Spazio e Scienze

A quale velocità si espande l’Universo

Pagina 2: A quale velocità si espande l’Universo

Prima di questa notizia sapevamo che per calcolare il tasso di espansione dell'universo si usava la Costante di Hubble. Adesso è da cestinare?

luciano anselmo"No, anche perché la Costante di Hubble ha una lunga e travagliata storia. È una grandezza che ci dà un'idea di quale dovrebbe essere il tasso di espansione dello Spazio come effetto derivato delle proprietà dello Spazio stesso e della materia, mediamente e su larga scala, nell'Universo in una certa epoca. Già questo ci fa dire che il nome "Costante" che gli fu affibbiato negli anni '20 quando si credeva che il tasso di espansione dello Spazio potesse essere effettivamente una Costante, era sbagliato.

Sulla base di quello che sappiamo oggi sull'evoluzione dell'Universo è evidente che la costante di Hubble non possa essere una costante, bensì dipende dal momento della vita dell'Universo in cui la si calcola. Quando si parla della Costante di Hubble ci si riferisce a quella che dovrebbe essere oggi (anche se i termini 'oggi' e 'ora' con la Relatività Generale sono concetti molto approssimati) e che si evolve nel tempo.

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La prima complicazione quindi è che la Costante di Hubble non è sempre stata la stessa e non sarà la stessa di adesso in futuro. Inoltre è da ricordare che quando facciamo osservazioni con i telescopi vediamo cose accadute miliardi di anni prima, e quando facciamo proiezioni sul futuro parliamo di tempi molto lontani; tutte queste informazioni vanno poi 'riaggiustate' per dire qual è la Costante di Hubble oggi.

La seconda complicazione è che nel corso della storia della Costante di Hubble il suo valore è cambiato radicalmente (anche quello calcolato per oggi) molte volte, con grandissime fluttuazioni e con grandissime incertezze proprio perché la misura dipendeva in pratica anche dalle tecniche che venivano utilizzate. Comunque per ottenere una Costante di Hubble c'è bisogno di una componente fondamentale, che è la capacità di misurare molto accuratamente le distanze fra noi e parti molto lontane dell'Universo, sia nello Spazio che nel tempo

Questa misura su scale astronomiche è sempre stata un compito di una complicazione incredibile. Nessuno ci ha regalato delle scale o dei metri che ci permettano di calcolare con esattezza la distanza fra noi e una galassia o noi e una stella lontanissima. Abbiamo fatto progressivi miglioramenti anche grazie all'introduzione di concetti fisici sofisticati sulla natura di certi tipi di stelle, o processi come l'esplosione di un particolare tipo di supernovae.  L'aspetto inferenziale, la concatenazione delle misure e delle ipotesi anche nei metodi che oggi sono considerati più attuali è comunque tale da fare sì che le incertezze rimangano sempre significative.

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Supernova di tipo Ia. Image credit: NASA / JPL

Il compito di stabilire delle scale di distanza a livello astronomico e cosmologico si è intrecciato alla definizione e al calcolo di quella che poi è stata impropriamente chiamata Costante di Hubble. A seconda dei progressi e delle tecniche che venivano usate e degli errori che venivano introdotti, la Costante di Hubble ha avuto delle fluttuazioni enormi. Solo negli anni '90 è stato possibile trovare delle candele standard (oggetti visibili a miliardi di anni luce con una luminosità nota) di cui si poteva presupporre che mantenessero una luminosità approssimativamente costante, e che permettessero di misurare con una certa confidenza queste distanze grandissime. Ed è proprio con la definizione di queste candele standard – che nel caso specifico erano un tipo particolare di supernovae, le 1a – che venne fatta originariamente negli anni '90 la scoperta dell'espansione accelerata dell'Universo che valse il Nobel a Riess (che l'Universo fosse in espansione invece si sapeva dagli anni '20). È proprio questa che viene ulteriormente raffinata da queste più recenti misure.

Anche qui, il progresso è stato enorme, ma siamo sicuri che una supernova di quel tipo che è esplosa 9 o 10 miliardi di anni fa sia esattamente identica a una supernova di quel tipo che esplode oggi? Comunque ci sono sempre delle incertezze e degli errori che si cerca continuamente di ridurre. Quest'ultimo lavoro è un ulteriore tentativo di riduzione degli errori, usando due tipi di candele: le supernovae di tipo 1a che erano state usate per la scoperta originaria dell'espansione accelerata dell'Universo, e le cefeidi classiche, che invece erano le stelle usate da Edwin Hubble proprio per scoprire l'espansione dell'universo negli anni '20 e poi affinarla negli anni '30, '40 e '50. Il nuovo lavoro è stato quello di usarle entrambe, confrontarle fra di loro nelle galassie intermedie in cui sono visibili entrambe per ricalibrare il più possibile la misura o ridurre l'errore nelle misure di queste distanze cosmiche.

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Cefeidi

Se è vero quello che gli autori sostengono, ossia che sono riusciti a ridurre questo tipo di errore (cosa che comunque sarà da verificare), significa che sono riusciti a misurare la velocità di espansione dello Spazio in maniera un po' più accurata di prima. Grazie a questa maggiore accuratezza vediamo che l'accelerazione è un po' più alta di quello che ci saremmo dovuti aspettare, fra il 5 e il 9% in più".

A quale velocità si espande l'Universo

Il nuovo valore per l'accelerazione dell'Universo, pubblicato sul sito ArXiv e sull'Astrophysical Journal, è pari a 73,2 chilometri al secondo per megaparsec. Che cosa significa in termini comprensibili?

"Diciamo che prendendo come origine il punto di osservazione in cui ci troviamo ora e prendendo una galassia qualsiasi che è distante da noi un po' più di tre milioni di anni luce, questa galassia per l'espansione dello Spazio che ci separa si allontana da noi a 73,2 chilometri al secondo. Se fosse a una distanza doppia si allontanerebbe alla velocità doppia, se fosse al triplo, a velocità tripla, e così via".

Vuole dire che andiamo più rapidamente verso la distruzione?

luciano anselmo"Dipende che cosa si intende per distruzione. Stiamo parlando ovviamente di scale di tempo di decine di miliardi di anni, quindi non avrebbe comunque alcun effetto né su di noi né sui nostri lontani pronipoti, e saremmo spariti comunque prima noi.

Lasciando da parte questo aspetto comunque non secondario, se guardiamo le cose prendendo come punto di vista la nostra galassia o il nostro gruppo di galassie (tenute insieme dall'attrazione gravitazionale, che indipendentemente dall'espansione dello Spazio resteranno sempre vicine fra loro), con questa espansione accelerata dello Spazio che già era stata scoperta negli anni '90 arriverà un momento lontanissimo nel futuro in cui rimarremo solo noi in tutto l'Universo osservabile da cui ci può arrivare della luce (sempre inteso come gruppo locale di galassie). Tutto il resto dell'Universo si sarà ormai allontanato talmente tanto e talmente velocemente da non permettere più a nessun raggio luminoso emesso da questi oggetti di raggiungerci.

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Milky Way Credit: ESO / Serge Brunier, Frederic Tapissier

Ci troveremo in un volume inimmaginabilmente grande ma completamente vuoto a parte noi stessi, ossia quel che sarà rimasto della nostra galassia, perché quest'ultima nel frattempo si sarà evoluta e sarà entrata in collisione con altre galassie.  È un modo per dire che la fine sarà un po' più rapida rispetto a quella che comunque ci aspettava.

Poi bisogna vedere se la fine sarà veramente questa o se ci saranno in atto dei fenomeni fisici a livello di proprietà delle particelle elementari, debolissimi che ancora non siamo in grado di rivelare sperimentalmente, e che potrebbero portare comunque all'auto distruzione della materia stessa in un tempo anche più breve (sempre lunghissimo, ma più breve di questi fenomeni fisici).

È il problema del sapere se il protone, che è il costituente fondamentale della materia visibile, a lunghissimo termine è stabile oppure decade in particelle più leggere. Se l'evoluzione universale fosse per qualche motivo più lenta dell'evoluzione particellare, allora altri tipi di fine sarebbero possibili prima. Per quel che ne sappiamo oggi probabilmente è più rapida l'espansione dell'Universo del decadimento del protone, quindi l'auto distruzione avverrà in solitudine. Si può poi pensare a tantissimi altri scenari a cui in effetti tanti hanno pensato, ma che comunque riguardano un fenomeno che definire remoto è eufemistico".