L’universo è una macchina stupefacente che non cessa di produrre meraviglia. Giunti al livello di indagine cosmologica di questi ultimi anni, potremmo pensare di aver scoperto tutto quello che c’era da sapere, ma ci sono alcune verità, già acquisite dalla scienza, che potrebbero essere sfuggite alla nostra attenzione. Per esempio, che l’universo è più vasto di quanto potremmo normalmente aspettarci da quel che sappiamo della sua età. Se immaginiamo il Big Bang come un’esplosione in grado, 13,798 ± 0,037 miliardi di anni fa, di dispiegare lo spazio e il tempo a partire dalla singolarità primordiale, un punto di densità e temperatura tendenti all’infinito che concentrava tutta la materia e l’energia oggi presenti nell’universo, allora viene naturale immaginare che le dimensioni del cosmo, da un capo all’altro, avranno un limite superiore coincidente con il doppio della sua durata. Questa assunzione trascura invece un risultato importante, che ricaviamo dallo studio di quella che è nota come radiazione cosmica di fondo a microonde (CMB radiation) e dall’osservazione dell’omogeneità manifestata dall’universo su ampia scala e della sua curvatura pressoché nulla, e che ci fa ritenere, salvo alcuni illustri pareri contrari come quello di Roger Penrose (tra i primi sostenitori dell’ipotesi del Big Bang), che l’universo abbia attraversato un periodo iniziale di espansione inflazionaria.

Lambda-Cold_Dark_Matter,_Accelerated_Expansion_of_the_Universe,_Big_Bang-Inflation

L’effetto di questa fase inflazionaria durata una frazione di secondo (meno di 10-32 secondi, secondo i modelli), durante la quale l’impasto di energia e materia che formava l’universo si sarebbe espanso a velocità maggiori della velocità della luce, è che dalla Terra risulta osservabile una regione sferica con un raggio di circa 46 miliardi di anni-luce, più del triplo quindi della distanza che ci separa dal Big Bang. Ma se ci hanno insegnato che la velocità della luce è una costante fondamentale e una soglia invalicabile, come possiamo vedere qualcosa che, viaggiando alla velocità della luce, dovrebbe essersi verificato 32 miliardi di anni prima del Big Bang?

La risposta scaturisce dalla relatività generale e non comporta alcuna violazione dei vincoli fisici a noi noti. In particolare, i fotoni non stanno viaggiando a velocità maggiori di c, è invece lo spazio in cui si muovono che ha subito uno stiramento, portandolo così a espandersi oltre i confini che avremmo potuto aspettarci. E non è tutto.

Edge_of_the_Observable_Universe

Se l’universo è in espansione, ciò che riusciamo a vedere oggi, come si è capito, non è quello che potevamo vedere ieri e non è quello che potremo vedere domani. Il risultato è l’effetto combinato di due fattori: la costante di Hubble e la velocità di espansione dell’universo. La costante di Hubble misura il redshift cosmologico, ovvero la velocità con cui si allontanano da noi le galassie più distanti, e delimita un volume che cresce col tempo, ma ad una velocità decrescente (la costante di Hubble è infatti una costante in termini spaziali, nel senso che ovunque la si misuri in un un dato istante fornirà sempre lo stesso risultato, ma non in termini temporali, e gli scienziati ritengono che il suo valore stia diminuendo nel tempo). L’universo, al contrario, si starebbe espandendo a una velocità crescente, per effetto della cosiddetta energia oscura.

CMB_Timeline300_no_WMAP

Non abbiamo dati molto precisi a riguardo, ma finché la costante di Hubble si ridurrà a una velocità inferiore rispetto al tasso di crescita della velocità di espansione dell’universo, l’orizzonte dell’universo osservabile diventerà sempre più ampio. Uno dei motivi per cui è così importante capire come funzioni l’energia oscura è proprio questo: da essa dipende anche la nostra comprensione di come evolverà l’universo in futuro, insieme a ciò che di nuovo ci sarà consentito di scoprire o verificare sperimentalmente, e questo avrà inevitabilmente delle ripercussioni sulla nostra comprensione della realtà. Il tutto è spiegato in maniera estremamente chiara e dettagliata dall’astrofisica Vanessa Janek, in un articolo divulgativo apparso su Universe Today e ripreso da io9.

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