LE GALASSIE

Galassie e cosmologia

La comprensione della natura delle galassie come oggetti a distanze enormi portò alla loro utilizzazione nel primo tentativo di disegnare la struttura dell'universo nel suo complesso. La diffusione della scoperta di Hubble sulla relazione tra la distanza di una galassia ed il suo redshift portò alla concezione di un universo in espansione (E. Hubble ed il suo aiutante Humason, ex guardiano dell'osservatorio di Mount Wilson cui va riconosciuta una parte considerevole delle osservazioni, confermò un'intuizione di A.Friedmann di qualche anno prima).Di pari passo all'incremento della capacità osservare il cosmo nelle sue profondità è aumentato il volume dello spazio in cui gli astronomi possono cercare le tracce della geometria dello spazio-tempo.

La legge di Hubble sul redshift implica un'espansione uniforme nella quale ogni galassia sembra sottostare ad una relazione lineare tra la distanza ed il redshift relativamente a tutte le altre.

Nel 1929 Hubble scoprì che la velocità radiale delle galassie è proporzionale alla loro distanza. Lo spostamento verso il rosso (redshift) di una galassia è la misura della sua velocità radiale e può essere misurato con uno spettrografo per determinarne lo spostamento Doppler. Nel grafico distanza/velocità sono mostrati i dati rilevati da Hubble nel 1929, la pendenza della linea tracciata indicava 464 km/sec/Mpc ed è un valore noto come costante di Hubble H_o

Il valore che definisce l'entità di questa espansione è noto come costante di Hubble ed è il rapporto tra il redshift e la distanza di un'ipotetica galassia che non presenta moti peculiari rispetto al moto dovuto all'espansione dell'universo. Questo valore non solo ci indica le dimensioni dell'universo ma anche la sua età.
Se spostiamo all'indietro le lancette dell'orologio e consideriamo costante ed uniforme l'espansione di Hubble, la durata dell'espansione (e quindi l'età dell'universo) è pari all'inverso della costante di Hubble.

In ogni caso, anche se ci fosse stato un rallentamento nell'espansione provocato dalla gravità, questa età, nota come tempo di Hubble, rimarrebbe un buon punto di partenza per successive e più precise valutazioni.

Le galassie più lontane mai osservate alle lunghezze d'onda della luce visibile. Alcune di queste hanno una luminosità miliardi di volte più bassa di quella rilevabile dall'occhio umano. Gli oggetti più tenui e più lontani ci presentano l'universo come appariva un miliardo di anni circa dopo il Big Bang. Per compiere questa osservazione il Telescopio Spaziale è stato puntato nella stessa regione di cielo per dieci giorni e le immagini ottenute sono state combinate e sommate per rivelarne gli oggetti più deboli. In quell'epoca l'universo era molto più strano e violento di adesso. Una larga parte delle galassie collidevano ed interagivano tra loro ed infatti parte delle galassie nell'immagine sono risultate più distorte della maggior parte delle galassie più vicine.
Credit: R. Williams, HDF Team (STScI), NASA,

Sul valore esatto della costate di Hubble si discute da tempo, studi approfonditi indicano un valore tra 50 e 100 km al secondo per megaparsec (km/s/Mpc). Il tempo di Hubble corrispondente varia rispettivamente tra 20 e 10 miliardi di anni. La divergenza tra questi valori minimo e massimo è dovuta in parte alla differente valutazione di alcuni moti galattici locali che vanno a sovrapporsi al valore dell'espansione generale, in parte alle misure di alcuni parametri utilizzati come "metri campione", primari e secondari, per la misura delle distanze. Uno dei principali obiettivi del Telescopio Spaziale Hubble è la misura precisa e diretta della distanza di galassie sufficientemente lontane.

La distribuzione in gruppi, ammassi e superammassi delle galassie porta con sé informazioni sulla massa ed il moto nell'universo primordiale. In breve, se la distribuzione della materia nella fase precedente alla formazione delle galassie era uniforme, come lascerebbero intendere i dati del satellite COBE, per formare quegli ammassi circondati da aree relativamente vuote, le galassie avrebbero dovuto muoversi a velocità sufficientemente elevate da poter attraversare (come minimo) le enormi distanze date dalla presenza dei vuoti stessi nel lasso di tempo dato dal tempo di Hubble.
La concentrazione gravitazionale che rese possibile questo moto iniziale rappresenta un vincolo importante nell'universo primordiale.

La cosmologia classica era definita una volta la ricerca di due numeri: la costante di Hubble H₀ ed il valore relativo alla decelerazione q_o. Il parametro che definisce la decelerazione descrive l'entità del cambiamento della costante di Hubble nel tempo (cosmico) in conseguenza del rallentamento che la gravità di tutta la materia dell'universo esercita sull'universo stesso. Un valore pari a 0 indicherebbe un universo vuoto, matematicamente semplice ed attraente ma non molto interessante!

Esistono diverse possibilità: un universo aperto dove q_o=< 0,5, in cui l'espansione non avrà mai fine e che lo porterà ad una lenta quanto inesorabile morte termica, un universo chiuso, dove q_o=>0,5 in cui l'espansione rallenterà, si fermerà e si trasformerà in una contrazione, ed il valore critico posto a cavallo dei precedenti in cui l'espansione continuerà a rallentare e tenderà (senza mai raggiungerlo) allo zero. Il valore critico corrisponde a q_o=0,5. Molte sperimentazioni importanti sono state condotte utilizzando le galassie come "candele standard" ma non sono state ritenube probanti per il fatto che le galassie si evolvono nella stessa scala temporale che si sta cercando di misurare per ottenere il valore q_o.
Al momento gli sforzi in questa direzione sono tesi verso metodi probatori diversi, come le lenti gravitazionali o la densità della massa nell'universo locale, nella speranza di svelare i misteri dell'evoluzione galattica.

In ogni caso, è da rilevare che il valore di q_o è prossimo a quello critico , se così non fosse, l'universo sarebbe diverso da come lo osserviamo e molto probabilmente noi non saremmo qui ad osservarlo.

NOTA BENE: Ci scusiamo per l'enorme semplificazione ma una trattazione più approfondita esula dall'intento per cui sono state create queste pagine.