Le minuscole increspature dello spazio-tempo, note come onde gravitazionali, potrebbero offrire una chiave decisiva per misurare con maggiore precisione la velocità di espansione dell’universo. Secondo un nuovo studio, questo approccio potrebbe contribuire a sciogliere uno dei nodi più dibattuti della cosmologia contemporanea: la cosiddetta “tensione di Hubble”.
Dal 1998 sappiamo che l’universo non solo si espande, ma che questa espansione è in accelerazione. Per descrivere la forza responsabile di tale fenomeno è stato introdotto il termine “materia oscura”, un’etichetta provvisoria per indicare un meccanismo ancora poco compreso. Tuttavia, resta aperto un problema cruciale: il valore esatto della costante di Hubble, il parametro che quantifica il tasso di espansione cosmica.
Cos’è la tensione di Hubble
La tensione nasce dal fatto che esistono due modi principali per calcolare la costante di Hubble, e i risultati non coincidono.
Se si misura il tasso di espansione osservando l’universo “locale” — ad esempio attraverso le supernove di tipo Ia, utilizzate come candele standard — si ottiene un certo valore. Se invece si parte dall’universo primordiale, basandosi sul modello cosmologico standard e sulle osservazioni del fondo cosmico a microonde, il risultato è diverso.
Questa discrepanza, che persiste da oltre vent’anni, suggerisce che qualcosa nel nostro quadro teorico potrebbe essere incompleto o che stiamo sottovalutando qualche effetto sistematico nelle misurazioni.
Un team di ricercatori dell’Università dell’Illinois a Urbana-Champaign e dell’Università di Chicago propone ora una strada alternativa: utilizzare le onde gravitazionali come strumento indipendente di verifica.
Perché le onde gravitazionali
Le onde gravitazionali furono previste nel 1915 da Albert Einstein nell’ambito della relatività generale. Secondo la teoria, gli oggetti massicci deformano lo spazio-tempo e, quando subiscono accelerazioni violente — come nel caso della fusione tra due buchi neri — generano increspature che si propagano alla velocità della luce.
La loro esistenza è stata confermata nel 2015 grazie all’osservatorio LIGO negli Stati Uniti, che ha rilevato il segnale prodotto dalla fusione di due buchi neri situati a circa 1,3 miliardi di anni luce dalla Terra. Da allora, con il contributo di Virgo e KAGRA, sono stati registrati numerosi eventi simili, inclusi scontri tra stelle di neutroni.
Le onde gravitazionali permettono di stimare la distanza della sorgente che le ha generate. Tuttavia, per ricavare la costante di Hubble non basta conoscere la distanza: è necessario anche misurare la velocità con cui quella sorgente si allontana, informazione ottenuta osservando la radiazione elettromagnetica associata all’evento o alla galassia ospite.
Questa combinazione prende il nome di astronomia “multi-messaggera”, perché integra segnali diversi — onde gravitazionali e luce — per ricostruire un quadro più completo.
Il metodo della “sirena stocastica”
Finora, l’uso delle onde gravitazionali per calcolare la costante di Hubble non aveva raggiunto una precisione sufficiente. Il nuovo studio introduce un approccio innovativo basato non sui singoli eventi, ma sul cosiddetto fondo stocastico di onde gravitazionali.
Si tratta di un “sussurro” cosmico generato dall’insieme di innumerevoli fusioni lontane, un rumore di fondo diffuso che si nasconde dietro i segnali più intensi delle collisioni vicine. Analizzando l’intensità di questo fondo, i ricercatori possono ricavare informazioni indirette sul tasso di espansione dell’universo.
Secondo quanto spiegato dal team, un valore più basso della costante di Hubble implicherebbe un volume di spazio maggiore disponibile per le collisioni, e quindi un segnale di fondo più forte. Se questo segnale non viene rilevato, ciò suggerisce invece un valore più elevato della costante e un’espansione più rapida.
Pur non essendo ancora abbastanza sensibili da individuare direttamente questo rumore cosmico, gli strumenti attuali — LIGO, Virgo e KAGRA — hanno già fornito dati utili per una prima applicazione del metodo. I risultati preliminari indicano una costante di Hubble più alta, in linea con le stime ottenute dall’universo locale.
Una prova di principio per il futuro
Lo studio, pubblicato l’11 marzo su Physical Review Letters, rappresenta soprattutto una prova di principio. Nei prossimi sei anni, la sensibilità dei rilevatori dovrebbe migliorare in modo significativo, aumentando la possibilità di “ascoltare” direttamente il fondo stocastico.
Se questo sarà possibile, le onde gravitazionali diventeranno uno strumento indipendente e sempre più preciso per misurare parametri cosmologici fondamentali. Un passo decisivo per chiarire se la tensione di Hubble sia il segnale di nuova fisica o il risultato di limiti osservativi ancora da superare.
In ogni caso, l’idea di utilizzare il sussurro dello spazio-tempo per rispondere a una delle domande più profonde sulla struttura dell’universo apre una prospettiva nuova e promettente per la cosmologia del XXI secolo.
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