AstroRubrica: un universo in espansione

Da 13,8 miliardi di anni, da quando è nato, l'universo è in continua espansione. Questa espansione non è semplicemente un allontanamento delle galassie l'una dall'altra, ma uno stiramento dello spaziotempo stesso, il tessuto quadridimensionale che costituisce il nostro universo.

L'universo non solo si espande, ma lo fa a velocità crescente, spinto da una misteriosa forma di energia che gli scienziati chiamano energia oscura.

Un secolo dopo le rivoluzionarie scoperte di Edwin Hubble, che per primo rivelò l'espansione del cosmo, molte domande rimangono ancora senza risposta. Non sappiamo cosa sia realmente l'energia oscura, né perché esistano discrepanze nelle misurazioni della velocità di espansione dell'universo.

Le scoperte di Hubble

Fino agli anni ’20 del secolo scorso, si pensava che la Via Lattea, la nostra galassia, comprendesse l’intero universo. Questa prospettiva cambiò radicalmente quando l’astronomo Edwin Hubble osservò quella che allora era nota come la “Nebulosa di Andromeda”.
Nel 1923 riuscì a distinguere alcune stelle al suo interno, tra cui una stella variabile Cefeide — un tipo di stella utilizzata per misurare le distanze cosmiche in base alla variazione della sua luminosità.

Calcolandone la distanza, Hubble scoprì che era troppo lontana per appartenere alla Via Lattea. La cosiddetta nebulosa di Andromeda era in realtà una galassia a sé stante, situata ben oltre i confini della nostra.
Questa scoperta rivelò che molti degli oggetti allora classificati come “nebulose” erano in realtà altre galassie. L'universo era molto più vasto di quanto si fosse mai immaginato e comprendeva milioni di galassie.

L’universo si espande

Nel 1927 l'astronomo belga Georges Lemaître, studiando le soluzioni alle equazioni della relatività generale di Einstein, propose un nuovo modello di universo. Mentre Einstein era convinto che l'universo fosse statico, Lemaître dimostrò come le equazioni della relatività generale supportassero in realtà un modello di universo in espansione.

Hubble confermò questa idea nel 1929. Studiando la distanza di diverse galassie e la loro velocità, scoprì che si stavano allontanando da noi. Ma cosa più importante, scoprì che le galassie più lontane da noi si allontanavano più velocemente di quelle vicine, un'osservazione fondamentale oggi nota come legge di Hubble o legge di Hubble-Lemaître.

La tensione di Hubble

La legge di Hubble afferma che la velocità con cui una galassia si allontana da noi è proporzionale alla sua distanza e la costante di proporzionalità è chiamata costante di Hubble, indicata con H₀.

Tuttavia, il valore di H₀, che definisce la velocità di espansione dell'universo, sembra variare a seconda di come viene misurato. Se lo calcoliamo osservando l'universo primordiale, in particolare usando la radiazione cosmica di fondo emessa circa 350.000 anni dopo il Big Bang, otteniamo un valore di circa 67 km/s per megaparsec. Utilizzando invece le osservazioni delle supernove e delle stelle variabili Cefeidi nelle galassie vicine, il valore è più alto, circa 73 km/s per megaparsec.

Questa discrepanza è nota come tensione di Hubble e potrebbe indicare l'esistenza di una nuova fisica che va oltre gli attuali modelli cosmologici o l'esistenza di fenomeni ancora sconosciuti.

Enegia oscura

La tensione di Hubble è certamente un enigma, emerso di recente grazie a migliori misurazioni, ma per quanto riguarda l'espansione dell'universo non è l'unico. Tra questi, l'energia oscura è ancora uno dei più grandi misteri della cosmologia.

L’energia oscura è stata teorizzata per spiegare l’espansione accelerata del cosmo e si ipotizza che agisca come una sorta di pressione negativa, che spinge lo spazio stesso verso l’esterno.

Non ne conosciamo la natura, né possiamo osservarla direttamente, eppure, secondo le stime, l'energia oscura costituirebbe circa il 68% dell’intero universo.

Numerose teorie cercano di descriverla, ma per ora l’energia oscura resta un'incognita.