Una volta al mese, Dovere sfida gli appassionati di storia a decifrare un tema attuale basandosi sul confronto con un evento o personaggio storico.
Nel 1924 l’astronomo americano Edwin Powell Hubble (1889-1953) stabilì la distanza della “grande nebulosa” di Andromeda, collocandola chiaramente fuori dai limiti della nostra Via Lattea. All’improvviso, l’universo osservabile si era espanso almeno un milione di volte.
Durante le belle serate di fine estate e autunno, potete osservare nella costellazione di Andromeda quello che appare al binocolo come un piccolo oggetto diffuso. Da un luogo privo di inquinamento luminoso, puoi vedere questo strano oggetto anche ad occhio nudo.
Gli antichi lo avevano notato. Nel suo magnifico Libro delle stelle fisse pubblicata nel 964, l’astronomo persiano Abd al-Rahman al-Sūfī (903-986) di Isfahan (Iran) la identificò come la Piccola Nube. Nel 1612, il matematico tedesco Simon Marius fu il primo a osservare la “nebulosa” utilizzando un telescopio; lo descrive come “la luce di una candela attraverso un corno”. La Piccola Nuvola oggi è molto conosciuta, è la galassia di Andromeda.
L’astronomo francese Charles Messier (1730-1817) era un cacciatore di comete. Aveva elencato la Piccola Nube nel suo catalogo con il numero 31, avvertendo che se cercavamo nuove comete, non dovevamo confondere Messier 31 con una cometa.
Con i suoi 2,5 milioni di anni luce, è l’oggetto più distante che si possa vedere ad occhio nudo. La luce che oggi arriva ai nostri occhi veniva emessa dalle stelle della galassia di Andromeda, nostro antenato ominide Un uomo pratico vagavano per le savane del Sud Africa.
Nodo gordiano
Come ha fatto Edwin Hubble a misurare la distanza della Galassia di Andromeda? Proviene dal riconoscimento e dall’osservazione di stelle giganti di luminosità variabile del tipo Cefeidi: queste stelle evolute sono in media 100.000 volte più luminose del Sole, e quindi visibili a grandi distanze.
Nel 1912 Henrietta Leavitt (1868-1921), dell’Osservatorio dell’Università di Harvard, stabilì una stretta relazione tra la luminosità e il periodo di variabilità delle Cefeidi: più luminosa è la stella, più lungo è il suo periodo, che varia da pochi giorni a 50 .
Questa variabilità caratteristica rende le Cefeidi una candela standard affidabile; possiamo confrontarli con esempi vicini di cui abbiamo direttamente stabilito la distanza.
Nel 1923-1924, Hubble riuscì a fotografare diverse Cefeidi di Andromeda utilizzando il grande telescopio da 2,5 m dell’Osservatorio di Mount Wilson in California. Dopo aver misurato i loro periodi, Hubble ne dedusse la luminosità; con la semplice regola del tre dedusse la distanza di Messier 31.
Le 23 novembre 1924, le New York Times ha fatto un breve resoconto della scoperta. L’annuncio ufficiale è avvenuto a Washington in occasione della riunione annuale dell’Unione Astronomica Americana a fine dicembre. Sorprendentemente assente, Hubble riportò i suoi risultati in due brevissimi articoli all’inizio del 1925: collocò Messier a 31 930.000 anni luce dal Sole, quindi chiaramente al di fuori della Via Lattea.
Precursori
Già nel 1917, gli astronomi americani George Ritchey (1864-1945) e Heber Curtis (1872-1942) avevano scoperto stelle di tipo “nova” in alcune “nebulose”, tra cui Messier 31. Le novae erano state osservate per secoli.
La loro improvvisa luminosità è prodotta dalla detonazione nucleare del materiale espulso da una stella gigante rossa che cade su una nana bianca compagna. Una nova appare nella sua massima luminosità durante la fase esplosiva, per poi scomparire nel giro di poche settimane.
L’andamento della loro variabilità era, tuttavia, troppo irregolare e imprevedibile per renderle buone candele standard. Tuttavia, Ritchey e Curtis potevano affermare che se apparivano migliaia di volte più deboli delle novae della Via Lattea, ciò significava che erano molto al di là di essa.
Erano anche le novae che Hubble cercava all’inizio degli anni ’20. La sua sorpresa fu di osservare nel 1923 su Andromeda una stella variabile ricorrente, vale a dire una stella che non scompariva dopo poche settimane. Inizialmente l’aveva notato come una nova. Quindi, stabilì che obbediva al ciclo di variazione della luminosità caratteristico delle stelle Cefeidi.
Le Cefeidi di Andromeda erano state fotografate da alcuni astronomi già nel 1917. Ma è merito di Hubble averle riconosciute nel 1924 e averne ricavato le distanze. Come spesso accade nella scienza, una cosa può essere vista più volte prima di essere scoperta!
Hubble pone così fine ad un annoso dibattito – quello tra i difensori dell’ipotesi locale delle “nebulose”, sostenendo che si trovassero all’interno di una super Via Lattea, contro quello dei sostenitori della natura extragalattica della maggior parte delle “nebulose”. nebulose”.
Il motivo della divergenza tra questi due schieramenti? Per diversi secoli gli astronomi non furono in grado di chiarire la natura delle “nebulose”. Erano nubi diffuse di sostanza eterea o sistemi stellari indipendenti, come la Via Lattea?
Una determinazione esatta delle loro distanze era un passo necessario per risolvere la questione. Ora sappiamo che una minoranza, come la Nebulosa di Orione, sono vere e proprie nubi di gas situate nella Via Lattea; la maggioranza sono immensi sistemi stellari indipendenti ed esterni alla nostra Via Lattea.
Ritardato nei suoi studi dalla Grande Guerra, Hubble conseguì il dottorato presso l’Università di Chicago nel 1921. Lavorando all’Osservatorio di Mount Wilson, Hubble aveva accesso ai suoi due grandi telescopi. Sorprendentemente, Hubble non era considerato un buon osservatore; i suoi colleghi hanno notato, ad esempio, che in molte delle sue foto la messa a fuoco non era ottimale. Era tuttavia metodico, anche se orgoglioso e cauto nei confronti del contributo degli altri.
Allargamento
Nel 1924, sempre 100 anni fa, il giovane fisico russo Alexander Friedmann (1888-1925) riesaminò le equazioni della relatività generale di Albert Einstein. A differenza della soluzione stazionaria adottata da Einstein, Friedmann dimostrò che lo spazio-tempo è instabile; proprio come non è possibile far stare in piedi una matita sulla punta, lo spazio si contrae o si espande.
Ignaro del collega russo, il giovane cosmologo belga Georges Lemaître (1894-1966) trovò le stesse soluzioni, ma andò oltre Friedmann. Nel 1927, sulla base di dati preliminari sulle distanze e velocità di alcune decine di galassie, Lemaître concluse che l’universo era in espansione. Poi, mettendo l’espansione al contrario, ha affermato in una breve pubblicazione sulla rivista Natura (1931) che tutto ciò che esiste ebbe origine da un nucleo quantistico estremamente piccolo e caldo qualche miliardo di anni fa.
Questa era l’ipotesi dell’“atomo primitivo”, che oggi è diventata la teoria del big bang. In meno di un decennio siamo passati da un universo fisso ed eterno a un universo straordinariamente grande, dove le principali componenti del cosmo vengono trasportate via in un movimento di volo sistematico.
Ad Hubble viene spesso attribuito il merito di aver scoperto l’espansione dell’universo attraverso il lavoro con il suo meticoloso collega e impareggiabile osservatore Milton Humason (1891-1972). Ma fino alla sua morte nel 1953, Hubble rimase dubbioso su questa interpretazione della relazione tra la velocità apparente della recessione e la distanza delle galassie. Allan Sandage (1926-2010), collega di Hubble per anni, fu categorico: Hubble non ha mai creduto alla realtà dell’espansione.
Negli anni ’50, l’astronomo tedesco Walter Baade (1893-1960), operante negli Stati Uniti, identificò due tipi di Cefeidi di distinta luminosità. Hubble aveva osservato quelli più luminosi, ma si riferiva a quelli meno luminosi.
La scoperta di Baade ha comportato un aumento di quasi tre volte nelle distanze inizialmente calcolate da Hubble. Oggi la distanza della Galassia di Andromeda è stabilita da una serie di indicatori, tra cui le Cefeidi. A 2,5 milioni di anni luce di distanza, la nostra grande compagna di diverse centinaia di miliardi di stelle misura più di 100.000 anni luce di diametro.
Memoria giovanile
Nel 1961 frequentavo il college classico. Avevo letto su una rivista di astronomia americana che l’astronomo Allan Sandage aveva appena pubblicato uno splendido atlante che illustrava le galassie. In un processo che non ho mai chiarito, mia madre aveva ordinato L’Atlante delle Galassie di Hubble al Carnegie Institution for Science di Washington; l’atlante era costato 10 dollari. Ho passato ore a studiare il libro con il mio inglese balbettante. La mia immaginazione ha cercato di cogliere questi colossali assemblaggi stellari; Sono rimasto abbagliato dalle loro forme varie e dalle silhouette eleganti.
Le fotografie scattate dai più grandi telescopi dell’epoca erano sublimi, e le trovo ancora affascinanti e piene di enigmi. Di tanto in tanto sfoglio questo atlante, custodito come un bene prezioso. Successivamente, ho dedicato diversi decenni della mia carriera alla ricerca sulle galassie.
In un secolo, il volume dell’universo osservabile si è moltiplicato un milione di miliardi di volte. Mentre su larga scala l’espansione dell’universo trascina via le galassie come ghiaccio galleggiante, l’attrazione gravitazionale continua a dominare a distanze di pochi milioni di anni luce o meno.
Le galassie possono quindi riunirsi in piccoli gruppi o formare ammassi di diverse migliaia di galassie. Possono anche cadere uno sopra l’altro e fondersi. Questo è ciò che accadrà alla Via Lattea e alla Galassia di Andromeda tra 4 o 5 miliardi di anni; le nostre due spirali si scontreranno per formare una grande galassia di tipo ellittico.
A quel punto, possiamo dire che 100 anni fa abbiamo scoperto le strane e eccessive dinamiche dell’universo: un progresso sorprendentemente recente. Ad esempio, i miei nonni, nati pochi anni prima di Hubble, erano suoi contemporanei.
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