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Edwin Hubble

Edwin Hubble è senz’altro una delle figure chiave dell’astronomia – non per niente a lui è stato intitolato il [1] telescopio orbitante, quel gioiello tecnologico che permette di scrutare i cieli fino ad enormi profondità, superando i “disturbi” dell’atmosfera terrestre.

Nel 1923 Hubble fu in grado di provare che le indistinguibili macchie di luce in lontananza, allora chiamate nebulose, erano in effetti insiemi di miriadi di stelle, dimostrando l’esistenza di galassie diverse dalla nostra [2] Via Lattea, un’idea già postulata da alcuni studiosi, come il filosofo Immanuel Kant. Ma non era finita qui. Nel 1929, Hubble notò che le righe spettrali della luce di lontane galassie presentavano lunghezze d’onda maggiori di quanto ci si sarebbe aspettato, concludendo, in base all’[3] effetto Doppler, che le galassie si allontanavano dalla Terra, con una velocità proporzionale alla distanza.

effetto Doppler

L’[3] effetto Doppler, evidenziato per la prima volta dal fisico austriaco Johann Christian Doppler nel 1842, è un cambiamento apparente della frequenza delle lunghezze d’onda percepito da un osservatore al variare della sua distanza dall’origine dell’emissione.

Quando la sorgente si allontana da noi, le creste delle onde emesse in successione impiegano un tempo maggiore per raggiungerci, mentre quando si avvicina il tempo di percorrenza è minore. Una analogia frequentemente utilizzata per spiegare questo effetto è quella del viaggiatore che scrive a casa una lettera alla settimana mentre si allontana dal luogo di origine. Le lettere, sempre inviate con cadenza regolare, saranno recapitate ad intervalli di tempo sempre maggiori man mano che lo scrivente si allontana.

L’[3] effetto Doppler si osserva comunemente quando siamo superati da un’ambulanza a tutta velocità. Sebbene la reale emissione sonora della sirena non cambi (il guidatore dell’ambulanza non avverte alcuna variazione), le nostre orecchie percepiscono un abbassamento della tonalità man mano che la sirena si allontana da noi, registrano cioè il cambiamento apparente della lunghezza d’onda.

L’[3] effetto Doppler si applica a qualsiasi tipo di onda; nel caso della luce, la sua conseguenza osservabile è un redshift (spostamento verso il rosso) delle righe spettrali se la sorgente si allontana, e un blueshift (spostamento verso il blu) quando si avvicina.

Sopra: esempio di spostamento verso il rosso o verso il blu delle righe di assorbimento

Hubble rilevò che la luce di lontane galassie presentava un [7] redshift, e dimostrò che la velocità di recessione era proporzionale alla distanza: più distante era l’oggetto, più pronunciato era lo spostamento verso il rosso. Questa relazione lineare tra velocità e distanza, denominata legge di Hubble, fu la prima importante osservazione empirica che suffragava la teoria del [8] Big Bang, un’esplosione primordiale seguita dall’espansione - se le galassie si stanno separando, in passato dovevano essere certamente più vicine tra loro.

La proporzionalità lineare tra distanza e velocità indica inoltre che la nostra [9] galassia, la [2] Via Lattea, non occupa alcuna posizione particolare nel cosmo: Da qualsiasi [11] pianeta in qualsiasi [9] galassia lo si osservi, l’Universo ha lo stesso aspetto. La velocità di recessione, quindi, rappresenta il tasso di espansione dell’Universo in cui tutte le galassie si allontanano le une dalle altre.

Hubble stimò il tasso di espansione, da allora chiamata [13] costante di Hubble, in 500 km al secondo per megaparsec (1 megaparsec = 3.262.000 anni luce). Il suo valore, continuamente rivisto negli anni con il perfezionamento delle strumentazioni, e soprattutto grazie al Hubble Space Telescope, oggi è stimato attorno ai 70 km/s per megaparsec.

La [13] costante di Hubble ci permette anche di stimare l’età dell’Universo. Conoscendo la distanza attuale tra due galassie e la velocità a cui si separano, è possibile determinare quanto tempo hanno impiegato per raggiungere la distanza osservata oggi, applicando la semplice relazione: spazio/velocità = tempo.

Come spesso accade nel mondo della scienza, le cose non sono proprio così semplici…Oltre a modificare continuamente il valore della [13] costante di Hubble, gli astronomi hanno infatti inaspettatamente scoperto, nel 1998, che l’espansione cosmica starebbe accelerando, a causa di una forza della natura a tutt’oggi ignota, e per questo detta “energia oscura”; insomma, la [13] costante di Hubble non sarebbe proprio…costante.

Secondo le più recenti stime, i cosmologi ritengono che l’Universo abbia circa 13.7 miliardi di anni, con un margine di errore solo del 10% (± 200 milioni di anni).