Un pompa antincendio di dati sulla distanza stella

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Un “pompa antincendio” di dati sulla distanza stellare dalla navicella spaziale Gaia ha aiutato un team di ricercatori a cementare la discrepanza al centro del più grande dibattito in cosmologia. https://www.quantamagazine.org/astronomers-get-their-wish-and-the-hubble-crisis-gets-worse-20201217/

Gli astronomi realizzano il loro desiderio e una crisi cosmica peggiora

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Gli astronomi realizzano il loro desiderio e una crisi cosmica peggiora

di NATALIE WOLCHOVER

17 dicembre 2020

Non sappiamo perché l’universo sembra espandersi più velocemente di quanto dovrebbe. Nuove misurazioni della distanza ultraprecise hanno solo intensificato il problema.

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Il telescopio Gaia misura le distanze delle stelle misurando la loro parallasse, o spostamento apparente nel corso di un anno. Le stelle più vicine hanno una parallasse più ampia.

Samuel Velasco/Quanta Magazine

Il 3 dicembre, l’umanità ha improvvisamente avuto a portata di mano le informazioni che le persone hanno desiderato, beh, per sempre: le distanze precise dalle stelle.

“Digiti il ​​nome di una stella o la sua posizione e in meno di un secondo avrai la risposta”, ha detto la scorsa settimana Barry Madore, un cosmologo dell’Università di Chicago e del Carnegie Observatories, durante una chiamata Zoom. “Voglio dire…” Si interruppe.

“Stiamo bevendo da una manichetta antincendio in questo momento”, ha detto Wendy Freedman, anche lei cosmologa a Chicago e Carnegie e moglie e collaboratrice di Madore.

“Non posso esagerare quanto sono eccitato”, ha detto in una telefonata Adam Riess della Johns Hopkins University, che ha vinto il Premio Nobel per la fisica nel 2011 per aver co-scoperto l’energia oscura. “Posso mostrarti visivamente di cosa sono così entusiasta?” Siamo passati a Zoom in modo che potesse condividere sullo schermo dei bei grafici dei nuovi dati stellari.

I dati provengono dalla navicella spaziale Gaia dell’Agenzia spaziale europea, che ha trascorso gli ultimi sei anni a osservare le stelle da un trespolo alto 1 milione di miglia. Il telescopio ha misurato le “parallasse” di 1,3 miliardi di stelle, piccoli spostamenti nelle posizioni apparenti delle stelle nel cielo che ne rivelano le distanze. “Le parallasse di Gaia sono di gran lunga le determinazioni della distanza più accurate e precise di sempre”, ha affermato Jo Bovy, astrofisico dell’Università di Toronto.

Soprattutto per i cosmologi, il nuovo catalogo di Gaia include le stelle speciali le cui distanze fungono da metro di valutazione per misurare tutte le distanze cosmologiche più lontane. Per questo motivo, i nuovi dati hanno rapidamente acuito il più grande enigma della cosmologia moderna: l’espansione inaspettatamente veloce dell’universo, nota come tensione di Hubble.

La tensione è questa: gli ingredienti noti del cosmo e le equazioni di governo prevedono che dovrebbe attualmente espandersi a una velocità di 67 chilometri al secondo per megaparsec, il che significa che dovremmo vedere le galassie volare via da noi 67 chilometri al secondo più velocemente per ogni megaparsec aggiuntivo di distanza. . Eppure le misurazioni effettive superano costantemente il segno. Le galassie si stanno allontanando troppo velocemente. La discrepanza suggerisce in modo elettrizzante che un agente accelerante sconosciuto potrebbe essere in atto nel cosmo.

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“Sarebbe incredibilmente eccitante se ci fosse una nuova fisica”, ha detto Freedman. “Ho un segreto nel mio cuore che spero ci sia, che ci sia una scoperta da fare lì. Ma vogliamo essere sicuri di avere ragione. C’è del lavoro da fare prima di poterlo dire in modo inequivocabile”.

Questo lavoro comporta la riduzione delle possibili fonti di errore nelle misurazioni del tasso di espansione cosmica. Una delle maggiori fonti di tale incertezza sono state le distanze dalle stelle vicine, distanze che i nuovi dati sulla parallasse sembrano quasi inchiodare.

In un articolo pubblicato online la scorsa notte e inviato all’Astrophysical Journal, il team di Riess ha utilizzato i nuovi dati per fissare il tasso di espansione a 73,2 chilometri al secondo per megaparsec, in linea con il valore precedente, ma ora con un margine di errore di appena 1,8%. Ciò apparentemente cementa la discrepanza con il tasso previsto molto più basso di 67.

Freedman e Madore prevedono di pubblicare la nuova e migliorata misurazione del loro gruppo del tasso di espansione cosmica a gennaio. Anche loro si aspettano che i nuovi dati rafforzino, piuttosto che spostare, la loro misurazione, che tende ad atterrare al di sotto di quelli di Riess e di altri gruppi, ma comunque al di sopra della previsione.

Da quando Gaia è stato lanciato nel dicembre 2013, ha rilasciato altri due enormi set di dati che hanno rivoluzionato la nostra comprensione del nostro vicinato cosmico. Eppure le precedenti misurazioni della parallasse di Gaia sono state una delusione. “Quando abbiamo esaminato la prima versione dei dati” nel 2016, Freedman ha detto, “volevamo piangere”.

Un problema imprevisto

Se le parallasse fossero più facili da misurare, la rivoluzione copernicana sarebbe potuta avvenire prima.

Copernico propose nel XVI secolo che la Terra ruotasse intorno al sole. Ma anche all’epoca gli astronomi conoscevano la parallasse. Se la Terra si fosse mossa, come sosteneva Copernico, allora si aspettavano di vedere le stelle vicine spostarsi nel cielo mentre lo faceva, proprio come un lampione sembra spostarsi rispetto alle colline sullo sfondo mentre attraversi la strada. L’astronomo Tycho Brahe non ha rilevato tale parallasse stellare e ha quindi concluso che la Terra non si muove.

Eppure lo fa, e le stelle si spostano, anche se a malapena, perché sono così lontane.

Ci volle fino al 1838 per un astronomo tedesco di nome Friedrich Bessel per rilevare la parallasse stellare. Misurando lo spostamento angolare del sistema stellare 61 Cygni rispetto alle stelle circostanti, Bessel concluse che si trovava a 10,3 anni luce di distanza. La sua misurazione differiva dal valore reale solo del 10%: le nuove misurazioni di Gaia posizionano le due stelle nel sistema a 11.4030 e 11.4026 anni luce di distanza, danno o meno uno o due millesimi di anno luce.

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Il sistema 61 Cygni è eccezionalmente vicino. Le stelle più tipiche della Via Lattea si spostano di soli decimillesimi di secondo d’arco, solo centesimi di pixel in una moderna fotocamera del telescopio. Il rilevamento del movimento richiede strumenti specializzati e ultra stabili. Gaia è stata progettata per lo scopo, ma quando si è accesa, il telescopio ha avuto un problema imprevisto.

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