Daniele Bottoni Comotti
Le stelle mi hanno sempre affascinato, non sono un astrofilo, non passo le nottate sul tetto di casa mia ad osservarle, ma quando alzo gli occhi al cielo, qualcosa in me fa scattare la voglia di capire meglio questo bagliore infinito in cui siamo immersi. Partite dunque con me alla ricerca della Prima luce dell’universo
Ecco allora che nel tempo, inseguendo questa curiosità, si sono cominciati ad aprire degli spiragli che mi hanno fatto scoprire quanto meraviglioso ed incredibile sia l’universo, ma anche quanta complessità ci sia nella fisica che è chiamata a spiegare questi fenomeni.
A volte, anche solo tentare di spiegare in modo semplice questi concetti è una vera impresa, ma mi sono imbattuto nelle conferenze dell’astronomo ed amico Prof Marco Bersanelli, impegnato nel progetto chiamato “Plank”, teso ad andare a scoprire l’origine del cosmo, attraverso lo studio della prima luce dell’universo. Ecco quindi che provo a raccontare in modo semplice un po’di scoperte che anche io ho fatto.
La nostra Galassia
Allora, cominciamo col dire una cosa importante.
Quando noi guardiamo il cielo, vediamo solo una piccolissima parte di esso.
Se volete leggere una piccola guida su come orientarsi nel cielo guardando le stelle, guardate QUI.
Lo so, sembra una cosa scontata, è meglio chiarire da subito. Le stelle che noi riusciamo a vedere quando ci mettiamo in una zona buia, in una sera limpida, sono solo quelle che appartengono alla nostra galassia.
La nostra galassia, a cui abbiamo dato il caratteristico nome di “Via Lattea“, è composta da qualcosa come duecento miliardi di stelle. Un bel numero vero?, quasi inimmaginabile!
Ma preparatevi perché è solo l’inizio della nostra ricerca della prima luce dell’universo!
Il ruolo della luce dell’universo
Adesso facciamo un breve riassunto delle lezioni di fisica, e diciamo che la luce viaggia a trecento mila chilometri al secondo. La distanza tra la terra e la luna è di trecento ottantamila chilometri, per cui, grosso modo la luce impiega poco più di un secondo per coprire la distanza terra-luna.
Ecco, allora che se guardiamo le stelle, più luminose nel cielo, scopriamo che Sirio, ad esempio, che nelle belle sere invernali è molto visibile, dista 8,5 anni luce da noi.
Questo vuol dire che la luce partita da Sirio, impiega otto anni e mezzo ad arrivare da noi. Sirio è una delle stelle più vicine al nostro sole.
Spostandoci a destra di Sirio troviamo la costellazione di Orione, con le sue tre stelle caratteristiche che formano la famosissima “Cintura di Orione“.
Se prendiamo in esame la stella centrale, Alnilam, scopriamo che dista ben 1360 anni luce. Questo vuol dire che la luce che noi vediamo è quella di mille trecentosessanta anni fa.
Le galassie
Tutte queste stelle vivono nella nostra galassia, ma oggi sappiamo che oltre alla nostra ci sono altre galassie.
Ad esempio la galassia di Andromeda, gemella della nostra galassia è anche quella più vicina a noi, si trova a due milioni e mezzo di anni luce.
La luce che noi catturiamo della galassia a spirale di Andromeda, che contiene a sua volta qualcosa come duecento miliardi di stelle è luce che ha viaggiato per due milioni e mezzo di anni prima di arrivare a noi.
Se qualcuno di noi fosse in questo momento nella galassia di Andromeda, e guardasse in questo momento la nostra galassia, vedrebbe qualcosa di simile all’immagine qui sotto.
Se avesse un telescopio talmente potente da poter osservare il sole, che è una delle duecento miliardi di stelle della via lattea, anzi il suo strumento fosse cosi potente di vedere la terra, uno dei pianeti che ruotano attorno ad uno delle tante stelle, vedrebbe quello che qui accadeva due milioni e mezzo di anni fa.
La luce, che è partita da questo punto dello spazio due milioni e mezzo di anni fa, adesso si trova nei pressi della galassia di Andromeda.
Lo spazio, il tempo e la velocità della luce sono legati insieme in modo indissolubile, quando noi descriviamo l’universo, ci rivolgiamo alle dimensioni cosmiche.
Le lunghezze d’Onda
C’è un altro aspetto da tener presente nell’osservazione. Quando noi guardiamo il cielo, vediamo solo un piccolissimo intervallo di luce, quella lunghezza d’onda che è visibile ai nostri occhi.
La luce “visibile” è soltanto un piccolissimo spicchio di tutta la manifestazione delle onde di cui la luce è composta, determinato dalla “lunghezza d’onda”.
Quindi quello che noi vediamo è l’universo, così come appare visto dai nostri occhi, che sono sensibili alla luce soltanto in un piccolo intervallo di lunghezze d’onda. Se dovessimo dargli un unità di misura sarebbe la frazione di un micron (un milionesimo di metro, o un millesimo di millimetro). Questa è la lunghezza d’onda a cui i nostri occhi sono sensibili.
Il forno a microonde, ad esempio, riscalda i cibi mediante la luce, ma noi quando accendiamo il forno non vediamo un bagliore, perché i nostri occhi non sono sensibili alla lunghezza d’onda di qualche millimetro, che è quella emessa dalle microonde.
Se cambiassimo la lunghezza d’onda?
Se noi potessimo osservare una regione di cielo attraverso una luce appena un po’più grande di quella che vedono i nostri occhi, cioè nell’infrarosso la realtà ci apparirebbe molto diversamente.
Nel visibile vediamo un grande fondo scuro e dei punti luminosi che sono le stelle.
Nell’infrarosso vedremmo un cielo molto più luminoso, nel caso in cui guardassimo, come abbiamo fatto prima, la regione intorno alla costellazione di Orione, avremmo una grande nube di polvere interstellare, invisibile ai nostri occhi, ma che nell’infrarosso emette luce, emette radiazione.
Oggi, grazie ai progressi della fisica sappiamo che le stelle trasmettono luce in tutte le possibili forme d’onda oltre a quella del visibile, dal radio all’infrarosso, all’ultra violetto, fino ai raggi X e gamma.
Insomma, se potessimo guardare in tutte le forma d’onda troveremmo che gli spazi di cielo nero che ad occhio nudo vediamo tra una stella e l’altra, non sono affatto spazi vuoti.
Quanto lontano possiamo andare?
Adesso, domandiamoci quanto lontano noi possiamo andare a vedere altre galassie, oltre a quella di Andromeda di cui abbiamo già parlato.
Andiamo a scovare un’immagine importantissima che il telescopio spaziale Hubble ha immortalato qualche anno fa. Si tratta di un enorme ammasso di galassie che brilla maestoso nell’oscurità.
Il suo nome non è molto poetico, Plck G308.3-20.2, ma la poesia è nello splendore delle sue migliaia di galassie di tutte le età, forme e dimensioni.
L’immagine è sbalorditiva, sembra quasi impossibile da credere, ma qui ogni sorgente luminosa non è una stella, bensì una galassia, contenente a sua volta centinaia di migliaia di stelle.
Questa è l’immagine più profonda finora ottenuta dell’universo delle galassie, ed alla quale è stato dato il nome di “Hubble Ultra Deep Field“, racchiude un piccolo angolino di cielo, che noi vediamo completamente vuoto. Nello spazio nero tra una stella e l’altra ci viene offerto un panorama incredibile, il punto più lontano a cui l’uomo abbia mai guardato. Si è scoperto che in quel piccolo angolino di cielo sono racchiuse qualcosa come cinquemila galassie.
Tanto per darvi un’idea, i puntini più piccoli e meno luminosi che appaiono (appena visibili) nell’immagine, sono le galassie più lontane che noi conosciamo, e sono distanti qualcosa come dodici/tredici miliardi di anni luce.
Ne consegue, che noi stiamo vedendo quelle galassie, non come sono adesso, ma come erano 12/13 miliardi di anni fa.
Com’era l’universo?
Se prendiamo in esame come campione statistico l’insieme di queste galassie lontanissime attraverso la loro luce, abbiamo la possibilità di scoprire come era l’universo 12/13 miliardi di anni fa.
Andando più lontano con l’osservazione abbiamo la possibilità di andare sempre più indietro nel tempo, ricostruendo la storia dell’universo
Ora sappiamo che l’universo era ben diverso da come è oggi. Sappiamo con certezza che l’universo muta nel tempo. La bellezza dell’universo sta quindi anche nel suo essere dinamico, in costante mutamento, come un fiore che sboccia e si apre, si dilata.
L’universo si dilata
Alla fine del 1920 si è scoperto ad esempio che la distanza tra le galassie (come se non fosse già abbastanza grande) aumenta in modo costante, e cresce nel tempo in modo regolare ed uniforme.
Possiamo perfino misurare questa espansione dello spazio. E potendola misurare, possiamo anche calcolare quanto tempo l’universo ci ha messo a diventare quello che è oggi.
Quanto tempo fa l’universo era come un bocciolo di quel fiore che oggi è diventato?
I calcoli oggi ci dicono che 14 miliardi di anni fa l’universo aveva una densità molto più grande, e anche una temperatura molto più elevata.
Qui viene il bello ! Se con la foto di Hubble abbiamo scoperto che certe galassie ci riportano la luce di 12/23 miliardi di anni fa, e se abbiamo detto anche che l’universo 14 miliardi di anni fa era un bocciolo, allora, guardando la luce di quelle galassie, è come se guardassimo i primi petali del grande fiore dell’universo che cominciano a sbocciare.
La luce di quelle galassie è partita “solo” un miliardo di anni dopo quel momento iniziale.
Esiste qualcosa di più lontano?
Esiste una luce che ci arrivi da una regione dello spazio ancora più profonda? una luce che ci porti ancora più vicino a quell’inizio?
La risposta è SI!
La missione Plank in cui Marco Bersanelli è impegnato da oltre 25 anni, è proprio questa, quella di vedere la prima luce dell’universo, e di poterne tratteggiare le caratteristiche con precisione.
Da dove viene questa luce cosi vicina al momento iniziale?
Viene dal fondo nero del Cielo! In ogni punto nero del cielo, noi riceviamo una debolissima ma persistente energia luminosa, nella regione delle microonde.
La scoperta venne predetta da George Gamow nel 1948, e poi scoperta Nel 1963, circa 20 anni dopo, da due Ingegneri, che facevano delle misure su un’antenna, i quali notarono che per loro era impossibile eliminare una componente di rumore.
I loro nomi erano Arno Penzias e Robert Wilson, ovvero coloro che trovarono “casualmente” il rumore cosmico di fondo. Era un segnale che arrivava da tutte le regioni del cielo. Ci misero mesi ad accettare che non si trattava di un disturbo, ma di un segnale reale, e la scoperta fu poi riconosciuta solo nel 1964 dopo misure più accurate.
Era la prima luce dell’universo, che ci arriva da tutte le zone del cielo e che rimanda a quell’evento iniziale avvenuto quattordici miliardi ai anni fa.
