Ci sono domande a cui l’umanità sta cercando di dare una risposta da millenni. Come ha avuto origine la vita sulla Terra? Siamo soli nell’universo? Qual è la vera struttura dell’universo? Ad alcune di queste domande stiamo già cercando di rispondere setacciando quotidianamente il cosmo, riempiendo i tasselli di un puzzle estremamente vasto che comprende astrobiologia, cosmologia e astrofisica.
Per alcune risposte invece, dobbiamo tornare indietro e integrarle con i nuovi dati perché la scienza lascia sempre aperta ogni porta, e questa è la sua croce e la sua delizia.
Uno degli enigmi cosmologici più importanti è la velocità con cui l’universo si sta espandendo, che viene misurata attraverso un numero, chiamato costante di Hubble.
La Legge di Hubble-Lemaître
Esiste infatti una legge, chiamata Legge di Hubble-Lemaître, che afferma che 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. In pratica, pensate alla luce emessa come ad una molla che si allunga. A mano a mano che essa viene stirata, diventa più rossa, mentre se viene compressa diventa più blu. Lo spostamento verso il rosso misurato di una galassia dipende dalla sua distanza e dalla velocità della luce, attraverso un parametro H0 che è proprio la costante di Hubble, il cui valore attualmente stimato è attorno a 67,15 km/s/Mpc.
Ma come facciamo ad avere informazioni su questo parametro? La risposta è: in maniera indiretta, usando la luce degli oggetti celesti. Per esempio, la luce di una stella che esplode e che arriva sulla Terra attraverso percorsi tortuosi attraverso l’universo in espansione.
Dal 1920 infatti, sappiamo grazie alle stelle che l’universo si sta espandendo ma il seme di questa ricerca inizia nel 1908, quando l’astronoma statunitense Henrietta Leavitt trovò un modo per misurare la luminosità intrinseca di un tipo di stella chiamata variabile Cefeide. Le Cefeidi diventano più luminose e più fioche seguendo un ciclo regolare.
In questo modo, le stelle Cefeidi possono essere usate come “candele standard”, ovvero come oggetti la cui luminosità intrinseca è nota e, quindi, la cui distanza può essere calcolata univocamente.
Il concetto è semplice, anche se non banale. Immagina di essere in mezzo ad una strada buia con solo pochi pali della luce che illuminano la via. Ora immagina che ogni palo della luce abbia lo stesso tipo di lampadina, con la stessa potenza. E’ abbastanza intuitivo immaginare che quelli lontani appaiano più deboli di quelli vicini. Questo perché la luce svanisce proporzionalmente alla sua distanza, secondo una legge quadratica.
Se dunque si riuscisse a misurare quanto luminosa appare ogni luce e si hanno dei punti di riferimento luce-distanza, si è in grado di capire quanto è lontano ogni singolo palo della luce.
Fu esattamente quello che fece nel 1929 l’astronomo statunitense Edwin Hubble per le stelle, trovando la distanza di alcune stelle Cefeidi, scoprendo così che l’universo si stava espandendo. Oltre alle Cefeidi ci sono altri tipi di candele standard, come le supernove di tipo Ia. Ma per misurare la costante di Hubble ci sono anche altri metodi come quello che utilizza la radiazione cosmica di fondo, la luce che ci racconta le prime fasi di vita dell’universo, quella che ha iniziato a viaggiare poco dopo il Big Bang.
Tuttavia, differenti metodi restituiscono valori della costante di Hubble che differiscono di quasi il 10%. Un metodo ulteriore per capire a quale dei due valori dare ragione ci arriva dal fenomeno delle lenti gravitazionali.
Il caso della supernova Refsdal
Il più recente lavoro che usa questa tecnica si basa sulla luce di una stella esplosa chiamata Supernova Refsdal.
Quando la supernova è esplosa, la sua luce si è espansa in tutte le direzioni, ma ha viaggiato attraverso lo spazio deformato dagli enormi campi gravitazionali di un enorme ammasso di galassie, che ne hanno piegato parte del percorso, facendo sì che essa arrivasse sulla Terra attraverso più strade. In pratica, ogni “raggio” di luce proveniente della supernova ci aveva raggiunto lungo un percorso diverso dall’altro, dopo aver viaggiato attraverso l’universo.
Osservando l’arrivo sulla Terra di ogni immagine di quella supernova, una delle quali è avvenuta nel 2015, dopo che la stella che esplodeva era già stata avvistata, è stato possibile misurare il tempo di viaggio della luce, e quindi quanto l’universo era cresciuto mentre l’immagine era in transito. Questo ci ha permesso di avere una misura univoca della crescita dell’universo. E questo ci dice che il valore della costante di Hubble misurata con questo metodo è più vicina alla misurazione fatta grazie al fondo cosmico a microonde, piuttosto che a quella fatta col le Cefeidi e le supernove.
Il problema sta nel fatto che, vista la posizione della supernova usata, dovrebbe essere il contrario. Questo ci dice che potrebbero esserci ancora lacune riguardo alla nostra comprensione degli ammassi di galassie e dei modelli da applicare alle lenti gravitazionali.
E mentre l’universo di espande noi possiamo soltanto osservare, come bambini che scrutano attraverso il lunotto posteriore dell’auto che si allontana, ma senza avere case o punti di riferimento che si rimpiccioliscono man mano.
