Espansione dell'Universo
Introduzione
La cosmologia è quel ramo dell’astronomia che si occupa di rispondere alle domande sulle caratteristiche fondamentali del nostro universo quali l’età del nostro universo e come si è evoluto nel passato e lo farà nel futuro. Le osservazioni del nostro universo distante è estremamente difficile perché le sorgenti sono molto deboli e si ha bisogno dell’utilizzo di un grande telescopio per poterle studiare a fondo. La storia della cosmologia è quindi abbastanza breve, infatti essa parte con le osservazioni di Herschel (1738-1822), che teorizzò che le nebulose-galassie fossero al di fuori della nostra Via Lattea, e con Hubble (1889-1953), che con le osservazioni delle cefeidi all’interno delle galassie esterne ne stimò la distanza e attraverso lo spostamento verso il rosso delle righe spettrali (redshift) determinò che esse erano in allontanamento.
Espansione dell'universo
Per espansione dell'universo si intende l'allontanamento reciproco di ogni punto dell’universo da un altro punto senza alcun centro definito.
E' l'analogo di quello che succede a tanti punti disegnati sulla superficie di un palloncino
di gomma quando questo viene gonfiato: il palloncino si tende e ogni punto sulla superficie si allontana rispetto agli altri.
Un osservatore sulla Terra (e quindi all’interno della Via Lattea) vedrà perciò ogni galassia (ad eccezione di alcune
appartenenti al cosiddetto
Gruppo Locale) allontanarsi dalla nostra. Grazie all'effetto Doppler è possibile misurare la velocità di allontanamento delle galassie.
Sebbene è stata sempre chiamata legge di Hubble, in realtà il primo a teorizzare l’espansione dell’universo fu Lamaitre nel 1927, ma poi fu Hubble nel 1929 che mise in relazione le distanze delle galassie, stimate con le cefeidi, e il loro allontanamento, attraverso i redshift spettrali. Egli osservò che:
Cioè che tra la distanza delle galassie e la velocità di allontanamento esisteva una relazione lineare. Se \(z\) è lo spostamento verso il rosso (redshift) misurato della galassia e \(D\) la sua distanza si avrà una relazione del tipo: \(z= (H_0 \cdot D)/c\), dove \(c\) è la velocità della luce e \(H_0\) la cosiddetta costante di Hubble. La costante ha una dimensione di km/s/Mpc (Mpc: megaparsec). Il valore stimato dalle ultime ricerche è di circa 72 km/s/Mpc. Per valori di redshift \(z\) molto minori di 1 (galassie più vicine), si può utilizzare la forma semplificata \(v= H_0 \cdot D \), con \(v\) la velocità della galassia (si ottengono comunque in generale valori accurati al 30%).
Esempio: Osservando un quasar si calcola una velocità di recessione di 276900 km/s. Quanto vale la sua distanza considerando una costante di Hubble del valore di 72 km/s/Mpc? Utilizzando la legge di Hubble semplificata \(v= H_0 \cdot D \), la distanza sarà data da \(D=v/H_0\), ovvero \(D=276900/72\) ovvero circa 3846 Mpc, quindi 3.85 Gpc (gigaparsec).