La Legge di Hubble

Le galassie si allontanano tra loro a una velocità proporzionale alla distanza che le separa. $$ v = H × d $$ Dove $ v $ è la velocità di allontanamento, $ d $ è la distanza della galassia, $ H $ è la costante di Hubble

Secondo la legge di Hubble le galassie si stanno allontanando le une dalle altre a velocità proporzionali alla loro distanza.

In altre parole, più una galassia è lontana, maggiore è la sua velocità di allontanamento.

Questo comportamento è stato espresso con una formula semplice

$$ v = H · d $$

Dove la velocità (v) cresce in funzione della distanza (d) e H è la costante di Hubble, un valore stimato intorno a 69,9 chilometri al secondo per megaparsec.

Nota. La legge di Hubble ha posto le basi della cosmologia moderna. Non è solo un’equazione, ma un punto di svolta nel modo in cui interpretiamo la realtà. Da quel momento in poi, l’universo ha smesso di essere un palcoscenico immobile. È diventato un attore.

Chi l'ha scoperta?

L'astronomo Edwin Hubble formulò questa legge nel 1929, analizzando la luce proveniente da decine di galassie.

Osservò che la loro luce tendeva verso il rosso dello spettro (redshift). Questo voleva dire che si stavano allontanando per via dell'effetto Doppler.

Notò anche che più grande era la distanza, più grande era la velocità di allontanamento delle galassie.

Non si trattava di un’ipotesi: era un dato osservabile nel cielo, verificabile e sotto gli occhi di tutti.

Quindi, Hubble concluse che le galassie si stavano allontanando, e che lo facevano tanto più velocemente quanto più erano distanti.

Esempio. Una galassia a 100 milioni di anni luce si allontana a 2.000 km/s. Una a 200 milioni di anni luce si allontana a 4.000 km/s. La velocità di allontamento è proporzionale alla distanza.

Fin da subito fu chiaro che questo fenomeno non dipendeva dalla posizione della Terra o della Via Lattea, perché la nostra Galassia non si trova al centro dell'universo. Ogni galassia vede le altre allontanarsi.

Quindi, non erano le galassie a viaggiare nello spazio, ma era lo spazio stesso a espandersi nel tempo.

Per capire questo fenomento basta pensare a un palloncino con dei punti disegnati sopra. Ogni punto è una galassia.

Quando il palloncino si gonfia, i punti si allontanano tra loro. 

Tuttavia, i punti non si muovono sulla superficie, è la superficie stessa che si espande e li separa. Lo stesso accade nell'Universo.

Perché questa osservazione abbia senso, è necessario un presupposto: che l’universo sia omogeneo e isotropo su larga scala, cioè che appaia grosso modo uguale in ogni direzione e da ogni posizione.

Questo è il cosiddetto principio cosmologico.

Nota. Hubble non lo dimostrò direttamente, ma lo assunse perché dava coerenza a tutto il quadro: se ogni osservatore, in qualunque galassia, vede le altre allontanarsi, allora l’universo si sta espandendo ovunque allo stesso modo. È l’unico scenario in cui tutte le misure coincidono.

L'ipotesi del Big Bang

Se oggi le galassie si allontanano, significa che in passato erano più vicine.

Tornando indietro nel tempo, si arriva a un momento iniziale in cui tutta la materia e l’energia erano concentrate in uno spazio più concentrato e denso.

Da qui nasce la teoria del Big Bang: non un’esplosione nello spazio, ma l’espansione dell’universo stesso a partire da uno stato iniziale estremo.

Questa scoperta ha cambiato completamente il modo in cui intendiamo l’universo.

Ha mostrato che il cosmo non è statico, ma dinamico, in evoluzione, con un’origine e un possibile destino.

Tuttavia, molte domande rimangono aperte: non conosciamo con precisione l’età dell’universo, non siamo certi della sua forma globale, e non sappiamo se continuerà a espandersi per sempre o se esiste un limite. 

Quindi, resta ancora molto da capire.

La tensione di Hubble

La tensione di Hubble (in inglese Hubble tension) è un disaccordo sul valore della costante di Hubble $H_0$, cioè il tasso di espansione dell’universo, ottenuto con metodi diversi.

• Misura locale (diretta)
  Si basa su osservazioni di oggetti vicini, come le stelle Cefeidi o le supernove di tipo Ia, che vengono usate come "candele standard" per misurare distanze e velocità. Secondo questo metodo di misura il valore della costante è all'incirca $H_0 \approx 73\ \text{km/s/Mpc}$
• Misura primordiale (indiretta)
  Si ricava dal fondo cosmico a microonde (CMB), ossia la radiazione fossile dell’universo primordiale, osservata ad esempio dal satellite Planck. Si usa un modello cosmologico (ΛCDM) per "retrocalcolare" il valore attuale di $H_0$. Secondo questo metodo la costante di Hubble è circa $H_0 \approx 67.4\ \text{km/s/Mpc}$

Le due misure non coincidono, neanche tenendo conto degli errori sperimentali. Il disaccordo è ormai di circa 5 sigma, cioè statisticamente molto significativo.

In termini scientifici: non è più un errore di misura, è qualcosa che richiede una spiegazione.

E così via.