Erano gli anni Venti del Novecento quando l’astronomo statunitense Edwin Hubble scoprì che l’Universo si stava espandendo in modo uniforme in tutte le direzioni. E che più le galassie erano lontane, più velocemente si allontanavano dalla Via Lattea. Hubble ipotizzò che il rapporto tra distanza e velocità fosse costante e stimò che le galassie si allontanassero a 500 chilometri al secondo per megaparsec (un megaparsec corrisponde a 3,26 milioni di anni luce). Questa misura oggi è nota come “costante di Hubble” ed è fondamentale per la storia dell’Universo e della sua evoluzione. Nel corso degli anni, è stata oggetto di interesse da parte di molti scienziati che proposero valori diversi e non univoci rispetto all’originario. L’ultimo in ordine di tempo è quello suggerito da Wendy Freedman, della University of Chicago, secondo cui il tasso di espansione dell’Universo sarebbe poco meno di 70 chilometri al secondo per megaparsec.

Per determinare la costante di Hubble gli scienziati si muovono essenzialmente in due direzioni. Da un lato partono dalle misure della radiazione cosmica di fondo (ciò che resta della radiazione primordiale), ottenute con il telescopio spaziale Planck dell’Agenzia spaziale europea: il tasso di espansione che si ricava in questo modo è di 67,8 chilometri al secondo per megaparsec.

Dall’altro si servono delle cosiddette “candele standard”, cioè sorgenti astrofisiche – in questo caso un certo tipo di Supernovae – di cui si possiede una buona stima della luminosità intrinseca. Confrontando la loro luminosità intrinseca con la luminosità apparente vista dalla Terra, è possibile calcolare le loro distanze. Quando si devono misurare distanze tra oggetti astrofisici relativamente vicini, per poi calibrare la luminosità di oggetti a distanza più elevata, si ricorre alle stelle pulsanti Cefeidi. È il caso del recente studio coordinato dal premio Nobel Adam Riess alla Johns Hopkins University di Baltimora che ha definito la costante di Hubble pari a circa 74 chilometri al secondo per megaparsec. Wendy Freedman ha utilizzato questo stesso metodo, servendosi però di stelle giganti rosse al posto delle Cefeidi e ottenendo valori più bassi rispetto a quelli calcolati dal team di Riess.

“Esiste un contrasto effettivo tra i due modi di misurare la costante di Hubble - osserva Sabino Matarrese del dipartimento di Fisica e astronomia dell’università di Padova e membro del team Planck –, tanto più che il margine di errore dei parametri che si ottengono è molto basso e in tutti i casi di pochi punti percentuali. Il metodo basato sulla radiazione cosmica di fondo prevede poche e semplici assunzioni fisiche di base, mentre quando si ricorre alle giganti rosse è coinvolta molta astrofisica e potrebbero esistere variabili, che ancora non conosciamo, capaci di influire sulla misurazione. È anche possibile che i parametri ottenuti con i due metodi (radiazione cosmica di fondo e Supernovae) siano entrambi corretti, ma che misurino quantità diverse. Nel secondo caso ci si riferisce all’Universo recente, nel primo invece a un Universo molto giovane, quello dopo il Big Bang. Per stabilire il tasso di espansione dell’Universo oggi, utilizzando misure che si riferiscono invece a epoche ben precedenti alla nascita delle galassie, si deve assumere una certa storia evolutiva dell’Universo. Ma, in questo modello di base, potremmo aver perso qualche ingrediente, potrebbe essere accaduto qualcosa che ha modificato questa storia evolutiva. È molto difficile, ma non impossibile. E dunque la discrepanza nei valori della costante di Hubble potrebbe essere indicativa di una nuova fisica”.

Matarrese, oltre alle prime due, indica una terza via per misurare il tasso di espansione dell’Universo che vede nelle onde gravitazionali uno degli elementi principali. La prima stima è stata realizzata nel 2017, a seguito della rivelazione simultanea di onde gravitazionali ed elettromagnetiche emesse dallo stesso evento astrofisico. Ha una banda di errore enorme, ma si situa esattamente a metà dei valori finora ottenuti. Secondo il docente, si tratta di una tecnica molto promettente: saranno sufficienti infatti una trentina di eventi simili a quello osservato un paio di anni fa – numero raggiungibile in pochi anni – per ottenere una misura estremamente precisa e completamente indipendente.

“La costante di Hubble – conclude il cosmologo –  è una misura fondamentale che ha un impatto rilevante innanzitutto sull’età dell’Universo: più basso è il valore della costante, più ‘vecchio’ è il cosmo. È inoltre un parametro che utilizziamo negli osservabili cosmologici e che, a seconda del valore che assume, modifica tutte le distanze su scala cosmologica”.