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0402. Come fa il redshift a misurare l'espansione dell'universo?

big bangSalve, vorrei sapere come fa il redshift delle galassie più lontane a dimostrare l'espansione dell'Universo. Ciò che rileviamo adesso da terra non è forse una "foto" di miliardi di anni fa? E se questo è vero, allora non stiamo osservando uno spettro dell'Universo da giovane, che al momento attuale potrebbe essere completamente diverso? (Giada Falchi) Nella sua domanda sono descritti due fenomeni differenti che non sono in relazione immediata tra loro.

Partendo dal secondo, è assolutamente vero che osservando un qualsiasi oggetto astronomico, ne vediamo una “fotografia” di com'era al momento in cui la luce che riceviamo è stata emessa. Questo avviene perché la velocità con cui la luce icona_esperto[111] si propaga, per quanto grande su scala umana, non è infinita. Se l’oggetto in questione è il Sole, allora l’immagine che vediamo è “vecchia” di circa otto minuti (il tempo che la luce impiega a coprire la distanza che ci separa dal Sole). Se l’oggetto è una galassia lontana, questo momento può essere anche, come correttamente scrive, miliardi di anni nel passato, ma il concetto è lo stesso. In altri termini, guardare lontano nello spazio significa guardare indietro nel tempo e, certamente, quello stesso oggetto potrebbe essere oggi molto diverso da come lo osserviamo oggi.

L’altro fenomeno è lo spostamento verso il rosso delle righe spettrali delle galassie lontane. Questo non ha direttamente a che fare con la velocità della luce, ma avviene perché l’Universo è in espansione icona_esperto[319]: lo spazio si espande, come avviene alla superficie di un palloncino che venga gonfiato.

expansion_palloncino 

Le galassie nell'Universo che si espande si allontanano l'una dall'altra, proprio come i puntini sulla superficie di questo palloncino. Foto: J. R. Eyerman/Time & Life Pictures/Getty Images

Come conseguenza, le galassie si allontanano tra di loro. Se l’Universo fosse statico (invece che espansivo), non osserveremmo nessuno spostamento verso il rosso, ma quanto scritto sopra sul “guardare indietro nel tempo” continuerebbe a essere vero. A mio avviso, il modo più semplice per capire come mai lo spostamento verso il rosso ci indica che viviamo in un Universo in espansione, è pensare che alla luce è associata una lunghezza d’onda. Siccome lo spazio si espande, anche questa lunghezza d’onda cambia (si allunga) durante il viaggio del fotone (particella di luce)icona_glossario che, nel caso di una sorgente lontana, può essere molto lungo come spiegato sopra. Poiché, pensando alla luce visibile, il rosso è associato alle lunghezza d’onda più lunghe si parla tradizionalmente di spostamento verso il rosso, ma in effetti il fenomeno avviene a tutte le lunghezze d’onda, non solo quelle visibili. Se l’Universo fosse in contrazione, invece che in espansione, osserveremmo la luce spostarsi verso lunghezze d’onda più corte, e parleremmo di uno spostamento verso il blu. Poiché invece osserviamo uno spostamento verso il rosso per tutte le galassie lontane, il fenomeno è consistente con un Universo in espansione.

Paolo Natoli – Fisico

ultimo aggiornamento novembre 2013

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