Scalando il giovane universo, gli astrofisici sperano di risolvere un grosso problema

Quanto velocemente si sta espandendo l’universo? A questa domanda, che frustra gli astronomi, troviamo risposte diverse. Questo problema dovrebbe essere risolto con un nuovo trucco.

Più la galassia è lontana da noi, più velocemente si allontana da noi. Questo è stato stabilito da molti astronomi, tra cui l’americano Edwin Hubble, nei primi decenni del ventesimo secolo. Ciò è dovuto al fatto che l’universo si è espanso dal Big Bang. Ma a che velocità lo fa? Negli ultimi anni si è parlato molto di questo: Diversi metodi di misurazione danno risposte diverse†

Ora astrofisici americani Francis Jan Sir Rasin (Università del New Mexico), Fei Ge e Lloyd Knox (Entrambi UC Davis) A Direttore Prima. Se trattiamo l’antico universo nel modo giusto e assumiamo l’esistenza delle cosiddette particelle speculari, possiamo raggiungere un unico tasso di espansione dell’universo.

Tensione di Hubble

Di cosa tratta questa discussione è il cosiddetto Costante di Hubble† Mostra quanto velocemente una galassia a una certa distanza da qui si sta allontanando da noi. Se valuti questa costante in base a stelle variabili ed esplosioni di supernova, sarebbe 73 chilometri al secondo per megaparsec. (In altre parole, una galassia a un megaparsec di distanza da noi – più di 30 trilioni di chilometri – si sta allontanando da noi a una velocità di 73 chilometri al secondo).

Ma puoi anche ottenere lo stesso numero dalla radiazione più vecchia che possiamo vedere: sfondo cosmico a microonde† È stato creato circa 370mila anni dopo il Big Bang, quando l’universo è diventato trasparente, e ora può essere visto come una radiazione con una temperatura di -270°C che ci raggiunge da tutte le direzioni (vedi immagine sopra questo post). Sulla base di questa radiazione, la costante di Hubble dovrebbe essere di 67 chilometri al secondo per megaparsec. La differenza tra i due valori è nota come tensione di Hubble.

torta più grande

Cyr-Racine, Ge e Knox ora pensano di aver trovato un modo per alleviare lo stress. Secondo loro, puoi “espandere” l’universo primordiale. Cioè, moltiplichi ogni lunghezza e ogni volta per un certo fattore. In questo modo puoi essere sicuro che la costante di Hubble che produce la radiazione cosmica di fondo a microonde è la stessa della costante di Hubble definita per gli oggetti astronomici.

“Confrontalo con la cottura di una torta”, dice Knox. Supponiamo di raddoppiare la quantità di tutti gli ingredienti. Poi ottieni una torta più grande, ovviamente, ma ogni boccone avrà sempre gli stessi ingredienti nelle stesse proporzioni, quindi ha lo stesso sapore.

luce invisibile

Ora non puoi semplicemente espandere l’universo. Se lo fai, aumenta anche la densità dei fotoni – particelle di luce – nell’universo primordiale. Una densità di fotoni così alta non è coerente con le osservazioni del fondo cosmico a microonde fatte da lui Strumento FIRAS a bordo dell’aereo COBE .satellitedice Knox.

Lui e i suoi colleghi hanno risolto questo problema ottenendo quei fotoni extra da altrove. “Aggiungiamo quelli che vengono chiamati fotoni oscuri”, dice Knox. “È invisibile a FIRAS, evitando così le limitazioni imposteci dalle note FIRAS”.

La famiglia delle cose oscure

Non saresti lì solo con i fotoni oscuri. Come accennato, la radiazione cosmica di fondo a microonde è sorta quando l’universo è diventato trasparente. Il motivo: prima di allora, l’universo era costituito da particelle debolmente cariche, che assorbono e riemettono costantemente luce. 370.000 anni dopo il Big Bang Queste particelle cariche si combinano per formare atomi neutri?che interferisce in misura minore con la luce. Di conseguenza, la luce non può viaggiare molto da quel momento in poi; L’universo è diventato trasparente.

Lo stesso dovrebbe quindi valere per i fotoni scuri se devono svolgere la loro parte nella rimozione del potenziale di Hubble. Ma in quel momento dovevano esserci state particelle cariche di oscurità, che formavano atomi oscuri che rendevano l’universo trasparente ai fotoni oscuri. In altre parole: serve un’intera famiglia di “cose ​​oscure” per rendere possibile questo scenario.

particelle speculari

Ora tutta quella roba oscura non è del tutto fuori dal nulla. C’è molta letteratura scientifica sulle cosiddette particelle specchio. In realtà, queste sono copie di particelle a noi note, che a malapena notiamo. Solo attraverso la gravità – e qualsiasi nuova forza debole – le particelle ordinarie e le particelle speculari interagiscono tra loro. “Di conseguenza, non osserviamo nessuna di queste particelle”, afferma Knox. “Volano solo attraverso di noi.”

Queste particelle speculari sono progettate per risolvere altri problemi teorici in fisica e astronomia, e quindi possono anche rimuovere il potenziale di Hubble. Se esiste, perché attualmente non ci sono prove sperimentali a riguardo.

nuova traccia

Anche supponendo l’esistenza di particelle speculari, inclusi i fotoni scuri, non le abbiamo ancora raggiunte. Proprio come dovresti cuocere una torta grande il doppio per cucinarla, non tutto rimarrà lo stesso quando ridimensioni l’universo. Tra le altre cose, la quantità di elio presente in un tale universo non corrisponde a quella che osserviamo nel nostro.

È già un grosso problema aperto, dice Knox. “Noi – e altri – abbiamo idee al riguardo, ma resta da vedere se funzionano. Quindi non abbiamo fornito una soluzione completa al problema che circonda la costante di Hubble, ma abbiamo trovato un potenziale nuovo percorso verso tale soluzione .”