Gli “orologi” dei quasar mostrano l’universo rallentato di un fattore 5 dopo il Big Bang

In uno studio pionieristico, gli scienziati hanno utilizzato i quasar come orologi cosmici per tracciare l’universo primordiale in un movimento ultra-lento, confermando ulteriormente la teoria della relatività generale di Einstein. Esaminando i dati di quasi 200 quasar, buchi neri supermassicci al centro delle prime galassie, il team ha scoperto che il tempo rallenta cinque volte quando l’universo ha più di un miliardo di anni.

I dati osservativi di quasi 200 quasar mostrano che Einstein – ancora una volta – ha ragione sull’espansione periodica dell’universo.

Sbloccando uno dei misteri dell’universo in espansione di Einstein, gli scienziati hanno osservato per la prima volta che l’universo primordiale si muoveva a un ritmo estremamente lento.

La teoria della relatività generale di Einstein significa che dovremmo osservare che l’universo distante – e quindi antico – si stava muovendo molto più lentamente di quanto non lo sia oggi. Tuttavia, guardare indietro a quel periodo si è rivelato sfuggente. Gli scienziati hanno ora risolto questo mistero usando i quasar come “orologi”.

“Quando guardiamo indietro a un’epoca in cui l’universo aveva più di un miliardo di anni, vediamo che il tempo rallenta di un fattore cinque”, ha detto l’autore principale dello studio, il professor Geraint Lewis dell’Istituto di fisica e astronomia di Sydney. . Università di Sidney.

“Se tu fossi lì, in questo universo infantile, un secondo sembrerebbe un secondo, ma dalla nostra posizione, più di 12 miliardi di anni nel futuro, quel primo tempo sembra trascinarsi”.

La ricerca è stata pubblicata il 3 luglio Astronomia naturale.

Gerint Lewis

Il professor Geraint Lewis presso il Sydney Institute of Astronomy presso la School of Physics dell’Università di Sydney. Credito: Università di Sydney

Il professor Lewis e il suo collaboratore Dr Brendan Brewer, dell’Università di Auckland, hanno utilizzato i dati osservati da quasi 200 quasar – i buchi neri supermassicci al centro delle prime galassie – per studiare questa dilatazione temporale.

“Grazie a Einstein, sappiamo che il tempo e lo spazio sono intrecciati e che da quando il tempo è iniziato nella singolarità del Big Bang, l’universo si è espanso”, ha detto il professor Lewis.

“Questa espansione dello spazio significa che le nostre osservazioni dell’universo primordiale devono apparire molto più lente del flusso del tempo attuale.

“In questo documento, lo stabiliamo dopo circa un miliardo di anni[{” attribute=””>Big Bang.”

Previously, astronomers have confirmed this slow-motion universe back to about half the age of the universe using supernovae – massive exploding stars – as ‘standard clocks’. But while supernovae are exceedingly bright, they are difficult to observe at the immense distances needed to peer into the early universe.

By observing quasars, this time horizon has been rolled back to just a tenth the age of the universe, confirming that the universe appears to speed up as it ages.

Professor Lewis said: “Where supernovae act like a single flash of light, making them easier to study, quasars are more complex, like an ongoing firework display. 

“What we have done is unravel this firework display, showing that quasars, too, can be used as standard markers of time for the early universe.”

Professor Lewis worked with astro-statistician Dr. Brewer to examine details of 190 quasars observed over two decades. Combining the observations taken at different colors (or wavelengths) – green light, red light, and into the infrared – they were able to standardize the ‘ticking’ of each quasar. Through the application of Bayesian analysis, they found the expansion of the universe imprinted on each quasar’s ticking.

“With these exquisite data, we were able to chart the tick of the quasar clocks, revealing the influence of expanding space,” Professor Lewis said.

These results further confirm Einstein’s picture of an expanding universe but contrast earlier studies that had failed to identify the time dilation of distant quasars.

“These earlier studies led people to question whether quasars are truly cosmological objects, or even if the idea of expanding space is correct,” Professor Lewis said.  

“With these new data and analysis, however, we’ve been able to find the elusive tick of the quasars and they behave just as Einstein’s relativity predicts,” he said.

Reference: “Detection of the cosmological time dilation of high-redshift quasars” by Geraint F. Lewis and Brendon J. Brewer, 3 July 2023, Nature Astronomy.
DOI: 10.1038/s41550-023-02029-2

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