Un secolo fa Hubble rivelò l’esistenza di un universo di galassie che esisteva oltre la nostra, ma non avrebbe potuto farlo senza un piccolo aiuto. Ecco quale.
Se potessimo tornare indietro di 101 anni, ci ritroveremmo in un’epoca in cui gli scienziati pensavano ancora che la Via Lattea fosse l’intero universo. Ma se tornassimo indietro di 100 anni, troveremmo la maggior parte degli scienziati concorde nel dire che non è vero. In un solo anno gli esseri umani avevano capito che l’universo è molto più grande della nostra Via Lattea, che le nebulose a spirale visibili attraverso i telescopi erano, in effetti, altre galassie. Secondo i documenti storici, dobbiamo ringraziare un uomo per questo, Edwin Hubble, ma non avrebbe potuto farlo senza il genio di altri intorno a lui che hanno aperto la strada alla sua scoperta.
Le Cefeidi
Le due persone su cui Hubble si è appoggiato di più sono state Henrietta Swan Leavitt e Harlow Shapley. Leavitt lavorava all’Harvard College Observatory e analizzava le lastre fotografiche scattate dai telescopi di Harvard. In particolare, esaminava le immagini della Piccola e Grande Nube di Magellano e aveva identificato 1.800 stelle variabili al loro interno. Si rese conto che la quantità di tempo impiegata dalle stelle per pulsare regolarmente e apparire più luminose e più deboli mentre si contraevano e si espandevano dipendeva da quanto fossero luminose.
Questa fu una scoperta fondamentale. Supponiamo di aver trovato una di queste variabili, che in seguito verranno chiamate variabili Cefeidi. Potresti non sapere quanto sia lontana, ma in base al periodo di variazione della Cefeide, potresti calcolare quanto sia intrinsecamente luminosa la Cefeide. Quindi, tutto ciò che dovresti fare per capire quanto è lontana la stella sarebbe confrontare la sua vera luminosità con quanto debole appare nel cielo notturno. Ancora oggi, la relazione periodo-luminosità di Leavitt è un concetto chiave che gli scienziati usano quando misurano le distanze nel cosmo.
Il ruolo di Shapley
All’inizio del XX secolo, i telescopi non erano abbastanza potenti da rintracciare singole stelle in altre galassie, quindi le galassie a spirale apparivano più come macchie a spirale e venivano chiamate “nebulose a spirale”. Shapley sospettava che fossero semplicemente stelle che si formavano ai margini della Via Lattea. L’obiettivo di Shapley era misurare le dimensioni della Via Lattea, e quindi l’universo come lo vedeva lui, creando la prima scala ufficiale delle distanze cosmiche. Le variabili Cefeidi che identificò nella nostra galassia furono il primo gradino. Poi ci furono le stelle RR Lyrae, che sono un altro tipo di variabili le cui distanze potevano essere confrontate con quelle delle Cefeidi. Infine, utilizzò le variabili RR Lyrae per calibrare la distanza da stelle normali, massicce e luminose vicino al bordo della Via Lattea.
Shapley determinò che la Via Lattea fosse larga 300.000 anni luce e che il nostro sistema solare era a 50.000 anni luce dal centro. Mentre oggi sappiamo che i valori più accurati sono rispettivamente 100.000 anni luce e 26.000 anni luce, il risultato di Shapley rappresentò il primo utilizzo di una scala di distanza cosmica. Shapley prese persino parte al “Grande dibattito” con il collega astronomo Heber Curtis nell’aprile 1920, che discusse la natura delle nebulose a spirale. Curtis sostenne che le nebulose a spirale fossero galassie a sé stanti, ma disse che la Via Lattea era larga solo 10.000 anni luce. Shapley sostenne il contrario.
Entra in gioco Hubble
Edwin Hubble si unì al team dell’Osservatorio di Mount Wilson in California nel 1919, appena due anni dopo che il telescopio Hooker, all’epoca il più grande al mondo, aveva effettuato le prime osservazioni. Nel 1923 riuscì a scattare un’immagine della nebulosa a spirale di Andromeda, Messier 31, e ciò rivelò qualcosa di incredibile. Hubble aveva visto la prova di una variabile Cefeide! Calcolò una distanza di 930.000 anni luce, che è meno della metà della distanza reale di 2,5 milioni di anni luce, ma nonostante i limiti del calcolo rudimentale di Hubble mostrò chiaramente che la spirale di Andromeda esisteva oltre i confini dei 300.000 anni luce che Shapley misurò per la Via Lattea. Messier 31 non era una nebulosa a spirale. Era una galassia a spirale.
L’universo si espande
Hubble scrisse a Shapley, informandolo della sua scoperta. Quando Shapley lesse la lettera, commentò: “Ecco la lettera che ha distrutto il mio universo”. Poi, nel 1929, Hubble rivelò che quasi tutte le altre galassie nell’universo si stavano allontanando da noi, basandosi in parte sulle misurazioni dello spostamento verso il rosso effettuate dal collega Vesto Slipher e in linea con il lavoro teorico del fisico e sacerdote belga Georges Lemaître, che derivò quella che è diventata nota come legge di Hubble-Lemaître, che descrive l’espansione dell’universo.
Nel giro di cinque anni, siamo passati dal pensare che la Via Lattea fosse tutto, allo svelare un universo infinito e in espansione. È stato un bel cambiamento di paradigma e, sulla scia della Teoria della Relatività Generale di Albert Einstein, è stata la pietra miliare di un’era di trasformazione per la scienza che ha plasmato la nostra attuale comprensione del cosmo.
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