Un articolo pubblicato sulla rivista “Nature Astronomy” descrive l’uso di quasar come traccianti cosmici per misurare l’espansione dell’universo fino a 12 miliardi di anni fa. Guido Risaliti dell’Università di Firenze e associato INAF ed Elisabeta Lusso della Durham University hanno studiato le emissioni di raggi X e ottiche di una serie di quasar usando il confronto fra quelle emissioni per valutare con precisione le loro distanze. I risultati potrebbero spiegare le discrepanze tra le diverse misurazioni effettuate con altri metodi suggerendo che la densità della misteriosa energia oscura non sia costante nel tempo.

Il problema dell’espansione dell’universo è diventato più complicato quando le osservazioni hanno mostrato con ripetute conferme che sta accelerando. Per spiegare questo fenomeno è stata ipotizzata l’esistenza dell’energia oscura ma se davvero esiste la sua natura è ancora sconosciuta. Per cercare di capire meglio la natura dell’universo sono stati usati vari metodi per misurarne l’espansione ma è stata rilevata una discrepanza tra una misurazione pubblicata l’anno scorso basata su osservazioni di supernove di tipo Ia con i telescopi spaziali Hubble e Gaia con un valore di 73.52 ± 1.62 chilometri al secondo per megaparsec e il calcolo basato sulla radiazione cosmica di fondo applicato ai dati del rilascio finale dei dati della sonda spaziale Planck Surveyor dell’ESA con un valore di 67,4 chilometri al secondo per megaparsec con un margine di incertezza che è addirittura inferiore all’1%.

Nel 2015 Guido Risaliti ed Elisabeta Lusso pubblicarono sulla rivista “The Astrophysical Journal” la dimostrazione della validità di una tecnica basata sulla relazione tra le emissioni di raggi X e di quelle ultraviolette delle quasar. I due ricercatori usarono un campione di 1138 quasar usando vari archivi di dati tra cui le osservazioni dei raggi X effettuate con il telescopio spaziale XMM-Newton dell’ESA. Le supernove di tipo Ia sono state usate come traccianti cosmici per anni ma i quasar, nuclei galattici attivi alimentati da buchi neri supermassicci, sono perfino più luminosi e ciò permette di usarli per misurare l’espansione dell’universo fino a un miliardo di anni dopo il Big Bang.

I quasar sono stati usati per questo tipo di studio anche da altri ricercatori: ad esempio i doppi quasar, chiamati così perché un effetto di lente gravitazionale ne sdoppia l’immagine, sono al centro di un articolo pubblicato recentemente su “Monthly Notices of the Royal Astronomical Society”. Un team di ricercatori coordinati dalla UCLA ha misurato l’espansione dell’universo a 72,5 chilometri al secondo per megaparsec. Il margine di incertezza è compatibile con la misurazione basata sulle supernove ed è anch’esso incongruente con quello basato sulla radiazione cosmica di fondo.

Il team coordinato dalla UCLA fa parte della collaborazione H0LiCOW (H0 Lenses in COSMOGRAIL’s Wellspring) e include Sherry Suyu, che aveva guidato una precedente ricerca sull’argomento basata su effetti di lente gravitazionale. I risultati erano stati riportati in un articolo pubblicato sempre sulla rivista “Monthly Notices of the Royal Astronomical Society” nel gennaio 2017 offrendo ancora risultati coerenti con quelli basati sulle supernove.

Anche Guido Risaliti ed Elisabeta Lusso hanno ottenuto risultati coerenti con quelli basati sulle supernove per oggetti di età simili ma ciò che è emerso studiando l’universo primordiale suggerisce una situazione diversa da quella prevista dal modello cosmologico che gode della maggiore considerazione, chiamato paradigma Lambda-CDM (Cold Dark Matter, materia oscura fredda). Esso prevede che la densità dell’energia oscura sia costante nel tempo ma i risultati di questa ricerca suggeriscono che ciò non sia vero.

Per questa fase della loro ricerca, Guido Risaliti ed Elisabeta Lusso sono partiti dai dati di oltre 7.000 quasar compresi quelli ottenuti con il telescopio spaziale XMM-Newton nel 2017 relativi a quasar molto distanti, visti com’erano quando l’universo aveva circa due miliardi di anni. Altri quasar, alcuni tra i più antichi e altri relativamente vicini, sono stati osservati con i telescopi spaziali Chandra e Swift della NASA.

L’immagine (cortesia Guido Risaliti. Tutti i diritti riservati) mostra una rappresentazione artistica di vari quasar. In blu sono mostrate le loro emissioni ultraviolette mentre in giallo-marrone sono mostrate le loro emissioni di raggi X. Il loro confronto permette di stimare con precisione la loro luminosità e la loro distanza per usarli come “righelli”, mostrati in rosso.

È presto per dire se si tratti della chiave per risolvere il problema della discrepanza nei calcoli della costante di Hubble e per correggere gli attuali modelli cosmologici. È importante perché indica una via per effettuare nuove misurazioni esplorando ipotesi che potranno aiutare a capire se l’energia oscura esista davvero e il motivo dell’accelerazione nell’espansione dell’universo.