Costante cosmologica, quel lambda che ci salva

La presenza nell’universo di condizioni favorevoli a forme di vita complesse è legata a doppio filo alla velocità d’espansione dell’universo stesso. È quella ideale, calcola uno studio su Physical Review Letters, per consentire a stelle e galassie di formarsi limitando, al tempo stesso, il rischio d’estinzioni di massa causate dai lampi di raggi gamma.

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».

Rappresentazione artistica d’un raggio gamma mentre investe l’atmosfera terrestre .Crediti: NASA
Rappresentazione artistica d’un raggio gamma mentre investe l’atmosfera terrestre .Crediti: NASA

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.

Licia Verde. Fonte: Wikipedia
Licia Verde. Fonte: Wikipedia

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:

Articolo originale disponibile su Media INAF.

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23 Commenti    |    Aggiungi un Commento

  1. 《Dunque siete d accordo con i sostenitori del Principio Antropico? È un Universo a nostra misura, quello in cui ci troviamo?》

    《[...] Se vediamo un Universo a "nostra misura" è perché, se non lo fosse, molto probabilmente non saremmo qui ad osservarlo...》

  2. Citazione Originariamente Scritto da Red Hanuman Visualizza Messaggio
    Mi hai battuto sul tempo...
    Sono un pò inattivo ultimamente...ho cercato di rimediare con questo per il momento .

  3. Citazione Originariamente Scritto da DarknessLight Visualizza Messaggio
    《Dunque siete d accordo con i sostenitori del Principio Antropico? È un Universo a nostra misura, quello in cui ci troviamo?》

    《[...] Se vediamo un Universo a "nostra misura" è perché, se non lo fosse, molto probabilmente non saremmo qui ad osservarlo...》
    Già, sembra tutto creato ad hoc.
    Potremmo però vedere la questione da un punto di vista totalmente diverso. Cioè che la vita come la conosciamo, e sperimentiamo, si sia potuta formare grazie a queste condizioni. Questo non esclude che ci possano essere altre condizioni in linea di principio, e che il tutto possa essere avvenuto casualmente.

    Di certo il nostro amico @Gaetano M. potrà dire la sua in merito .

  4. Citazione Originariamente Scritto da Enrico Corsaro Visualizza Messaggio
    Già, sembra tutto creato ad hoc.
    Potremmo però vedere la questione da un punto di vista totalmente diverso. Cioè che la vita come la conosciamo, e sperimentiamo, si sia potuta formare grazie a queste condizioni.
    Sì, la frase che ho riportato era nell articolo, verso la fine.
    Penso che il senso della risposta (《[...] Se vediamo un Universo a "nostra misura" è perché, se non lo fosse, molto probabilmente non saremmo qui ad osservarlo...》) sia proprio quello che anche tu dici, ovvero: l universo è "perfetto" per noi... perché noi ci siamo adattati a lui.

    Questo non esclude che ci possano essere altre condizioni in linea di principio, e che il tutto possa essere avvenuto casualmente.
    Totalmente d accordo!

  5. Bellissimo articolo! Con entusiasmo sono corsa a riprendere in mano il volume sulla materia oscura della collana Una Passeggiata nel Cosmo che avevo finito di leggere da poco. Ricordavo bene che verso la fine c'era un paragrafo sul principio antropico.

    Condivido la parte più emozionante del libro su questo tema:

    - Nel 1987 Steven Weinberg suggerì che la costante cosmologica (ovvero la densità dell'energia oscura) potesse essere diversa da zero. Non solo, suggerì anche in quale range potesse trovarsi tale valore, confermato completamente dalle osservazioni che sarebbero state realizzate dieci anni dopo. Su che cosa si basò Weinberg?
    Per capirlo dobbiamo comprendere il concetto di principio antropico. Si tratta semplicemente di una verità che non ha bisogno di essere dimostrata: "gli esseri viventi possono abitare solamente un ambiente fisico adatto alla presenza della vita". [...]
    Il principio acquisisce forza in presenza di un insieme di ambienti fisici con caratteristiche differenti. Ad esempio, nella Via Lattea ci sono migliaia di milioni di pianeti che presentano condizioni fisiche differenti (gravità, temperatura, atmosfera ecc.). Sicuramente solo in un'area limitata degli stessi esistono le condizioni ideali per la comparsa della vita. Solo in questi pianeti potranno nascere esseri intelligenti in grado di osservare ciò che li circonda. Ciò che osserveranno sarà, naturalmente, un pianeta con le condizioni ideali ad accogliere la presenza di vita. [...]
    Ma non esiste alcun progetto: semplicemente esistono migliaia di milioni di pianeti, la maggior parte inabitabili, e una minoranza di essi adatti a ospitare la vita. Noi viviamo in uno di quei rari pianeti con condizioni privilegiate [...] -

    Da tutto questo ragionamento partono anche le teorie speculative sul multiverso (che io trovo comunque molto intriganti).

    Cito sempre dal libro:

    - Se il nostro Universo fosse l'unico esistente, allora il principio antropico non spiegherebbe in assoluto il valore dell'energia oscura. [...] Solamente in pochissimi universi potrà comparire la vita e con essa osservatori in grado di contemplare il loro Universo. -

  6. Citazione Originariamente Scritto da Enrico Corsaro Visualizza Messaggio
    Di certo il nostro amico @Gaetano M. potrà dire la sua in merito .
    Mancherebbe, per come la vedo io, un riferimento al multiverso, che, date le premesse, potrebbe essere indispensabile. Comunque, articolo molto interessante!

  7. principio antropico. Si tratta semplicemente di una verità che non ha bisogno di essere dimostrata "gli esseri viventi possono abitare solamente un ambiente fisico adatto alla presenza della vita".
    non esiste alcun progetto: semplicemente esistono migliaia di milioni di pianeti, la maggior parte inabitabili, e una minoranza di essi adatti a ospitare la vita. Noi viviamo in uno di quei rari pianeti con condizioni privilegiate
    Perfetto!

    Sarebbe a dire: viviamo in un universo senza scopo ne causa. La vita biologica è una delle tante manifestazioni dell aggregarsi della materia.

  8. per come la vedo io, un riferimento al multiverso
    QUI definisce l Universo come l insieme di Tutto ciò che Esiste... dunque non c è nulla oltre l Universo...

    Parlare di Multiverso non sarebbe una contraddizione in termini? Voi cosa ne pensate?

  9. Citazione Originariamente Scritto da DarknessLight Visualizza Messaggio
    Parlare di Multiverso non sarebbe una contraddizione in termini? Voi cosa ne pensate?
    Ho letto da qualche parte che la contraddizione si può evitare se si considerano i multiversi come regioni separate dello stesso Universo.