey.
Il ritardo di tempo per il sistema PG 1115+080 è stato misurato con dati ottenuti da telescopi a terra, ma il team CASTLES usando le nitide immagini di HST hanno ricostruito un accurato modello della distribuzione di massa della lente.
I membri del team sono Joseph Lehar, Emilio Falco, Chris Kochanek, Brian McLeod, e Jose Munoz dello Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, e Impey, Hans-Walter Rix, Chuck Keeton, e Chien Peng dello UA Steward Observatory.
[a sinistra]
Questa immagine infrarossa mostra i quattro quasar attorno alla galassia ellittica. In realtà si tratta dello stesso quasar la cui luce è stata divisa e distorta dall’intenso campo gravitazionale della galassia. Dato che i quasar sono sorgenti di intensità variabile, misurando il ritardo con cui le variazioni si mostrano nelle quattro immagini, è possibile determinare la scala delle distanze. I "baffi" rettilinei sono artefatti dovuti allo strumento di ripresa.
[a destra]
Dopo aver rimosso le sorgenti più brillanti si evidenzia un anello pressoché completo di luce infrarossa.
L’anello è composto dalla luce deformata ed amplificata della galassia che ospita il quasar, che si trova ad una distanza di circa dieci miliardi di anni-luce.
Credits: C. Impey (University of Arizona).