L’Universo può avere un raggio di 46 miliardi di anni luce quando ha solo 13,8 miliardi di anni?

Gli astronomi accettano ampiamente che l’Universo si sia formato dall Big Bang circa 13,8 miliardi di anni fa. Da allora si è espanso. Questa espansione spiega come un Universo di 13,8 miliardi di anni possa essere molto più grande di 13,8 miliardi di anni luce.

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I limiti della velocità della luce degli elementi dell’Universo

Prima di tutto dovremmo spiegare che il limite della velocità della luce che la relatività impone agli oggetti all’interno del Cosmo non si applica al Cosmo stesso. Non possiamo infatti riferirci a una velocità di espansione assoluta perché non possiamo misurarla in riferimento a qualcosa di esterno.

Possiamo solo misurare le “velocità” delle galassie lontane che si stanno allontanando da noi rispetto alla nostra posizione. A parte quelle legate gravitazionalmente (come, ad esempio, la Via Lattea e le galassie di Andromeda), tutte le galassie sembrano allontanarsi le une dalle altre man mano che lo spazio-tempo in cui sono immerse si espande.

Quanto più distante è la galassia, tanto più veloce è la sua velocità di recessione, come osservato dalla Legge di Hubble. Come conseguenza di questa espansione, la posizione di una galassia cambia considerevolmente durante il periodo di tempo che la sua luce impiega per arrivare fino a noi.

Big Rip

La luce che vediamo proveniente da un oggetto distante 13 miliardi di anni luce ha impiegato 13 miliardi di anni per spostarsi da esso a noi, ma durante quel periodo la quantità di spazio che ci separa da quell’oggetto è aumentata sostanzialmente. I calcoli hanno mostrato che questa espansione farebbe sì che l’attuale raggio dell’Universo sia di circa 46 miliardi di anni luce.

La legge di Hubble

Durante il suo lavoro di studio delle galassie, Hubble ha utilizzato le stelle variabili Cefeidi per misurare le distanze di un campione di galassie. Anche prima del dibattito Shapley/Curtis e della scoperta che le nebulose a spirale sono galassie esterne, le osservazioni avevano mostrato che la stragrande maggioranza delle galassie aveva linee spettrali spostate verso il rosso rispetto ai valori di laboratorio.

In una pubblicazione di Hubble nel 1929, lo studioso ha mostrato che se si traccia la distanza di una galassia (misurata dalle variabili Cefeidi) e la velocità della galassia (misurata dallo spostamento delle linee spettrali), le due quantità sono direttamente correlate.

Il plasma di quark e gluoni: l'Universo primordiale

La legge di Hubble, che dice semplicemente che la velocità di una galassia è direttamente proporzionale alla sua distanza, ci dice anche qualcosa di importante sullo stato dell’Universo.

Se l’Universo fosse statico e immutabile, non dovrebbe esserci alcuna correlazione tra distanza e velocità. Se tuttavia è in espansione, ci aspettiamo una correlazione tra distanza e velocità. La solita analogia usata qui è quella di un’esplosione: i frammenti di schegge prodotte si muovono con una gamma di velocità, e gli oggetti più distanti dalla fonte dell’esplosione hanno le velocità maggiori.

Gli astronomi ritengono che la legge di Hubble sia una conseguenza diretta della continua espansione dell’Universo e che l’evidenza suggerisca che abbia avuto inizio con un’esplosione: il Big Bang.

Conclusioni

La velocità con cui l’Universo si espande è chiamata costante di Hubble: velocità = costante di Hubble × distanza. Riorganizzando questa equazione si ottiene costante di Hubble = velocità ÷ distanza , quindi la costante di Hubble è espressa in unità di chilometri al secondo (km/s) per megaparsec (Mpc), dove un megaparsec è 3,26 milioni di anni luce.

Allora qual è questa costante? Quanto velocemente si sta espandendo l’Universo? Come già accennato, nel 1929 Hubble ha raggiunto un valore di circa 500 km/s/Mpc. Misurazioni molto più accurate scesero a circa 100 km/s/Mpc intorno al 1960, ma la comunità astronomica si divise in due campi, uno a favore dei 100 km/s/Mpc e l’altro dei 50 km/s/Mpc. Risolvere questo problema è diventato uno dei progetti chiave del telescopio spaziale Hubble (HST), e nel 2001 gli astronomi dell’HST sono giunti alla conclusione che la velocità è di 72 km/s/Mpc.

La vita potrebbe essere apparsa pochi istanti dopo il Big Bang

Gli astronomi erano finalmente felici, ma la loro gioia è durata solo pochi anni. Recenti misurazioni accurate del fondo cosmico a microonde danno valori di circa 68 km/s/Mpc, mentre misurazioni utilizzando osservazioni come quella effettuata dall’HST danno ancora valori di circa 72 km/s/Mpc. Questo disaccordo è stato chiamato “tensione di Hubble” e non è stato ancora risolto.

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