Universo, espansione più veloce del previsto. Che significa?

L'universo si espande a una velocità fra il 5 e il 9 percento maggiore rispetto a alle stime precedenti. L'annuncio è della scorsa settimana ed è frutto di una ricerca di Adam Riess, già titolare del Nobel per la Fisica nel 2011, proprio per una scoperta relativa all'accelerazione dell'Universo.

Il dato ha ottenuto grande rilevanza mediatica e sarà motivo di studio per molti astrofisici, ma che cosa significa che l'Universo si espande, e cosa cambia il fatto che lo faccia più velocemente di quanto ci aspettassimo? Per rispondere a queste altre domande abbiamo preparato questo articolo con qualche informazioni di base e con le preziose spiegazioni del dottor Luciano Anselmo dell'Istituto di scienze e tecnologie dell'informazione (ISTI) del CNR.

Un Universo in espansione

L'espansione dell'Universo non è certo una novità: negli anni '20 l'astronomo statunitense Edwin Hubble scoprì che il nostro Universo non è statico. Osservando galassie lontane si notava infatti uno spostamento verso il rosso (red-shift ) delle righe spettrali, e Hubble fu il primo a interpretarlo come un segnale dell'espansione dell'Universo, ipotizzando che il red-shift fosse dovuto all'effetto Doppler, ossia al fatto che gli oggetti erano in moto di allontanamento rispetto all'osservatore.

Che cosa significa che l'Universo si espande?

"L'espansione dell'Universo è qualcosa di abbastanza complicato e poco intuitivo perché non è un'espansione di materia nello Spazio, ma un'espansione dello Spazio stesso che separa la materia, e non si può rappresentare efficacemente con esempi come il palloncino che si gonfia o il panettone che lievita. Sono paragoni che vengono normalmente usati perché catturano alcuni degli aspetti dell'espansione dell'Universo, ma purtroppo non è esattamente quello che avviene. Sia nel panettone sia nel palloncino, l'azione di espansione avviene dentro a una stanza, cioè in uno Spazio che resta statico, come della materia che si muove in uno Spazio che resta immutato nel tempo.

L'espansione dell'Universo di cui si parla in questo frangente invece affonda le sue radici nella struttura più profonda della Teoria della Relatività Generale di Einstein, dove purtroppo per la nostra capacità d'immaginazione (ma per fortuna per la Fisica) non si parla di materia che si allontana da altra materia in uno spazio 'che rimane immobile', ma è la trama dello Spazio che si espande trascinando con sé la materia.

Nell'Universo – ed è questo che complica ulteriormente le misure che sono state usate per ottenere questa nuova stima – accanto all'espansione dello Spazio ci sono anche dei movimenti della materia rispetto allo Spazio stesso. Per esempio negli ammassi di galassie, le galassie si muovo l'una rispetto all'altra e anche rispetto allo Spazio, mentre quest'ultimo si espande a sua volta e trascina tutto l'ammasso di galassie. Noi sperimentatori cerchiamo con i nostri strumenti – osservando certi tipi di luce – di capire questi movimenti, ma in realtà questa luce (le informazioni che arrivano ai telescopi) non permette di distinguere se a muoversi è la materia rispetto allo Spazio o è lo Spazio che si espande e trascina la materia.

Districare queste due forme diverse di movimento richiede tutta una serie di analisi molto sofisticate. E il risultato è affetto anche da errori che possono portare e hanno portato in passato a tutta una serie di discrepanze fra misure diverse, che facevano pensare a delle contraddizioni quando invece analisi successive appurarono che non c'erano contraddizioni".

Come si misura l'espansione

Hubble coniò con Milton Humason la cosiddetta Legge di Hubble, secondo cui esiste una relazione lineare tra lo spostamento verso il rosso della luce emessa dalle galassie e la loro distanza: tanto maggiore è la distanza della galassia, tanto maggiore sarà il suo spostamento verso il rosso. Nella formula, la Legge di Hubble comprende anche la Costante di Hubble, un parametro fondamentale della cosmologia contemporanea, di cui parleremo fra poco e che è un elemento fondamentale anche nei calcoli di oggi, oltre ad essere un tassello fondamentale della teoria del Big Bang, coerente con la Teoria della Relatività Generale di Einstein.

Per scoprire l'espansione dell'universo negli anni '20 Edwin Hubble fece uso delle cefeidi classiche. Adam Riess e il suo gruppo di lavoro della Johns Hopkins University ha combinato i dati relativi a 2.400 variabili Cefeidi in 19 galassie e 300 supernove di tipo 1a.

Le variabili Cefeidi sono stelle che hanno un comportamento regolare e che permettono, in base alla loro velocità di pulsazione, di calcolarne la luminosità reale. Dalla differenza fra la luminosità reale e quella percepita (legata alla distanza fra noi e la stella) si può calcolare la distanza della cefeide. Le supernovae di tipo 1a sono piuttosto rare, ma quando esplodono emettono una quantità di luce nota che permette di calcolarne la lontananza con un certo livello di precisione.