Le onde gravitazionali per la misura di espansione dell'universo
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Secondo uno studio del MIT, la detection di segnali multimessenger potrebbe portare in dieci anni a una misura della costante di Hubble con un grado di incertezza di appena l'1%


Fonte Hsin-Yu Chen et al, A two per cent Hubble constant measurement from standard sirens within five years, Nature (2018)


Rappresentazione di kilonova.
Rappresentazione di kilonova.

L'universo è in espansione accelerata e questo oramai è un dato di fatto, ma calcolare a quale tasso questa espansione si stia verificando - ovvero misurare la Costante di Hubble - è un compito decisamente arduo, tanto che osservazioni di Hubble Space Telescope e di Planck Surveyour forniscono risultati essenzialmente differenti. 

Una opportunità del tutto nuova viene dal segnale multimessenger proveniente dalla fusione di stelle di neutroni del 2017, secondo uno studio del 17 ottobre 2018 pubblicato su Nature. Da questi segnali, secondo i ricercatori autori dell'articolo, sarebbe possibile ottenere una misurazione accurata della costante di Hubble in un periodo compreso tra 5 e 10 anni. 

La costante in questione ci indica dimensione ed età dell'universo e proprio per questo è una misura fondamentale, e le onde gravitazionali possono rappresentare il metro perfetto per ottenere la misurazione. Per misurare l'espansione dell'universo occorrono due numeri: il primo è la distanza di un oggetto celeste, il secondo è la velocità di allontanamento dell'oggetto stesso a causa dell'espansione dell'universo.  Il secondo numero è abbastanza semplice da ottenere grazie al redshift , ma ottenere una misurazione di distanza precisa è decisamente più arduo. In genere vengono usate le candele standard come una supernova ma ci sono diverse assunzioni necessarie nel metodo e questi fattori possono rendere le supernovae meno precise di quanto ritenuto.  Si può utilizzare allora la radiazione cosmica di fondo , ma anche qui ci sono assunzioni sul modo di funzionare dell'universo. I due metodi, peraltro, forniscono come detto risultati decisamente differenti in misura del 10%, una percentuale molto elevata. 

Le onde gravitazionali possono fornire un tool totalmente diverso per calcolare la costante di Hubble: quando due stelle massicce si fondono generano increspature nello spazio tempo e la misurazione del segnale fornisce informazioni circa massa ed energia degli oggetti in fusione. In base a questi dati e alla forza dell'onda è possibile determinare la distanza dell'evento. 

Si tratta di una misurazione decisamente più chiara e sottoposta a meno ipotesi di partenza, ma attualmente il problema principale riguarda la frequenza di eventi simili per poter estrarre dati. Secondo lo studio occorrono 25 eventi per misurare l'espansione dell'universo con una accuratezza del 3%, mentre con 200 eventi si giungerebbe all'1% di errore. Occorre la prossima generazione di strumentazioni per captare le controparti elettromagnetiche di onde più distanti rispetto a quella del 2017, mentre LIGO avvierà una nuova sessione a febbraio 2019 unitamente a VIRGO. Entrambi gli interferometri saranno più sensibili dopo un upgrade quindi il gioco è appena iniziato.