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Ai fisici americani Saul Perlmutter, Brian P. Schmidt e Adam G. Riess il Premio Nobel 2011 per la Fisica. Nel 1998 scoprirono che l'universo sta accelerando la sua espansione, probabilmente a causa di una forza sconosciuta, l'energia oscura, che potrebbe determinare il destino ultimo del cosmo. Ecco la straordinaria storia della loro scoperta.
Nel 1998 fu definita “la scoperta dell’anno”. Oggi, 4 ottobre 2011, gli americani Saul Perlmutter, Brian P. Schmidt e Adam G. Riess sono stati onorati del Premio Nobel per la Fisica. Con le pioneristiche ricerche cosmologiche compiute dai loro gruppi di ricerca, il “Supernova Cosmology Project” di Perlmutter e Schmidt, e l’High-z Supernova Search Team di Riess, i tre Nobel hanno portato alla luce, poco più di dieci anni fa, quello che è oggi il più grande mistero dell’universo: la sua inaspettata accelerazione.
Hubble, Einstein e l’universo in espansione
Per capire cosa significa questa scoperta, bisogna innanzitutto tornare a Edwin Hubble, l’astronomo americano che nel 1929 scoprì che l’universo si stava espandendo. Una rivelazione sorprendente perché fino ad allora l’opinione generalmente accettata era che l’universo fosse infinito e statico, immobile, uguale fin dalla sua nascita. Albert Einstein, elaborando la sua teoria della relatività, scoprì con suo disappunto che risolvendo le equazioni della teoria si deduceva, invece, un universo instabile.
Ritenendo questa conclusione impossibile, aggiunse nelle equazioni un elemento matematico, una costante cosmologica, definita lambda, con la quale bilanciare la forza gravitazionale che rischiava di far contrarre l’universo. La costante cosmologica lambda riportava l’universo alla sua presunta staticità. Un escamotage intellettuale di cui Einstein ebbe modo di pentirsi: lo definì “il più grande errore della mia vita”. Infatti, Einstein poté constatare che la scoperta di Hubble confermava la sua teoria della relatività senza bisogno di introdurre la costante lambda.
Come era riuscito, Edwin Hubble, a scoprire che l’universo si espandeva? Nei primi anni ’20 il nuovo telescopio di monte Wilson, il più grande allora esistente, permise per la prima volta di constatare che la cosiddetta nebulosa di Andromeda non faceva parte della nostra galassia, ma era una galassia a se stante. Ciò era stato possibile analizzando la luce proveniente da Andromeda, e quindi il suo spettro, cioè quel che deriva dalla scomposizione della luce all’interno di un prisma (il nostro arcobaleno). Andromeda era lontana da noi abbastanza da poter escludere con certezza che facesse parte della nostra galassia, benché in realtà si stia avvicinando alla Via Lattea a una velocità tale che si scontrerà con essa tra 3-4 miliardi di anni. Ma Hubble scoprì con stupore che, con l’eccezione di Andromeda, lo spettro di tutte le galassie osservate era spostato verso il rosso.
Per capire cosa implicava questa scoperta, basta pensare a un’ambulanza che corre nella nostra direzione, per poi superarci velocemente e proseguire lungo la sua strada. Noteremo che la sirena assume un suono più acuto quando si avvicina, più grave quando si allontana: in realtà, la sirena emette sempre lo stesso suono, ma ci arriva all’orecchio a una frequenza diversa. L’onda sonora, infatti, si “schiaccia” avvicinandosi al nostro orecchio e assume una frequenza maggiore, per poi distendersi nuovamente man mano che l’ambulanza si allontana.
Si chiama effetto Doppler. La luce fa lo stesso. Se un oggetto luminoso si allontana da noi, analizzandone lo spettro osserveremo uno spostamento verso il rosso, che insieme al violetto costituisce il limite estremo dello spettro della luce. Questo “spostamento verso il rosso” della luce è un effetto della nostra osservazione: la luce è sempre quella, ma poiché la sorgente che la emette si sta allontanando, l’onda si dilata e la sua frequenza si riduce. Se tutte le galassie hanno uno spettro spostato verso il rosso, significa che si stanno allontanando da noi. Hubble restò perplesso: possibile che la nostra Via Lattea si trovi immobile al centro dell’universo, e tutte le altre galassie in allontanamento? Cosa ci rende così speciali? Niente.
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