Costante di Hubble in crisi?

[Cocco Bill]

Hubble come è noto scoprì che l'Universo non è statico ma si espande in continuazione. Con che velocità? Il tasso di espansione è giustappunto espresso dalla "Costante di Hubble". Questo tasso è stato calcolato varie volte, ma adesso Adam Riess pone un problema, a seconda del metodo che si adopera il valore viene diverso, ed entrambi i valori hanno un errore inferiore alla distanza delle due misure: http://www.media.inaf.it/2018/07/13/...e-planck-rees/
Quello che non mi è chiaro è il fatto che proprio Adam Riess assieme a Saul Perlmutter e Brian Schmidt hanno ottenuto il premio Nobel per aver dimostrato che l'espansione è accelerata. Quindi se è accelerata non può avere un tasso di espansione fisso. Quello che è ancora più strano è che il metodo della misurazione della costante di Hubble col metodo del fondo a microonde dà il valore più basso, di 67.0 chilometri al secondo per megaparsec, mentre quello che prende in considerazione le variabili cefeidi dà il valore più alto, di 73.5 chilometri al secondo per megaparsec. Se l'espansione fosse accelerata dovrebbe casomai risultare il contrario, visto che le Cefeidi sono "oggetti" più vicini, che dovrebbero quindi essere meno sensibili all'accelerazione dell'espansione.

[Mizarino]

Mmm...
Non capisco una mazza di cosmologia, ma di ottimizzazioni e di errori ne capisco.

La discrepanza mi sembra modesta e poco rilevante, a dispetto del fatto che appare 4-5 volte maggiore della somma degli errori formali derivati dai due metodi di determinazione.

Spiego perché.

La determinazione via variabili cefeidi è più "robusta", perché in fondo si basa esclusivamente su due parametri da determinare, ognuno correlato ad un altro: il periodo/luminosità della variabile e il redshift/velocità di recessione apparente, e conduce direttamente alla correlazione distanza/velocità apparente di recessione.

La determinazione via radiazione cosmica di fondo è più complessa. Anche se ne capisco ben poco, leggo che si basa su un modello cosmologico nel quale dalle caratteristiche spettrali della radiazione si ricavano simultaneamente sia la costante di Hubble che altri parametri cosmologici (se sbaglio Ganondolf mi corrigerà ).

E questo è il dettaglio dove si nasconde il diavolo! Basta che il modello sia cambiato di un pelo, aggiungendoci qualcosa di pochissimo peso, che il valore del parametro determinato può cambiare di una quantità molto maggiore dell'errore formale ricavato sia prima che dopo il cambiamento.

Perciò basta che al modello cosmologico manchi anche un piccolo dettaglio (e sicuramente gli manca) e l'errore sulla costante di Hubble determinata insieme ad altre costanti cosmologiche viene sottostimato di un bel po'.

Ho un esempio di tutto questo in una situazione molto più "certa", sia come misure che come bontà dei modelli: la determinazione degli elementi orbitali dell'asteroide NEO (101955) Bennu, sul quale è misurabile l'effimero effetto Yarkovsky.

Se si determinano gli elementi orbitali, (da circa 600 osservazioni disponibili in un arco di 18 anni) con un modello che non tiene conto dell'effetto si ottiene un certo valore del semiasse maggiore (1.13424824 UA), con un errore formale di 5.2*10^-10 UA.
Se ai parametri da determinare se ne aggiunge uno che misura l'entità dell'effetto Yarkovsky, si ottiene un semiasse maggiore (1.13424830 UA) che differisce di 6*10^-8 UA dal valore precedente, con un errore formale di 6.3*10^-10 UA.

La discrepanza fra i due valori di a (6*10^-8 UA) è 100 volte maggiore dell'errore formale derivante da ciascuna delle due determinazioni!

[Ganondolf]

Se l'espansione fosse accelerata dovrebbe casomai risultare il contrario, visto che le Cefeidi sono "oggetti" più vicini, che dovrebbero quindi essere meno sensibili all'accelerazione dell'espansione

I valori cosmologici citati sono sempre normalizzati a oggi, non a quando è partita la luce che noi osserviamo ora per quegli oggetti.
Incidentalmente, l'espansione accelerata esponenziale è l'unica per la quale la costente di hubble è costante anche nel tempo


Il problema delle misure, come dice mizarino, è annoso e per niente semplice. A questo si aggiunge anche il fatto che l'universo locale non è per niente omogeneo e isotropo, pertanto il modello stesso in cui vive la costente di hubble è fuori dal suo range formale di validità. A tutto questo si aggiunge che localmente viviamo in una regione sottodensa, che è un po' come un "universo bolla" con una densità minore di quella media, il che porterebbe naturalmente ad una costante di hubble più alta...

[Cocco Bill]

Tenderei ad essere d'accordo con Mizarino. Però che l'espansione accelerata lo fosse in maniera esponenziale non mi risultava E' davvero così?

[Ganondolf]

L'espansione è esponenziale quando è dominata da una costante cosmologica. Al momento siamo in una situazione in cui la costante cosmologica è il contributo predominante (lo è da circa due terzi della vita dell'universo) ma il contributo della materia non è ancora trascurabile, quindi l'espansione è un esponenziale smorzato. Man mano che l'universo si espande, però, il contributo della materia diventa sempre più trascurabile, finché non arriveremo ad un esponenziale puro.

È lo stesso tipo di espansione dell'inflazione (ma molto meno rapido).

[Cocco Bill]

Umm, come poggiare una cosa in forse su una cosa dubbia...

[Sat]

Mizarino

Mmm...
Non capisco una mazza di cosmologia,..

neanche io e quando comincio a pensare all'universo i miei quattro neuroni si mettono a correre e mi viene il mal di testa.

L'universo si espande... dove? in uno spazio preesistente?

[Cocco Bill]

Per questo ti posso rispondere anche io. Pensare che si espanda in un qualcos'altro è un'idea non corretta. Perchè l'Universo non ha un esterno, ma solo un interno. Almeno per noi. Siamo confinati in una prigione! Piuttosto ampia comunque...

[f16006a]

Sat

L'universo si espande... dove? in uno spazio preesistente?

No. Il concetto di espansione può essere facilmente visualizzato con un palloncino. E' fonamentale pensare al palloncino in quanto a superficie (quindi bidimensionale in questo esempio) e non come volume interno ed esterno ad esso.

Quindi, in questo esempio, l'universo (bidimensionale) è rappresentato dalla superficie di un palloncino. Ora, con un pennarello metti dei puntini sul palloncino sgonfio.

Gonfiando il palloncino, noterai che tutti i punti si allontanano da tutti gli altri: l'universo di sta espandendo.

Questa è naturalmente una semplificazione: è ovvio che per gonfiare il palloncino, occorre un volume interno che si espande a sua volta ma, matematicamente, non c'è nessun bisogno di definire un interno ed esterno per descrivere la superficie del palloncino che si espande.

Quindi, il nostro universo (spazialmente tridimensionale) è come la superficie del palloncino bidimensionale. E' impossibile visualizzare geometricamente nella nostra testa una superficie tridimensionale, è per questo che l'intuizione serve fino ad un certo punto, e diventa molto più utile sapere fare i conti