L’universo oltre la Via Lattea
Il lavoro di Edwin Hubble ha rivoluzionato la nostra comprensione dell’universo, dimostrando che Andromeda, raffigurata qui, è una galassia separata dalla Via Lattea. Immagine fornita da NASA/ JPL-Caltech.
La Via Lattea è solo una delle molte galassie che popolano l’universo. Questa realizzazione fondamentale risale a 100 anni fa, quando Hubble scoprì che alcune galassie si trovavano a distanze tali da superare la dimensione della Via Lattea. Utilizzando un telescopio da 100 pollici su Monte Wilson, in California, Hubble misurò le distanze delle stelle, scoprendo che i corpi celesti più lontani si muovevano più rapidamente rispetto a quelli più vicini. Ciò ha condotto all’importante scoperta che l’universo è in espansione.
Un numero incalcolabile di galassie
Il 23 novembre 1924, i lettori del The New York Times avrebbero trovato un articolo intrigante tra vari annunci pubblicitari, titolato: “Le nebulose spiraliformi sono sistemi stellari: ‘Il Dr. Hubbell conferma che si tratta di ‘universi isolati’, simili al nostro”. L’astronomo americano al centro della notizia, Dr. Edwin Powell Hubble, si è trovato di fronte a un errore di battitura nel suo nome. L’articolo descriveva uno scoperta rivoluzionaria: Hubble aveva dimostrato che due nebulose spiraliformi, inizialmente considerate parte della Via Lattea, si trovavano al di fuori di essa.
Un universo pieno di galassie
Queste nebulose erano in realtà le galassie di Andromeda e Messier 33, le due galassie più vicine alla nostra Via Lattea. Oggi, si stima che nell’universo esistano fino a trilioni di galassie, basando queste stime su osservazioni che coinvolgono decine di milioni di galassie. Quattro anni prima dell’annuncio di Hubble, si era tenuto un evento noto come il Grande Dibattito a Washington, D.C., tra gli astronomi americani Harlow Shapley e Heber Curtis. Mentre Shapley sosteneva che la Via Lattea fosse maggiore rispetto a quanto precedentemente misurato, Curtis difendeva l’idea di galassie oltre i confini della Via Lattea.
Guardando indietro, si può dire che Curtis vinse il dibattito, ma il metodo utilizzato da Shapley per misurare le distanze della Via Lattea fu fondamentale per la scoperta di Hubble. Questo metodo era stato sviluppato da un’astronoma pioniera degli Stati Uniti, Henrietta Swan Leavitt.
La misurazione delle stelle oltre la Via Lattea
Nel 1893, Henrietta Leavitt venne assunta come “computer” per analizzare le immagini delle osservazioni astronomiche presso il Harvard College Observatory, nel Massachusetts. Studió lastrine fotografiche di un’altra galassia conosciuta come Piccolo Magellano, osservata da altri ricercatori dell’osservatorio. Rivolgendosi a stelle la cui luminosità variava nel tempo, identificò 25 stelle variabili come Cepheid, pubblicando i risultati nel 1912. La luminosità delle stelle Cepheid varia col tempo, mostrando pulsazioni che Leavitt collegò a una relazione coerente tra il periodo e la luminosità, nota come relazione periodo-luminosità.
Questa scoperta suscitò l’interesse di altri astronomi, che compresero come potessero utilizzare la relazione per calcolare distanze delle stelle. Shapley, mentre studiava a Princeton, applicò questa relazione per stimare le distanze di altre stelle Cepheid nella Via Lattea.
Parallasse stellare
Per garantire misurazioni più dirette, gli astronomi necessitavano di un metodo migliore per determinare le distanze ai Cepheid. Il metodo della parallasse stellare è estremamente utile, ma funziona solo per stelle vicine. Quando la Terra orbita attorno al sole, una stella vicina appare muoversi rispetto a stelle sullo sfondo più distanti, un fenomeno noto come parallasse stellare. Attraverso l’angolo della parallasse, gli astronomi possono calcolare la distanza di una stella dalla Terra.
L’astronomo danese Ejnar Hertzsprung utilizzò la parallasse per determinare le distanze a un certo numero di stelle Cepheid vicine, contribuendo così a calibrare il lavoro di Leavitt. Il New York Times citò i “grandi” telescopi dell’Osservatorio di Monte Wilson, dove Hubble stava lavorando. La dimensione di un telescopio è generalmente valutata attraverso il diametro dello specchio primario e, con uno specchio di 100 pollici, il telescopio Hooker a Monte Wilson era il più grande dell’epoca.
I telescopi di grandi dimensioni non solo risolvono meglio le galassie, ma producono anche immagini più nitide. Hubble, confrontando le sue lastre fotografiche ottenute con il telescopio da 100 pollici con quelle scattate in notti precedenti, fu entusiasta di osservare una stella brillante cambiare luminosità nel tempo, comportamento tipico delle stelle Cepheid.
Distanze che superano la dimensione della Via Lattea
Utilizzando i calcoli di Leavitt, Hubble scoprì che la distanza alla sua Cepheid superava la stima di Shapley sulla dimensione della Via Lattea. Nei mesi seguenti, Hubble esaminò altre nebulose spiraliformi in cerca di ulteriori Cepheid per misurare distanze. Le osservazioni di Hubble si diffusero tra gli astronomi, e a Harvard Shapley ricevette una lettera da Hubble, che diceva:
Ecco la lettera che ha distrutto il mio universo.
Immagine di Edwin Hubble fornita da Johan Hagemeyer/ Wikimedia (pubblico dominio).
Il redshift e il cambiamento di Doppler
Oltre a stimare la distanza di una galassia, i telescopi possono anche misurare la velocità alla quale essa si avvicina o si allontana dalla Terra. Per fare ciò, gli astronomi analizzano lo spettro di una galassia, studiando le diverse lunghezze d’onda della luce che essa emette. Calcolano anche un effetto noto come cambiamento di Doppler e lo applicano a quel spettro.
Il cambiamento di Doppler si verifica sia per la luce che per le onde sonore ed è responsabile dell’aumento del tono di una sirena quando un veicolo di emergenza si avvicina, per poi diminuire quando passa. Quando una galassia si allontana dalla Terra, le caratteristiche dello spettro, conosciute come linee di assorbimento, mostrano lunghezze d’onda misurate più lunghe rispetto a quando non si muovono. Questo fenomeno viene definito redshift delle galassie.
L’espansione dell’universo
A partire dal 1904, l’astronomo americano Vesto Slipher utilizzò la tecnica del Doppler con un telescopio da 24 pollici presso l’Osservatorio Lowell di Flagstaff, in Arizona. Ha constatato che le nebulose erano o redshiftate (in allontanamento) oppure blueshiftate (in avvicinamento). Slipher scoprì che alcune nebulose si allontanavano dalla Terra a velocità superiori a mille chilometri al secondo.
Hubble combinò le misurazioni di Slipher con le sue stime di distanza per ciascuna galassia, rivelando una relazione precisa: più una galassia è lontana, più rapidamente si allontana da noi. Questo fenomeno suggerisce l’espansione dell’universo da un’origine comune, noto sarcasmicamente come Big Bang.
L’annuncio di 100 anni fa ha fissato il posto di Hubble nella storia dell’astronomia. Il suo nome è stato successivamente utilizzato per uno degli strumenti scientifici più potenti mai creati: il Telescopio Spaziale Hubble. È incredibile pensare a come, in appena cinque anni, la nostra comprensione dell’universo sia stata radicalmente trasformata.
Questa articolo è ripubblicato da The Conversation con licenza Creative Commons. Leggi l’articolo originale.
Bottom line: è passato un secolo da quando Edwin Hubble ha dimostrato che la Via Lattea è solo una delle tante galassie nel nostro universo.