I cosmologi hanno usato ogni strumento a loro disposizione per misurare esattamente la velocità con cui l'universo si sta espandendo, nota come costante di Hubble. Ma queste misurazioni hanno dato risultati contraddittori.

Il conflitto tra le misurazioni ha irritato gli astrofisici e ispirato speculazioni incontrollate sulla possibilità che processi fisici sconosciuti siano la causa di questa discrepanza. Forse le particelle di materia oscura stanno interagendo fortemente con la materia ordinaria di pianeti, stelle e galassie? O forse c'è lo zampino di una particella esotica non ancora rilevata, come il cosiddetto neutrino sterile. Le possibilità sono illimitate quanto l'immaginazione dei fisici teorici.

Tuttavia, un nuovo studio di John Peacock, cosmologo dell'Università di Edimburgo e figura di spicco della comunità dei cosmologi, sceglie un punto di vista estremamente prudente sul conflitto. Insieme al suo coautore, José Luis Bernal, dottorando all'Università di Barcellona, Peacock sostiene che potrebbe non esserci alcuna discrepanza.

Per spiegare la differenza rilevata nei valori della costante di Hubble, potrebbe bastare un disturbo in uno strumento di un telescopio, per esempio, o un errore sottovalutato. "Quando fai queste misurazioni, tieni conto di tutto ciò che sai, ma ovviamente ci potrebbero essere cose che non conosci. Il loro articolo formalizza matematicamente tutto", ha commentato Wendy Freedman, astronomo dell'Università di Chicago.

Freedman è un pioniere delle misurazioni della costante di Hubble con stelle Cefeidi, che brillano tutte con la stessa luminosità intrinseca. Stabilendo quanto sono brillanti queste stelle, si può calcolare con precisione la distanza dalle galassie vicine in cui sono comprese queste stelle. Misurando la velocità con cui queste galassie si stanno allontanando da noi, si ricava la costante di Hubble.

Il metodo può essere esteso all'universo più lontano risalendo la "scala delle distanze cosmiche", usando la luminosità delle Cefeidi per calibrare la luminosità delle supernove che possono essere viste da miliardi di anni luce di distanza.

Ovviamente, tutte queste misure sono gravate da incertezze. Ogni gruppo di ricerca prima effettua misurazioni grezze, quindi tenta di spiegare i capricci dei singoli telescopi, le incognite astrofisiche e le innumerevoli altre fonti di incertezza che possono tenere gli astronomi al lavoro 24 ore su 24. Poi tutti gli studi pubblicati singolarmente si riuniscono in un unico valore numerico per il tasso di espansione, insieme a una stima dell'incertezza di quel valore.

Nel nuovo lavoro, Peacock sostiene che errori di natura sconosciuta si possono insinuare in qualunque fase di questi calcoli, e in modi che sono tutt'altro che scontati per gli astronomi che si occupano del problema. Lui e Bernal forniscono una meta-analisi delle misurazioni disparate con un approccio statistico "bayesiano", che distingue le misurazioni in classi separate, indipendenti l'una dall'altra, nel senso che non sono il frutto dello stesso telescopio o non hanno le stesse ipotesi implicite.

L'approccio può anche essere  aggiornato facilmente quando vengono fuori nuove misurazioni. "C'è una chiara necessità – che si potrebbe pensare che gli statistici avrebbero fornito anni fa – di capire come combinare le misurazioni in modo da non rischiare di perdere tutto scommettendo sulle barre di errore risultanti", ha detto Peacock. Lui e Bernal tengono conto inoltre dell'eventualità di errori sottostimati e bias in grado spostare in su o in giù la misurazione del tasso di espansione. "È un po' l'opposto del normale processo giudiziario: tutte le misurazioni sono colpevoli fino a prova contraria", ha detto. Considerando queste incognite sconosciute, la discrepanza sulla constante di Hubble svanisce.

Altri ricercatori concordano sul fatto che potrebbero essere coinvolti questi fattori banali, e che l'eccitazione sulla costante di Hubble è dovuta almeno in parte alla voglia di trovare qualcosa di nuovo nell'universo.

"Ho la brutta sensazione che siamo in qualche modo impantanati in un modello cosmologico che funziona, ma che non possiamo né comprendere né spiegare dai principi primi; è per questo che c'è molta frustrazione", ha dichiarato Andrea Macciò, astrofisico della New York University ad Abu Dhabi. "Questo spinge le persone ad abbracciare qualunque possibile nuova fisica, a prescidendere dall'inconsistenza delle prove".

Nel frattempo, i ricercatori continuano a migliorare le loro misurazioni della costante di Hubble. In un articolo apparso sul sito di preprint arxiv.org, Adam Ries e altri hanno utilizzato misurazioni relative a 1,7 miliardi di stelle condotte dal satellite Gaia dell'Agenzia spaziale europea per calibrare meglio la distanza alle stelle cefeidi più vicine.

Quindi hanno risalito la scala delle distanze cosmiche per ricalcolare il valore della costante di Hubble. Con i nuovi dati, il disaccordo tra le due misurazioni di Hubble è ulteriormente peggiorato; i ricercatori stimano che c'è una possibilità inferiore allo 0,01 per cento che la discrepanza sia dovuta al caso. Una soluzione semplice sarebbe gradita, ma è meglio non aspettarsi che arrivi tanto presto.


-----------------------------
(L'originale di questo articolo è stato pubblicato il 1° maggio 2018 da QuantaMagazine.org (LINK), una pubblicazione editoriale indipendente online promossa dalla Fondazione Simons per migliorare la comprensione pubblica della scienza. Traduzione ed editing a cura di Le Scienze.Riproduzione autorizzata, tutti i diritti riservati)