Costante cosmologica, quel lambda che ci salva

Era il cruccio di Einstein, quella dannata lettera lambda. S’era visto costretto a infilarla controvoglia nelle sue equazioni di campo della relatività generale per evitare che tutti gli oggetti presenti nell’universo finissero per ammassarsi l’uno sull’altro e scivolare inesorabilmente in un pozzo senza fondo dello spazio-tempo. Salvo poi rimangiarsi l’intuizione non appena Hubble offrì al mondo, con la scoperta dell’espansione dell’universo, una via di scampo alternativa. Fu allora che Einstein definì quel termine lambda, in apparenza ormai superfluo, «la più grande cantonata della mia vita».

In realtà, mai cantonata fu più felice: negli ultimi decenni, quella lettera lambda prematuramente rinnegata è stata non solo riesumata e riabilitata, ma è diventata la protagonista irrinunciabile del modello standard della cosmologia, il modello Lambda-CDM, appunto. È lei la famosa costante cosmologica – identificata a volte, un po’ impropriamente, con l’energia oscura – alla quale dobbiamo l’accelerazione dell’espansione dell’universo.

E se pensate che nulla vi possa riguardare di meno, sbagliate di grosso. Il perché lo spiega uno studio appena uscito su Physical Review Letters: se l’universo non si espandesse seguendo il ritmo imposto dalla costante cosmologica, i micidiali lampi di raggi gamma (GRB, dalle iniziali di gamma-ray burst), che spazzano l’intero cosmo con la potenza di fuoco di migliaia di supernove, avrebbero reso pressoché impossibile lo sviluppo di forme di vita complesse.

Fra i cinque autori dello studio, guidato da Tsvi Piran del Racah Institute of Physics di Gerusalemme, c’è anche la cosmologa italiana Licia Verde, professoressa di fisica e astronomia alle università di Oslo e di Barcellona. Media INAF l’ha intervistata.

Professoressa Verde, il vostro studio propone uno scenario con una potenziale vittima, la vita, e due attori protagonisti: la costante cosmologica e i GRB. Chi è il buono, chi il cattivo? E perché?

«Entrambi gli attori recitano un ruolo sia buono che cattivo. Proprio come nella vita fuori da Hollywood, o come in un documentario sugli animali stile David Attenborough. I GRB provengono da esplosioni di stelle massive. Queste esplosioni, se avvengono troppo vicino a casa, rilasciano radiazione fatale per la vita “avanzata” – ovvero, una vita tale da produrre un osservatore. Non dimentichiamo però che sono proprio le esplosioni di stelle massive ad arricchire il mezzo interstellare di elementi “pesanti” (ferro, ossigeno…), indispensabili per formare i pianeti e  la vita.

Quanto alla costante cosmologica, è da anni che si sa che se è troppo grande risulta “cattiva”, perché impedisce alla gravità di far bene il suo lavoro: formare strutture come le galassie, le stelle, i pianeti, eccetera. Però dal nostro studio risulta che nemmeno una costante cosmologica troppo piccola aiuta: le galassie rimangono troppo vicine l’una all’altra, cosicché la radiazione di un “GRB killer” può raggiungere facilmente pianeti che ospitano la vita, con conseguenze negative per la vita stessa».

Proviamo a tracciare l’identikit d’un “GRB killer”: per esempio, a che distanza dovrebbe trovarsi, per ucciderci?

«È difficile dare una risposta esatta, è una di quelle domande a cui è più facile rispondere con la statistica – cioè calcolando la probabilità per tutti i possibili pianeti simili alla Terra mai esistiti nell’universo – che non per il caso specifico. Però i numeri non mentono, quindi vediamo alcuni numeri. Un “long duration GRB” fra quelli più energetici (il 10 percento dei più energetici), a una distanza di 50 Kpc – vale a dire, attorno ai 150 mila anni luce, grosso modo la distanza che ci separa dalla Large Magellanic Cloud – distruggerebbe il 90 percento dello strato di ozono.

Lo strato d’ozono è il nostro scudo contro la radiazione ultravioletta, che – oltre alle scottature solari – provoca danni e mutazioni al DNA e rompe le proteine. Quindi non solo provoca il cancro: il danno maggiore che può essere prodotto dalla radiazione ultravioletta è che distrugge la fotosintesi. Di conseguenza, tutto quello che dipende dalla fotosintesi (alghe, plancton…) muore, e così s’interrompe la catena alimentare. È vero che la vita sotto marina è automaticamente protetta dalla radiazione ultravioletta anche senza lo strato di ozono, ma il plancton – che è alla base di tutta la catena alimentare – verrebbe comunque distrutto».

In base alle vostre valutazioni statistiche, quale probabilità abbiamo, noi come specie umana, di venire investiti da un fascio di raggi gamma tale da estinguerci? Nel giro del prossimo milione di anni, diciamo?

«La frequenza, per noi sulla Terra, è stimata attorno a un evento ogni miliardo di anni. Quindi la probabilità, in un milione di anni, è dello 0.1 percento. Ovviamente, niente ci impedisce di pensare di mettere da parte abbastanza ozono “in bombolette” per rilasciarlo nell’atmosfera nel caso improbabile e sfortunato che un simile evento si verifichi…».

E in passato, in base ai vostri calcoli, quanto è probabile che i GRB abbiano avuto un ruolo nelle grandi estinzioni avvenute sulla Terra?

«Non sono i nostri calcoli a dirlo: è risaputo che l’estinzione Ordoviciana (responsabile della scomparsa dell’85% di tutte le specie esistenti al momento sulla Terra) fu dovuta, molto probabilmente, a uno di questi eventi. Nonostante ciò, la vita intelligente s’è sviluppata lo stesso, certo, ma se fosse accaduto più tardi…».

Torniamo alla costante cosmologica: dalle vostre conclusioni, pare di capire che viviamo nel migliore degli universi possibili, o quasi. È così?

«Sì, ma non è così sorprendente. Non vediamo una costante cosmologica troppo grande, perché se fosse troppo grande non ci sarebbero state galassie, stelle e pianeti per sviluppare una vita abbastanza complessa da puntare un telescopio al cielo e dire “oibò vedo una costante cosmologica!”. E non vediamo una costante cosmologica troppo piccola perché, se fosse troppo piccola, sarebbe stato più probabile ritrovarsi fritti per colpa di qualche GRB… Se un’estinzione tipo quella Ordoviciana fosse avvenuta all’epoca, per esempio, degli antichi greci o degli egizi, certamente non avremmo avuto un Galileo a puntare il telescopio al cielo».

Visto che viviamo in un universo in continuo mutamento, quale periodo della sua storia sarebbe il più favorevole allo sviluppo della vita?

«È un calcolo che nel nostro studio non facciamo, ci limitiamo a considerare diversi valori della costante cosmologica. Però si può tentare una “traduzione” qualitativa in termini di periodi della storia dell’universo. Facendo questa traduzione – approssimata – possiamo dire che, in un certo senso, sì: troppo nel futuro, e si saranno spente le stelle capaci di sostenere pianeti simili alla Terra; troppo nel passato, e ci sono troppi GRB pericolosamente vicini… Ma non è una sorpresa, anzi: ci aspettiamo di trovarci in un periodo particolarmente favorevole a noi, altrimenti, statisticamente parlando, non saremmo qui».

Dunque siete d’accordo con i sostenitori del principio antropico? È un universo a nostra misura, quello in cui ci troviamo?

«Quello che diciamo è che vediamo un processo di selezione. Se vediamo un universo “a nostra misura” è perché, se non lo fosse, molto probabilmente non saremmo qui a osservarlo».

Per saperne di più:

• Leggi su Physical Review Letters l’articolo “Cosmic Explosions, Life in the Universe, and the Cosmological Constant”, di Tsvi Piran, Raul Jimenez, Antonio J. Cuesta, Fergus Simpson e Licia Verde

Articolo originale disponibile su Media INAF.