Esplosione di supernova rivela dettagli precisi sull’energia e la materia oscura.

Analizzando più di due decenni di esplosioni di supernove,. si rafforzano in modo convincente le moderne teorie cosmologiche e si rinvigoriscono gli sforzi per rispondere a domande fondamentali. Gli astrofisici hanno condotto una nuova e potente analisi che pone i limiti più precisi sulla composizione e sull’evoluzione dell’universo. Con questa analisi, denominata Pantheon+, i cosmologi si trovano a un bivio.

Pantheon+ dimostra in modo convincente che il cosmo. è composto per circa due terzi da energia oscura e per un terzo da materia. – prevalentemente sotto forma di materia oscura – e si sta espandendo a un ritmo accelerato negli ultimi miliardi di anni. Tuttavia, Pantheon+ consolida anche un importante disaccordo sul ritmo di tale espansione,. che non è ancora stato risolto.

Ponendo le teorie cosmologiche moderne prevalenti, note come Modello Standard della Cosmologia, su basi probatorie e statistiche ancora più solide, Pantheon+ chiude ulteriormente la porta a strutture alternative che tengano conto dell’energia oscura e della materia oscura. Entrambe sono alla base del Modello Standard della cosmologia, ma non sono ancora state rilevate direttamente. Sono tra i più grandi misteri del modello. Sulla base dei risultati di Pantheon+, i ricercatori possono ora effettuare test osservativi più precisi e affinare le spiegazioni del cosmo apparente.

“Con i risultati di Pantheon+, siamo in grado di porre i vincoli più precisi sulla dinamica e sulla storia dell’universo”. Afferma Dillon Brout, borsista presso il Center for Astrophysics di Harvard e lo Smithsonian. “Abbiamo esaminato i dati e ora possiamo dire con più sicurezza che mai, come si è evoluto l’universo nel corso degli eoni e che le attuali migliori teorie sull’energia oscura e la materia oscura sono solide”.

L’esplosione di una supernova rivela dettagli precisi sull’energia oscura e sulla materia oscura

Brout è l’autore principale di una serie di articoli che descrivono la nuova analisi Pantheon+, pubblicati congiuntamente il 19 ottobre in un numero speciale di The Astrophysical Journal.

Pantheon+ si basa sul più grande insieme di dati del suo genere, che comprende più di 1.500 esplosioni stellari chiamate Supernovae di Tipo Ia. Queste esplosioni luminose si verificano quando le nane bianche – resti di stelle come il nostro Sole – accumulano una massa eccessiva e subiscono una reazione termonucleare inaspettata. Dato che le supernovae di tipo Ia illuminano a giorno intere galassie, le detonazioni stellari possono essere osservate a distanze superiori a 10 miliardi di anni luce, ovvero a circa tre quarti dell’età totale dell’universo. Dato che le supernove sfavillano con una luminosità intrinseca quasi uniforme, gli scienziati possono usare la luminosità apparente delle esplosioni, che diminuisce con la distanza, insieme alle misure di redshift (spostamento) come marcatori del tempo e dello spazio. Queste informazioni, a loro volta, rivelano la velocità di espansione dell’universo nelle diverse epoche, che viene poi utilizzata per testare le teorie sui componenti fondamentali dell’universo.

La scoperta rivoluzionaria dell’accelerazione dell’universo, avvenuta nel 1998, è dovuta allo studio delle supernovae di tipo Ia. Gli scienziati attribuiscono l’espansione a un’energia invisibile, per questo soprannominata energia oscura, insita nel tessuto stesso dell’universo. I decenni successivi di lavoro hanno continuato a compilare serie di dati sempre più grandi, rivelando supernovae in una gamma ancora più ampia di spazio e tempo, e Pantheon+ li ha ora riuniti nell’analisi statisticamente più robusta fino ad oggi.

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Per molti versi, quest’ultima analisi di Pantheon+ è il culmine di oltre due decenni di sforzi diligenti da parte di osservatori e teorici di tutto il mondo per decifrare l’essenza del cosmo”. Spiega Adam Riess, uno dei vincitori del Premio Nobel per la Fisica 2011 per la scoperta dell’accelerazione dell’espansione dell’universo e Bloomberg Distinguished Professor presso la Johns Hopkins University (JHU) e lo Space Telescope Science Institute di Baltimora, Maryland. Riess ha conseguito il dottorato di ricerca in astrofisica presso l’Università di Harvard.

La scoperta rivoluzionaria dell’accelerazione dell’universo, avvenuta nel 1998, è frutto di uno studio delle supernovae di tipo Ia. Gli scienziati attribuiscono l’espansione a un’energia invisibile, per questo soprannominata energia oscura, insita nel tessuto stesso dell’universo. I decenni successivi di lavoro hanno continuato a compilare serie di dati sempre più grandi, rivelando supernovae in una gamma ancora più ampia di spazio e tempo, e Pantheon+ li ha ora riuniti nell’analisi più robusta dal punto di vista statistico.

Ora, Brout e Scolnic e il loro nuovo team di Pantheon+ hanno aggiunto circa il 50% in più di punti dati di supernovae in Pantheon+, insieme a miglioramenti nelle tecniche di analisi e alla risoluzione di potenziali fonti di errore, che in definitiva hanno prodotto una precisione doppia rispetto al Pantheon originale.

Questo salto sia nella qualità del set di dati che nella comprensione della fisica che ne è alla base non sarebbe stato possibile senza un team stellare di studenti e collaboratori che hanno lavorato diligentemente per migliorare ogni aspetto dell’analisi”, racconta Brout.

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Considerando i dati nel loro complesso, la nuova analisi sostiene che il 66,2% dell’universo si manifesta come energia oscura, mentre il restante 33,8% è una combinazione di materia oscura e materia. Per arrivare a una comprensione ancora più completa dei componenti dell’universo in epoche diverse, Brout e i suoi colleghi hanno combinato Pantheon+ con altre misure fortemente dimostrate, indipendenti e complementari della struttura su larga scala dell’universo e con le misure della prima luce dell’universo, il fondo cosmico a microonde.

Un altro risultato chiave di Pantheon+ riguarda uno degli obiettivi principali della cosmologia moderna: stabilire l’attuale tasso di espansione dell’universo, noto come costante di Hubble. Unendo il campione di Pantheon+ con i dati della collaborazione SH0ES (Supernova H0 for the Equation of State), guidata da Riess, si ottiene la misura locale più rigorosa dell’attuale tasso di espansione dell’universo.

Pantheon+ e SH0ES insieme trovano una costante di Hubble di 73,4 chilometri al secondo per megaparsec con solo l’1,3% di incertezza. In altre parole, per ogni megaparsec, o 3,26 milioni di anni luce, l’analisi stima che nell’universo vicino lo spazio stesso si stia espandendo a più di 160.000 miglia all’ora. esplosione di supernova

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Tuttavia, le osservazioni di un’epoca completamente diversa della storia dell’universo prevedono una storia alternativa. Le misure della prima luce dell’universo, il fondo cosmico a microonde, se combinate con l’attuale Modello Standard della Cosmologia, fissano la costante di Hubble a una velocità significativamente inferiore rispetto alle osservazioni effettuate attraverso le supernovae di tipo Ia e altri indicatori astrofisici. Questa notevole discrepanza tra le due metodologie è stata definita tensione di Hubble.

I nuovi dataset Pantheon+ e SH0ES accentuano questa tensione di Hubble. Infatti, la tensione ha ora superato l’importante soglia dei 5-sigma. (circa una probabilità su un milione di verificarsi per caso). che i fisici usano per distinguere tra possibili errori statistici. e qualcosa che deve essere di conseguenza compreso. Il raggiungimento di questo nuovo livello statistico evidenzia la sfida. per i teorici e gli astrofisici nel cercare di spiegare la discrepanza della costante di Hubble.

“Pensavamo che nel nostro insieme di dati sarebbe stato possibile trovare indizi per una nuova soluzione a questi problemi, ma invece stiamo scoprendo che i nostri dati escludono molte di queste opzioni e che le profonde discrepanze rimangono ostinate come sempre”, sostiene Brout.

I risultati di Pantheon+ potrebbero aiutare a individuare la soluzione alla tensione di Hubble. “Molte teorie recenti hanno iniziato a indicare una nuova fisica esotica nell’universo primordiale, ma queste teorie non verificate devono resistere al processo scientifico e la tensione di Hubble continua a essere una sfida importante”, aggiunge Brout.

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Nel complesso, Pantheon+ offre agli scienziati uno sguardo completo su gran parte della storia cosmica. Le prime e più lontane supernovae del set di dati si trovano a 10,7 miliardi di anni luce di distanza,. cioè quando l’universo aveva all’incirca un quarto della sua età attuale. In quell’epoca precedente, la materia oscura e la gravità ad essa associata tenevano sotto controllo il tasso di espansione dell’universo. Questo stato di cose è cambiato drasticamente nei successivi miliardi di anni, quando l’influenza dell’energia oscura ha sopraffatto quella della materia oscura. Da allora, l’energia oscura ha spinto il contenuto del cosmo sempre più lontano e ad una velocità sempre maggiore.

“Con questo insieme di dati Pantheon+, abbiamo una visione precisa dell’universo dal momento in cui era dominato dalla materia oscura a quando l’universo è diventato dominato dall’energia oscura”, osserva Brout. “Questo set di dati rappresenta un’opportunità unica per vedere l’energia oscura attivarsi e guidare l’evoluzione del cosmo sulle scale più grandiose fino al tempo presente”.

Lo studio di questo passaggio, ora con prove statistiche ancora più solide, si spera possa portare a nuove intuizioni sulla natura enigmatica dell’energia oscura.

Pantheon+ ci sta dando la migliore possibilità, ad oggi, di limitare l’energia oscura, le sue origini e la sua evoluzione”, conclude Brout.

esplosione di supernova

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