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Gaia DR2 e la costante di Hubble In evidenza

Confronto tra le distanze misurate da Gaia (ordinate) e quelle dedotte dalla relazione periodo-luminosità con Hubble.
Confronto tra le distanze misurate da Gaia (ordinate) e quelle dedotte dalla relazione periodo-luminosità con Hubble. credit: A.G.Riess et al. : "DR2 and the Hubble Constant" - 2018

Il team di Adam Riess ha già utilizzato il nuovo catalogo Gaia per ricalcolare H0 dalla distanza delle cefeidi, confermando il divario con le misure ricavate dalla radiazione fossile.

  Come raccontato un paio di mesi fa, periodicamete il gruppo di ricercatori guidati dal premio Nobel Adam Riess pubblica misure sempre più accurate della velocità attuale di espansione dell'universo, ovvero della costante di Hubble locale H0; ogni volta, si rafforza il divario con i valori "primordiali" ricavati dai satelliti Planck e WMAP studiando le disuniformità del fondo di radiazione fossile (CMB). E ogni volta, il divario sempre più incolmabile genera nella comunità scientifica un piccolo terremoto accompagnato da nuove ipotesi esplicative.

 Il metodo usato da Riess e colleghi (tra cui appaiono ben tre nomi italiani, anche se uno di essi lavora in USA) è quello classico della relazione periodo-luminosità nelle stelle variabili dette cefeidi, abbastanza luminose da essere osservabili sia nella nostra che in galassie vicine (fino a 160 milioni di anni luce usando il telescopio Hubble). Tuttavia, anche quelle situate nella Via Lattea sono a distanze decisamente elevate (svariate migliaia di anni luce) e, in passato, la suddetta relazione aveva incertezze notevoli legate alla determinazione indiretta delle distanze di questi astri; lo scenziato americano ha avuto l'idea di utilizzare la squisita risoluzione del telescopio Hubble per effettuare le prime stime dirette di distanza con il metodo geometrico della parallasse e, nell'ultimo articolo, aveva rifinito verso l'alto il valore di H0 (73,45±1,66 km s−1 Mpc−1), portando a 3,7σ il disaccordo con Planck + ΛCDM e riducendo quindi la possibilità di scarto fortuito a 1:5000.

 Adesso le misure astrometriche di Gaia offrono una opportunità ancora più ghiotta per rifinire le distanze geometriche delle cefeidi e Riess non si è fatto sfuggire l'occasione per pubblicare un nuovo articolo con una nuova valutazione della costante di Hubble. Diciamo subito che, sulla base di un campione iniziale di 50 cefeidi con parallasse riportata nel catalogo DR2, il nuovo valore risulta stavolta un pò più più basso e quindi meno distante da quello ricavato dal CMB: 73,24 km s−1 Mpc−1 contro H0 = 66,93±0,62 s−1 Mpc−1; tuttavia, si tratta comunque di un divario statisticamente piuttosto significativo, pari a 2,9σ.

 Tuttavia, come si vede nell'immagine d'apertura (tratta dall'articolo in questione, sottomesso il 27 Aprile su ArXiv), esiste una differenza sistematica non trascurabile tra le parallassi geometriche misurate da Gaia e quelle dedotte fotometricamente con Hubble; si tratta di un divario mediamente pari a −46(±13) micro-secondi d'arco (µas), che può sembrare piccolo ma risulta sostanzioso considerando le aspettative degli autori, ovvero misure di parallasse con incertezze dell'ordine di 30 µas (contro i 400 µas delle misure fatte con Hubble). Gli autori fanno notare che una simile discrepanza media, anche se più contenuta (−29 µas), si nota anche sul campione di oltre mezzo milione di quasar osservati da GAIA e che dovrebbero avre una parallasse media nulla a causa dell'enorme distanza. Perciò, si parla di uno "zero-offset" rispetto alla parallasse nulla, un problema che presumibilmente impatta sull'intero database Gaia e di cui si dovrà tenere conto in future analisi.

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Divario tra le parallassi di Hubble e di Gaia in funzione della magnitudine apparente. credit: A.G.Riess et al. : "DR2 and the Hubble Constant" - 2018

 Per quanto riguarda lo scarto rimanente, Riess fa notare che esso dipende fortemente dalla luminosità apparente. Per mostrarlo (vedi grafico qui sopra), si mettono a confronto le parallassi di 18 cefeidi misurate con sia con la WFPC di Hubble che con Gaia e quelle visibili ad occhio nudo mostrano scarti nettamente maggiori. Ora, è noto che Gaia ha problemi a misurare la posizione di stelle molto luminose e le barre d'incertezza più ampie lo testimoniano; evidentemente, oltre all'incertezza, ci sono anche effetti sistematici che non sono stati considerati. Riess azzarda alcune ipotesi per spiegare la discrepanza e, in ogni caso, riduce il campione a sole 46 cefeidi escludendo quelle più luminose o con valori di parallasse troppo incerti. Il campione esiguo spinge gli autori a rimpolpare la statistica con altre cefeide per le quali, tuttavia, le misure fotometriche non sono quelle ultra-precise di HST ma sono fatte da Terra. nevitabilmente, questo si traduce, alla fine, in una maggiore incertezza di H0 che diventa H0=73.52±1.62 km s−1 Mpc−1 , portando a 3.8σ il divario con le misure CMB; questo risultato è molto simile a quello "pre-Gaia" ottenuto a Febbraio.

 In ogni caso, questo è solo l'inizio. Reiss stima che, grazie ai futuri cataloghi Gaia, l'incertezza sulla costante di Hubble scenderà sotto l'1%, raggiungendo forse lo 0,5%; questo metterà una parola definitiva sulla questione.

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Marco Di Lorenzo (DILO)

Sono laureato in Fisica e insegno questa materia nelle scuole superiori; in passato ho lavorato nel campo dei semiconduttori e dei sensori d'immagine. Appassionato di astronautica e astronomia fin da ragazzo, ho continuato a coltivare queste passioni sul web, elaborando e pubblicando numerose immagini insieme al collega Ken Kremer. E naturalmente amo la fantascienza e la fotografia!

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