Le lenti gravitazionali per misurare l’Universo

Posted on marzo 2, 2010

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L’uso di galassie come lenti gravitazionali danno ai ricercatori un nuovo metodo preciso per misurare le dimensioni e l’età dell’Universo e di come si sta rapidamente espandendo. La misurazione determina un valore per la costante di Hubble, che indica le dimensioni dell’Universo, e conferma l’età di 13,75 miliardi di anni. I risultati confermano inoltre la forza dell’energia oscura, responsabile della sua espansione.
L’uso di galassie come lenti gravitazionali danno ai ricercatori un nuovo metodo preciso per misurare le dimensioni e l’età dell’universo e di come si sta rapidamente espandendo. La misurazione determina un valore per la costante di Hubble, che indica le dimensioni dell’universo, e conferma l’età di  13,75 miliardi di anni. I risultati confermano inoltre la forza dell’energia oscura, responsabile dell’espansione dell’universo.
I risultati dei ricercatori del Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology (KIPAC) del US Department of Energy’s SLAC National Accelerator Laboratory and Stanford University, dell’University di Bonn e altre istituzioni di Bonn, degli USA e della Germania, hannno pubblicato il loro studio sul numero di Marzo del prestigioso The Astrophysical Journal. I ricercatori, utilizzando i dati raccolti dall’ Hubble Space Telescope, combinati con quelli del Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP).

La tecnica utilizzata è chiamata “lente gravitazionale” ed è utilizzata per misurare le distanze percorse dalla luce di una brillante galassia fino alla Terra da differenti punti. Con la comprensione del tempo impiegato per viaggiare per ognuno di essi e la velocità impiegata, i ricercatori possono stabilire non solo la distanza della galassia, ma anche l’età dell’Universo e qualche dettaglio sulla sua espanzione.
Spesso è difficile per gli scienziati di distinguere tra una lontana luce molto brillante e una fonte molto più vicina. Una lente gravitazionale aggira questo problema fornendo indizi sulla distanza percorsa dalla luce. Le informazioni supplementari che permetteno di determinare le dimensioni dell’universo, sono spesso espresse dagli astrofisici con una quantità chiamata “costante di Hubble.”
“Sappiamo da molto tempo che la lente è in grado di effettuare una misurazione fisica della costante di Hubble,” ha detto KIPAC Kavli Fellow Phil Marshall. Tuttavia, la lente gravitazionale non era mai stata utilizzata in modo preciso. Questa misura fornisce una misura altrettanto precisa della costante di Hubble, come stabilito da tempo dall’osservazione delle supernove e della radiazione cosmica di fondo. “La lente gravitazionale per stabilire l’età è uno strumento competitivo nel toolkit l’astrofisico”, ha detto Marshall.
Anche se i ricercatori non sanno quando la luce è partita dalla fonte, si possono ancora confrontare i tempi di arrivo. Marshall paragona quattro vetture su quattro percorsi differenti tra località ai lati opposti di una grande città, come ad esempio l’Università di Stanford a Lick Observatory, attraverso o attorno a San Jose. E come le automobili tra il traffico, la luce può incontrare anche ritardi.
“La densità del traffico in una grande città è come la densità di massa in una lente gravitazionale” spiega Marshall. “Se si prende una lunga strada, è necessario non guidare per un lungo periodo perchè talvolta la strada più breve può essere più lenta.
Le equazioni delle lenti gravitazionali comprendono le variabili come la distanza e la densità e forniscono una piccola idea di quando la luce si scontra con lo sfondo della galassia e per  quanto ha viaggiato. 
In passato, questo metodo di stima delle distanze era afflitto da errori, ma i fisici adesso credono che è comparabile con gli altri metodi di misurazione. I ricercatori, con questa tecnica hanno stimato con molta accuratezza il valore della costante di Hubble e una piccola stima dell’incertezza di questa costanza.
Sia riducendo che comprendendo l’ampiezza di errore nei calcoli, si può ottenere una migliore stima sulla struttura della lente e sulle dimensioni dell’universo. 
Ci sono diversi fattori che gli scienziati devono ancora tener conto per determinare le distanze con le lenti. Per esempio, la polvere della lente può falsare i risultati. Il telescopio spaziale Hubble ha i filtri infrarosso utili per eliminare gli effetti della polvere. Le immagini contengono anche informazioni sul numero di galassie lungo la linea di visibilità; queste contribuiscono all’effetto lente ad un livello che deve essere preso in considerazione.
Marshall dice che diversi gruppi stanno lavorando per estendere questa ricerca, e anche per trovare nuovi sistemi per esaminare ulteriormente le lenti conosciute. Attualmente i ricercatori sono già a conoscenza di oltre una ventina di sistemi astronomici adatti per l’analisi con la lente gravitazionale.
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