Edwin Hubble e l'espansione...

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Grazie all'esperienza nelle osservazioni, all'ambizione perso- nale e alla possibilità di servirsi dei migliori telescopi dell'e- poca, Edwin Hubble poté compiere una serie di scoperte co- smologiche di rivoluzionaria importanza. Lo scienziato è qui ritratto all'interno della struttura di osservazione del tele- scopio Hale da 200 pollici, verso l'inizio degli anni cinquanta. N el corso degli anni venti e trenta Edwin Powell Hubble cambiò la concezione scientifica del- l'universo in maniera più radicale di quanto fosse mai stato fatto dopo la ri- voluzione copernicana. Proprio come al- lora la Terra era stata «rimossa» dal cen- tro del sistema solare, così Hubble di- mostrò che la Via Lattea, ben lungi dal- l'essere unica, non è in realtà che una fra innumerevoli milioni di galassie, o «uni- versi-isola». L'opera di Hubble contri- buì anche a rimpiazzare l'idea di un co- smo statico con il sorprendente quadro di un intero universo in espansione, por- tando ai limiti estremi la celebre (anche se leggendaria) affermazione di Galileo «Eppur si muove». Sebbene molti ricer- catori avessero contribuito a queste rivo- luzionarie scoperte, un'energica deter- minazione, un acuto intelletto e una stra- ordinaria facilità di comunicazione per- misero a Hubble di legare indissolubil- mente il proprio nome al problema di come fosse costituito l'universo. La giovinezza di Hubble è avvolta nel mito, in parte a causa della sua propen- sione a recitare la parte dell'eroe e in parte per l'immagine idealizzata che la moglie Grace ne diede nei suoi diari. Molte biografie di Hubble hanno ben poco a che vedere con la realtà. Per esempio, si narra spesso che egli sia sta- to un pugile di livello professionale, ma non vi sono prove a sostegno di questa affermazione; così pure, la storia soven- te ripetuta del suo ferimento in servizio durante la prima guerra mondiale non sembra avere alcuna base reale. Anche senza questi «abbellimenti», la vita di Hubble appare in tutto e per tutto come una tipica storia americana di suc- cesso. La sua famiglia si stabilì nel Missouri nel 1833, quando il bisnonno di Edwin si trasferì, a cavallo, dalla Virginia in quella che è oggi la Boone County . Sin i ! n n nrv, di Priwin si' il p-- dre, John P. Hubble, erano agenti di as- sicurazione operosi e abbastanza agiati. Con caratteristica enfasi, Grace Hubble descriveva così gli antenati del marito: «Alti, forti e robusti, gli avevano tra- smesso le loro qualità fisiche, fino alla pelle liscia e chiara che si abbronzava facilmente al sole e ai capelli castani dalle sfumature ramate. Egli aveva ere- ditato da loro anche le tradizioni, l'inte- grità, la lealtà di cittadini, la fedeltà alla famiglia.., e un'incrollabile fiducia nel proprio lavoro». E dwin nacque a Marshfield, Missouri, il 20 novembre 1889, terzo di sette figli sopravvissuti. Nel 1898 la famiglia si trasferì a Evanston nell'Illinois e, due anni dopo, a Wheaton, dove Edwin ri- velò una notevole attitudine sia per lo studio sia per l'atletica. All'età di 16 an- ni si iscrisse all'Università di Chicago, dove continuò a manifestare talento in entrambi i campi, ottenendo ottime vo- tazioni in matematica, chimica, fisica, astronomia e lingue, e segnalandosi nel- le gare di atletica su pista e nella palla- canestro, nonostante fosse di due anni più giovane dei compagni di corso. Anche dopo il conseguimento del di- ploma, non fu affatto chiaro in quale campo Hubble volesse applicare i propri disparati talenti. Iscrittosi al Queen's College dell'Università di Oxford nel- l'ottobre 1910, vi «lesse» (studiò) giuri- sprudenza; sia il padre sia il nonno spe- ravano diventasse avvocato. Ma avendo completato il corso in due anni, nel terzo passò a studiare spagnolo e continuò a dedicarsi attivamente allo sport. Dopo tre anni Edwin tornò a vivere con la famiglia, che nel frattempo si era trasferita nel Kentucky, e, affermando di essere abilitato a svolgere la professione legale, lavorò come avvocato a Louisvil- le. Secondo il suo amico Nicholas U. Maya!!, egli «avrebbe lasciato perdere il diritto per l'astronomia, e sapevo che, magari anche a livello soltanto amatoria- le, era l'astronomia che gli interessava». Non esiste alcuna prova dell'abilitazione o dell'attività legale di Hubble; sembra invece che durante questo periodo egli sia stato insegnante e allenatore di pal- lacanestro in una scuola secondaria di New Albany nell'Indiana, proprio di fronte a Louisville, oltre il fiume Ohio. Poco interessato alla professione lega- le e insoddisfatto dell'insegnamento, Hubble decise di dedicarsi alla sua vera passione, l'astronomia. Nella primavera del 1914 scrisse a Forest Ray Moulton, suo professore di astronomia a Chicago, per informarsi sulle possibilità di specia- lizzazione in questo campo, e Moulton lo raccomandò con entusiasmo a Edwin B. Frost, direttore del Yerkes Observa- tory di Williams Bay nel Wisconsin. Frost accettò volentieri Hubble come studente e gli procurò una borsa di stu- dio per coprire tutte le spese. Nell'ago- sto 1914 era prevista una riunione del- la American Astronomical Society alla Northwestern University, nella vicina Evanston, e Frost suggerì a Hubble di parteciparvi. Hubble ebbe così la ventu- ra di essere presente all'incontro in cui Vesto M. Slipher, un astronomo schivo e tranquillo del Lowell Observatory, die- de inizio a una controversia sui risultati dei suoi recenti studi sulle nebulose. «Nebulosa» era un termine generico che gli astronomi impiegavano da secoli per indicare oggetti dai contorni indi- stinti che, al contrario delle comete, non cambiavano posizione o aspetto. La na- tura di questi oggetti era tutt'altro che facile da spiegare. Nel 1755 Immanuel Kant aveva supposto che alcune nebulo- se potessero essere «universi-isola», si- stemi indipendenti di stelle simili alla nostra Via Lattea; questa ipotesi stimolò l'immaginazione di molti scienziati, ma si rivelò assai difficile da diffiosinue. Nel corso del XIX secolo, osservazio- ni telescopiche sempre più dettagliate avevano dimostrato che in effetti molte nebulose sono nubi di gas luminescente; una classe particolare di nebulose a spi- rale aveva però un aspetto nettamente differente. All'inizio del XX secolo molti astronomi si erano ormai convinti che le nebulose a spirale fossero in realtà galassie lontane composte da una molti- tudine di stelle; gli scettici continuavano invece a sostenere che questi oggetti fos- sero strutture vicine, forse stelle giova- nissime o in via di formazione. Alla riunione della Astronomical So- ciety nel 1914 Slipher presentò perso- nalmente le prime fotografie adeguata- mente esposte e ben calibrate degli spet- tri di nebulose a spirale. Nelle fotografie degli spettri stellari, nei quali la luce ap- pare suddivisa nelle lunghezze d'onda costituenti, si vedono righe scure, dette di assorbimento, dovute a cattura di ra- diazione da parte di atomi dell'atmosfe- ra delle stelle. Slipher dimostrò che gli spettri delle nebulose a spirale mostrano lo stesso tipo di righe di assorbimento che caratterizza gli spettri stellari. Inoltre egli trovò che le righe di as- sorbimento di queste nebulose sono spo- state a lunghezze d'onda diverse da quelle che si osservano in laboratorio per gli atomi corrispondenti. Questa va- Edwin Hubble e l'espansione dell'universo Più di qualunque altro astronomo Hubble ebbe un ruolo determinante nel dare forma alla concezione - oggi comunemente accettata - di un universo in continua espansione, popolato da una moltitudine di galassie di Donald E. Osterbrock, Joel A. Gwinn e Ronald S. Brashear 70 LE SCIENZE n. 301, settembre 1993 LE SCIENZE n. 301, settembre 1993 71

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Grazie all'esperienza nelle osservazioni, all'ambizione perso-nale e alla possibilità di servirsi dei migliori telescopi dell'e-poca, Edwin Hubble poté compiere una serie di scoperte co-

smologiche di rivoluzionaria importanza. Lo scienziato è quiritratto all'interno della struttura di osservazione del tele-scopio Hale da 200 pollici, verso l'inizio degli anni cinquanta.

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el corso degli anni venti e trentaEdwin Powell Hubble cambiòla concezione scientifica del-

l'universo in maniera più radicale diquanto fosse mai stato fatto dopo la ri-voluzione copernicana. Proprio come al-lora la Terra era stata «rimossa» dal cen-tro del sistema solare, così Hubble di-mostrò che la Via Lattea, ben lungi dal-l'essere unica, non è in realtà che una frainnumerevoli milioni di galassie, o «uni-versi-isola». L'opera di Hubble contri-buì anche a rimpiazzare l'idea di un co-smo statico con il sorprendente quadrodi un intero universo in espansione, por-tando ai limiti estremi la celebre (anchese leggendaria) affermazione di Galileo«Eppur si muove». Sebbene molti ricer-catori avessero contribuito a queste rivo-luzionarie scoperte, un'energica deter-minazione, un acuto intelletto e una stra-ordinaria facilità di comunicazione per-misero a Hubble di legare indissolubil-mente il proprio nome al problema dicome fosse costituito l'universo.

La giovinezza di Hubble è avvolta nelmito, in parte a causa della sua propen-sione a recitare la parte dell'eroe e inparte per l'immagine idealizzata che lamoglie Grace ne diede nei suoi diari.Molte biografie di Hubble hanno benpoco a che vedere con la realtà. Peresempio, si narra spesso che egli sia sta-to un pugile di livello professionale, manon vi sono prove a sostegno di questaaffermazione; così pure, la storia soven-te ripetuta del suo ferimento in serviziodurante la prima guerra mondiale nonsembra avere alcuna base reale.

Anche senza questi «abbellimenti», lavita di Hubble appare in tutto e per tuttocome una tipica storia americana di suc-cesso. La sua famiglia si stabilì nelMissouri nel 1833, quando il bisnonnodi Edwin si trasferì, a cavallo, dallaVirginia in quella che è oggi la BooneCounty . Sin i ! nnnrv, di Priwin si' il p--

dre, John P. Hubble, erano agenti di as-sicurazione operosi e abbastanza agiati.Con caratteristica enfasi, Grace Hubbledescriveva così gli antenati del marito:«Alti, forti e robusti, gli avevano tra-smesso le loro qualità fisiche, fino allapelle liscia e chiara che si abbronzavafacilmente al sole e ai capelli castanidalle sfumature ramate. Egli aveva ere-ditato da loro anche le tradizioni, l'inte-grità, la lealtà di cittadini, la fedeltàalla famiglia.., e un'incrollabile fiducianel proprio lavoro».

Edwin nacque a Marshfield, Missouri,il 20 novembre 1889, terzo di sette

figli sopravvissuti. Nel 1898 la famigliasi trasferì a Evanston nell'Illinois e, dueanni dopo, a Wheaton, dove Edwin ri-velò una notevole attitudine sia per lostudio sia per l'atletica. All'età di 16 an-ni si iscrisse all'Università di Chicago,dove continuò a manifestare talento inentrambi i campi, ottenendo ottime vo-tazioni in matematica, chimica, fisica,astronomia e lingue, e segnalandosi nel-le gare di atletica su pista e nella palla-canestro, nonostante fosse di due annipiù giovane dei compagni di corso.

Anche dopo il conseguimento del di-ploma, non fu affatto chiaro in qualecampo Hubble volesse applicare i propridisparati talenti. Iscrittosi al Queen'sCollege dell'Università di Oxford nel-l'ottobre 1910, vi «lesse» (studiò) giuri-sprudenza; sia il padre sia il nonno spe-ravano diventasse avvocato. Ma avendocompletato il corso in due anni, nel terzopassò a studiare spagnolo e continuò adedicarsi attivamente allo sport.

Dopo tre anni Edwin tornò a viverecon la famiglia, che nel frattempo si eratrasferita nel Kentucky, e, affermando diessere abilitato a svolgere la professionelegale, lavorò come avvocato a Louisvil-le. Secondo il suo amico Nicholas U.Maya!!, egli «avrebbe lasciato perdere il

diritto per l'astronomia, e sapevo che,magari anche a livello soltanto amatoria-le, era l'astronomia che gli interessava».Non esiste alcuna prova dell'abilitazioneo dell'attività legale di Hubble; sembrainvece che durante questo periodo eglisia stato insegnante e allenatore di pal-lacanestro in una scuola secondaria diNew Albany nell'Indiana, proprio difronte a Louisville, oltre il fiume Ohio.

Poco interessato alla professione lega-le e insoddisfatto dell'insegnamento,Hubble decise di dedicarsi alla sua verapassione, l'astronomia. Nella primaveradel 1914 scrisse a Forest Ray Moulton,suo professore di astronomia a Chicago,per informarsi sulle possibilità di specia-lizzazione in questo campo, e Moultonlo raccomandò con entusiasmo a EdwinB. Frost, direttore del Yerkes Observa-tory di Williams Bay nel Wisconsin.

Frost accettò volentieri Hubble comestudente e gli procurò una borsa di stu-dio per coprire tutte le spese. Nell'ago-sto 1914 era prevista una riunione del-la American Astronomical Society allaNorthwestern University, nella vicinaEvanston, e Frost suggerì a Hubble diparteciparvi. Hubble ebbe così la ventu-ra di essere presente all'incontro in cuiVesto M. Slipher, un astronomo schivoe tranquillo del Lowell Observatory, die-de inizio a una controversia sui risultatidei suoi recenti studi sulle nebulose.

«Nebulosa» era un termine genericoche gli astronomi impiegavano da secoliper indicare oggetti dai contorni indi-stinti che, al contrario delle comete, noncambiavano posizione o aspetto. La na-tura di questi oggetti era tutt'altro chefacile da spiegare. Nel 1755 ImmanuelKant aveva supposto che alcune nebulo-se potessero essere «universi-isola», si-stemi indipendenti di stelle simili allanostra Via Lattea; questa ipotesi stimolòl'immaginazione di molti scienziati, masi rivelò assai difficile da diffiosinue.

Nel corso del XIX secolo, osservazio-ni telescopiche sempre più dettagliateavevano dimostrato che in effetti moltenebulose sono nubi di gas luminescente;una classe particolare di nebulose a spi-rale aveva però un aspetto nettamentedifferente. All'inizio del XX secolomolti astronomi si erano ormai convintiche le nebulose a spirale fossero in realtàgalassie lontane composte da una molti-tudine di stelle; gli scettici continuavano

invece a sostenere che questi oggetti fos-sero strutture vicine, forse stelle giova-nissime o in via di formazione.

Alla riunione della Astronomical So-ciety nel 1914 Slipher presentò perso-nalmente le prime fotografie adeguata-mente esposte e ben calibrate degli spet-tri di nebulose a spirale. Nelle fotografiedegli spettri stellari, nei quali la luce ap-pare suddivisa nelle lunghezze d'ondacostituenti, si vedono righe scure, dette

di assorbimento, dovute a cattura di ra-diazione da parte di atomi dell'atmosfe-ra delle stelle. Slipher dimostrò che glispettri delle nebulose a spirale mostranolo stesso tipo di righe di assorbimentoche caratterizza gli spettri stellari.

Inoltre egli trovò che le righe di as-sorbimento di queste nebulose sono spo-state a lunghezze d'onda diverse daquelle che si osservano in laboratorioper gli atomi corrispondenti. Questa va-

Edwin Hubblee l'espansione dell'universo

Più di qualunque altro astronomo Hubble ebbe un ruolo determinantenel dare forma alla concezione - oggi comunemente accettata - di ununiverso in continua espansione, popolato da una moltitudine di galassie

di Donald E. Osterbrock, Joel A. Gwinn e Ronald S. Brashear

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LE SCIENZE n. 301, settembre 1993 71

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La famiglia di Hubble fece sorgere in lui l'apprezzamento perla motivazione personale e il lavoro. Nella fotografia assiemeai cugini (in alto a sinistra) Edwin è il terzo da sinistra. Dopogli studi all'Università di Chicago (in alto al centro) Hubbleprogettò di divenire avvocato. La fotografia che lo ritrae

con la sorella Lucy, infermiera della Croce Rossa (in alto adestra), mostra la sua fierezza in uniforme. Hubble trascorre-va spesso i weekend in campagna insieme con alcuni suoi stu-denti e ai loro familiari (in basso a sinistra). Negli ultimi annidivenne appassionato di pesca con la mosca (in basso a destra).

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Secondo la legge di Hubble, le galassie sembrano allontanarsia una velocità direttamente proporzionale alla loro distanzadall'osservatore. Un grafico che riporta la distanza in funzio-ne della velocità (in alto), pubblicato da Hubble nel 1929, mo-stra chiaramente questa relazione lineare. La linearità è do-vuta al fatto che l'universo si sta espandendo uniformemente

in tutte le direzioni. Lo schema in basso chiarisce come avvie-ne il fenomeno. La galassia 2 è tre volte più lontana della ga-lassia 1, quindi si deve essere spostata di una distanza tre voltemaggiore nell'intervallo fra tempo 1 e tempo 2. Un osserva-tore a terra vedrà allora la galassia 2 allontanarsi a una ve-locità tre volte maggiore di quanto non faccia la galassia 1.

nazione di lunghezza d'onda, detta spo-stamento Doppler, è causata dal moto ri-spetto alla Terra dell'oggetto che emettela luce. Gli spostamenti Doppler indica-vano che le nebulose a spirale osservateda Slipher hanno una velocità molto piùalta di quella caratteristica delle stelledella Via Lattea, il che rafforzava l'ipo-tesi che le nebulose a spirale non faccia-no parte della nostra galassia.

Quando Hubble arrivò allo YerkesObservatory trovò un'istituzione in pie-na decadenza, impegnata solo in ricer-che di routine. Senza scoraggiarsi, egliseguì la propria strada e, forse ispiratodal resoconto di Slipher, cominciò un in-

teressante programma di ricerca che pre-vedeva di fotografare nebulose con ilquasi inutilizzato telescopio riflettore da24 pollici dell'osservatorio. Da quel la-voro nacque la sua tesi di dottorato,Photographic Investigations of FaintNebulae, che contiene molte anticipazio-ni delle sue successive ricerche sulle ga-lassie e sulla cosmologia.

Hubble descrisse e classificò le moltenebulose piccole e deboli che non asso-migliano a nubi diffuse di gas e notò chela maggior parte di esse è ellittica e nona spirale. Sottolineò il fatto che le nebu-lose deboli si distribuiscono soprattuttonelle zone di cielo lontane dalla Via Lat-

di Pasadena, in California. Hale era allaricerca di personale scientifico che lavo-rasse con il riflettore da 100 pollici dicui si stava ultimando la costruzione aMount Wilson, e offrì un impiego aHubble a condizione che questi termi-nasse il dottorato. Hubble sperava dicompletare la tesi per il giugno succes-sivo e di iniziare subito a lavorare aMount Wilson.

Questi progetti furono vanificati dal-l'intervento degli Stati Uniti nella primaguerra mondiale il 6 aprile 1917. Hub-ble, che si sentiva ancora profondamentelegato al Regno Unito, decise che il pa-triottismo doveva avere la precedenzasugli impegni scientifici. 11 15 maggio,tre giorni dopo aver conseguito il dotto-rato, si arruolò e iniziò il corso di adde-stramento come ufficiale.

Hubble ebbe un certo successo sottole armi. Divenne comandante di batta-glione e poi maggiore nell'Ottantaseie-sima Divisione «Black Hawk». Nel set-tembre 1918 la divisione si imbarcò perl'Europa, ma, con disappunto di Hubble,l'armistizio sopravvenne prima che eglipotesse entrare in combattimento. Hub-ble riassunse così la sua carriera militarein una lettera a Frost: «Sono ancoramaggiore. Non mi sono quasi trovatosotto il fuoco e nel complesso questafaccenda della guerra è stata piuttostodeludente. Tuttavia è un capitolo conclu-so, e ne sta cominciando un altro».

Hubble fu congedato il 20 agosto1919 e si trasferì immediatamente aMount Wilson, dove scoprì di essere ar-rivato al momento giusto. L'osservato-rio ora possedeva due grandi telescopiriflettori, uno da 60 pollici e il nuovoda 100 pollici che all'epoca era il piùgrande al mondo. Gli studi compiuti alloYerkes Observatory avevano insegnatoa Hubble come impiegare in modo effi-ciente simili strumenti, e il lavoro di tesiaveva dato un indirizzo ben definito allesue indagini.

Milton L. Humason, che in seguito

collaborò con Hubble in studi sull'uni-verso profondo, conservò un vivido ri-cordo della prima sessione osservativadi quest'ultimo a Mount Wilson: «Quel-la notte le condizioni di osservazioneerano pessime rispetto alla norma aMount Wilson, ma Hubble tornò entu-siasta dopo aver sviluppato la sua lastra."Se queste sono condizioni di cattiva vi-sibilità - disse - riuscirò sempre a otte-nere fotografie utilizzabili con gli stru-menti di Mount Wilson". La fiducia el'entusiasmo che dimostrò quella notteerano tipiche del suo modo di affrontaretutti i problemi. Era sicuro di sé, di ciòche voleva fare e di come farlo».

Uubble tornò immediatamente a lavo-" rare sul problema della natura delle«nebulose non galattiche», quelle che«tendono a evitare il piano della Galas-sia e a concentrarsi ad alte latitudini ga-lattiche». All'epoca egli non aveva an-cora accettato completamente l'idea chequesti oggetti fossero galassie diversedalla nostra. Il suo studio dettagliato del-le nebulose non galattiche ebbe iniziodall'oggetto irregolare NGC 6822 (la si-gla NGC indica il New Generai Catalo-gue di nebulose compilato da J. L. E.Dreyer). Nel 1923, impiegando il tele-scopio da 100 pollici, Hubble aveva giàscoperto diverse piccole nebulose e 12stelle variabili all'interno di NGC 6822.

Il suo lavoro venne felicemente inter-rotto nel 1924, quando egli sposò GraceBurke Leib, una vedova il cui primo ma-rito era morto nel 1921 in un incidentein una miniera di carbone. Grace avevaincontrato Edwin nel 1920, durante unagita a Mount Wilson, e lo idolatrò per ilresto della vita. Anni dopo rievocò la suaelettrizzante prima impressione di Ed-win con queste parole: «Un dio dell'O-limpo, alto, forte e bello, con le spalledell'Hermes di Prassitele e un'aria di be-nevola serenità».

Dopo la luna di miele Hubble tornò aPasadena, dove concentrò la propria at-

tenzione su M 31, la famosa galassia diAndromeda e, grazie alla sua notevoleesperienza osservativa e alle ineguaglia-te capacità del telescopio gigante da 100pollici, riuscì a risolvere chiaramentesei stelle variabili all'interno della nebu-losa. Secondo Hubble questa osserva-zione confermava inequivocabilmenteche M 31 è un sistema lontano compostodi stelle e, per implicazione, che altrenebulose a spirale più deboli sono galas-sie ancora più distanti.

Sebbene la stella più brillante scoper-ta da Hubble fosse solo di diciottesimagrandezza al massimo di luminosità - equindi 60 000 volte meno brillante dellestelle più deboli visibili a occhio nudo -egli riuscì a effettuare 83 misurazionidella sua luminosità, un'impresa notevo-le per l'epoca. Da questi dati, stabilì chela luminosità della stella variava nellamaniera caratteristica di una classe par-ticolare di stelle, le variabili cefeidi.Questi oggetti sono estremamente inte-ressanti perché il periodo di variabilitàdi una cefeide è direttamente correlatoalla sua luminosità assoluta. Confron-tando quest'ultimo valore con la lumi-nosità apparente della stella, Hubble ri-uscì a calcolarne la distanza, e quindi an-che quella della galassia che la circonda.

106 2 x 106DISTANZA (PARSEC)

tea e che molte di esse appaiono rag-gruppate insieme. Hubble non lasciavadubbi circa la propria opinione: «Suppo-niamo che siano oggetti extrasiderei, eforse potremo vedervi ammassi di galas-sie; supponiamo che si trovino nel no-stro sistema, e la loro natura diventa unmistero». Il lavoro di tesi di Hubble ètecnicamente poco accurato e confusonelle idee teoriche, ma vi si scorge chia-ramente la mano del grande scienziatoche cerca a tentoni la soluzione di unproblema di grandissima portata.

Nell'ottobre 1916 Hubble ebbe unacorrispondenza con George Ellery Hale,direttore del Mount Wilson Observatory

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NEBULOSE (GALASSIE) ELLITTICHE

Secondo lo schema di classificazione delle galassie ideato da Hubble negli anni I enti,nelle galassie ellittiche si creano bracci che le trasformano in spirali normali o bar-rate. Sebbene la teoria evolutiva di Hubble sia stata abbandonata, diagramma e no-menclatura sono ancora usati per classificare l'ampia varietà di forme delle galassie.

Con inesauribile energia, Hubble con-tinuò a fare scoperte in rapida successio-ne. Alla fine del 1924 aveva identificatodiverse altre variabili cefeidi in M 31 ein M 33, una galassia a spirale nella co-stellazione del Triangolo. Egli inviò unacomunicazione che descriveva questi ri-sultati a un convegno della AmericanAstronomica! Society e della AmericanAssociation for the Advancement ofScience tenuto a Washington, dove l'e-minente astrofisico Henry Norris Rus-sell la lesse l' l gennaio 1925. Hubbleaveva calcolato che sia M 31 sia M 33distano circa 930 000 anni luce, e si tro-vano quindi ben al di là dei limiti cono-sciuti della Via Lattea. Come disse JoelStebbins, segretario della società astro-nomica, Hubble era finalmente riuscitoa «dare conferma alla cosiddetta teoriadegli universi-isola».

A dispetto dei rapidi progressi dellesue ricerche, Hubble pubblicò i risultaticon molta calma, cercando di otteneretutte le conferme possibili prima di affi-darli alla stampa. Il primo articolo con-tenente i risultati degli studi di Hubblesulle stelle variabili nelle nebulose a spi-rale apparve nel corso del 1925. Basan-dosi sull'osservazione di variabili cefei-di in NGC 6822, egli affermò che questanebulosa era «il primo oggetto assegna-bile senza alcun dubbio a una regioneesterna al sistema galattico». Il fonda-mentale articolo A Spirai Nebula as aStellar System, che dimostrava comeM 33 sia anch'essa una galassia situatamolto lontano dalla nostra, fu pubbli-cato nel 1926, e solo nel 1929 Hubbleriassunse questa fase delle sue ricerchein una lunga memoria che descrivevain dettaglio i suoi studi sulla distan-

za e la composizione stellare di M 31.Oltre a determinare la distanza delle

«nebulose extragalattiche», Hubble cer-cò di classificarle e di comprendere lavarietà delle loro strutture. A partire dal1923, egli si dedicò a ordinare le nebu-lose secondo quello che riteneva essereuno schema evolutivo: a suo parere, viavia che una nebulosa invecchia, formabracci che si ingrandiscono e si aprono.Per spiegare l'esistenza delle spirali bar-rate, nelle quali i bracci di spirale si di-partono dalle estremità di una formazio-ne a barra, Hubble propose che le galas-sie ellittiche possano evolvere o in unaspirale normale o nella forma barrata. Loschema risultante di classificazione, adue rami, è tuttora ampiamente usato,anche se ne sono state abbandonate leimplicazioni evolutive.

TI contributo di gran lunga più impor-tante dato da Hubble alla scienza mo-

derna è la sua dimostrazione del fattoche l'universo si sta espandendo. Qual-che indizio del fenomeno era venuto inluce già prima che Hubble si interessas-se al problema. Fra il 1910 e il 1920Slipher aveva notato che la maggior par-te delle nebulose da lui osservate sem-brava allontanarsi dal Sole. Prima del1924 un terzetto di astronomi - il tedescoCari W. Wirtz, lo svedese Knut E. Lund-mark e lo statunitense Ludwik W. Sil-berstein - aveva osservato che nebulo-se a spirale particolarmente piccole, epresumibilmente remote, si allontananodalla Via Lattea più velocemente diquelle vicine. I loro dati, tuttavia, eranomarginali, e lo stile polemico e le af-fermazioni incontrollate di Silbersteinostacolarono addirittura l'accettazione

del concetto di universo in espansione.Ovviamente, per compiere ulteriori

progressi era necessario un telescopiopiù grande; il riflettore da 100 pollici diMount Wilson era ideale. Verso la metàdegli anni venti Hubble era impegnato amisurare la luminosità delle stelle nellegalassie a spirale, e quindi chiese al col-lega Humason di determinare le velocitàradiali delle galassie, vale a dire il loromoto di avvicinamento o di allontana-mento rispetto all'osservatore. Humasoncalcolò questi moti misurando lo sposta-mento delle righe di assorbimento e diemissione negli spettri delle galassie.Quando un oggetto si allontana, la sualuce è spostata verso l'estremità rossadello spettro, un fenomeno che prende ilnome di redshift.

Per cercare le prove dell'espansionedell'universo, Hubble doveva conoscerenon solo le velocità alle quali si muovo-no le galassie, ma anche la loro distanza.La sua familiarità con la misurazione didistanze cosmiche lo aiutò grandementein questa impresa. Per ognuna delle po-che galassie di cui aveva determinato ladistanza osservando le cefeidi, Hubblericavò la grandezza assoluta media dellestelle più brillanti e della galassia nelsuo complesso. A partire da questi risul-tati estrapolò poi le distanze di galassieben più lontane di M 31 e M 33.

Il primo articolo di Hubble su una re-lazione distanza-velocità, pubblicato nel1929, fece sensazione nella comunitàdegli astronomi. I risultati da lui esposticontribuirono alla nascita di quella teo-ria del big bang che sta alla base dellacosmologia moderna. Nella sua memo-ria Hubble sottolineò che, al contrario dialcuni ricercatori precedenti, si era ser-vito solo di «quelle distanze nebulari[galattiche] che sono ritenute attendibi-li»; la trattazione combinava le sue stimedelle distanze con misurazioni di preci-sione delle velocità radiali ottenute daSlipher, Humason e altri.

Da questi dati, Hubble ricavò una re-lazione lineare fra velocità e distanza,espressa come v = Hd in notazione mo-derna. L'affermazione secondo cui lavelocità di recessione di galassie lontaneè proporzionale alla loro distanza è oggiconosciuta come legge di Hubble e lacostante H è chiamata costante di Hub-ble. La legge di Hubble implica che l'u-niverso si stia espandendo: se si guardasempre più lontano da un punto qualsiasidell'universo, le velocità di recessionesembrano aumentare.

Fra il 1931 e il 1936 Hubble e Huma-son estesero la legge degli spostamentiverso il rosso per distanze sempre piùgrandi. Hubble aveva intuito immediata-mente che le sue scoperte confermavanola teoria di un universo in espansione,ma non accettò mai del tutto il fatto chei redshift fossero provocati solo dal mo-to radiale delle galassie; anzi, insi-stette sempre nel chiamare le velocitàcalcolate a partire dai redshift «velocitàapparenti».

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Page 4: Edwin Hubble e l'espansione dell'universodownload.kataweb.it/mediaweb/pdf/espresso/scienze/1993_301_7.pdf · poca, Edwin Hubble poté compiere una serie di scoperte co- ... quasi

La galassia a spirale M 33 fu uno dei primi oggetti studiati da Hubble nel suo tenta-tivo di determinare la scala di distanze dell'universo. Basandosi sull'osservazione divariabili cefeidi in M 33, Hubble dimostrò che essa si trova molto oltre i limiti notidella Via Lattea e quindi deve essere una galassia indipendente, analoga alla nostra.

Hubble stimò che H - oggi interpreta-ta come la velocità di espansione dell'u-niverso - fosse uguale a circa 500 chilo-metri per secondo per megaparsec (unmegaparsec è pari a circa tre milioni dianni luce). Oggi sappiamo che questovalore era di gran lunga eccessivo: gliastronomi calcolano che H sia compresatra 50 e 100 chilometri per secondo permegaparsec. Gli errori di Hubble eranodovuti soprattutto al fatto che egli sotto-valutò gravemente la grandezza assolutadelle stelle più brillanti nelle galassie os-servate. Tuttavia, il suo fu uno splendidoprimo tentativo.

Dopo lo studio della legge degli spo-stamenti verso il rosso, Hubble con-

centrò i propri sforzi sulla cosmologiaosservativa; in particolare, cercò di mi-surare come la densità apparente di ga-lassie estremamente lontane cambi conla distanza, al fine di determinare la

geometria complessiva dell'universo. Inquesto lavoro collaborò con i fisici Ri-chard C. Tolman e Howard P. Robertsondel California Institute of Technology,che erano fra i principali specialisti a oc-cuparsi di modelli teorici della curvaturadello spazio; i risultati non furono peròesaltanti, soprattutto a causa della diffi-coltà di misurare con precisione la lumi-nosità di galassie deboli e lontane.

Anche se i suoi lavori più tardi noneguagliarono mai gli studi fondamentalicompiuti negli anni venti e all'inizio de-gli anni trenta, Hubble continuò a influ-enzare fortemente la direzione della ri-cerca astronomica e a farla meglio co-noscere all'opinione pubblica. I suoi li-bri The Realm of the Nebulae e TheObservational Approach to Cosmologyispirarono una generazione di astronomie fisici. Chiunque leggesse i libri diHubble o ascoltasse le sue conferenzenon poteva ignorarlo: la sua forte perso-

nalità ricordava non tanto quella di altriastronomi, quanto quella delle stelle delcinema e degli scrittori che egli frequen-tò nei suoi ultimi anni. Spesso Hubbleostentava abiti, espressioni e modi di fa-re inglesi, un vezzo che i colleghi a co-noscenza delle sue origini trovavano po-co convincente, ma che contribuiva aun'immagine pubblica incisiva.

Nel tentativo di ampliare i confini del-la cosmologia osservativa, Hubble con-tribuì a organizzare la costruzione del te-lescopio Hale da 200 pollici a Mount Pa-lomar, in California. Lo scoppio dellaseconda guerra mondiale ritardò il pro-getto; poco dopo l'attacco giappone-se a Pearl Harbor, Hubble entrò a farparte del Ballistics Research Labora-tory della US Army ad Aberdeen, nelMaryland, dove applicò le proprie cono-scenze astronomiche a dirigere i calcolidelle traiettorie dei proiettili di artiglie-ria. Il telescopio da 200 pollici entrò fi-nalmente in funzione nel 1948, e Hubblecontinuò a lavorare a Mount Palomar fi-no alla morte per infarto avvenuta il 28settembre 1953, all'età di 63 anni.

Dopo la sua morte, Humason e poiRudolph L. Minkowski utilizzarono iltelescopio da 200 pollici per individuaregalassie ancora più remote, in rapido al-lontanamento. Walter Baade ricalibrò larelazione periodo-luminosità delle varia-bili cefeidi e scoprì che tutte le distanzegalattiche calcolate da Hubble, per quan-to grandi potessero apparire, andavanomoltiplicate per un fattore due. AllanSandage, già studente di Hubble, e innu-merevoli altri ricercatori hanno conti-nuato a perfezionare il calcolo della co-stante di Hubble. Il loro magnifico lavo-ro è un eloquente tributo al pensiero in-novativo e all'inesauribile energia chepermisero a Hubble di ridefinire il corsodella cosmologia moderna.

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