Quanto tempo è trascorso dal Big Bang?

L’universo non ha vergogna nel rivelare la sua età. Numerosi sono i percorsi che ci offre per scoprire quanto tempo è trascorso dal Big Bang fino a questo momento presente. Stimiamo che siano passati 13,7 miliardi di anni, con un’incertezza di 200 milioni.

Un margine di errore di centinaia di milioni di anni non è cosa da poco. Tuttavia, tale imprecisione si sta restringendo grazie a cronometri cosmici sempre più precisi.

Per conoscere l’età dell’universo sfruttiamo il fatto che si sta espandendo, cosa che conosciamo da quasi 100 anni. Questa espansione produce fenomeni dai numeri vertiginosi. Ad esempio, il nostro vicino di galassia, il buco nero Sagittario A*, si sta allontanando a 80.000 km/s dai suoi lontani cugini OJ287. Succede praticamente con quasi tutti i buchi neri nell’universo. Si stanno allontanando l’uno dall’altro alla velocità delle galassie che li ospitano. Tuttavia, la veridicità delle conclusioni scientifiche è supportata dalla ripetizione degli esperimenti. E questo è qualcosa che l’universo non consente.

Come misurare quanto tempo è trascorso dal Big Bang

Per compensare questa mancanza, sono state confrontato diverse fonti di dati. In questo modo siamo riusciti a regolare bene i nostri cronometri cosmici. Ma come riusciamo a misurare quanto tempo è trascorso dal Big Bang?

Il nostro dato fondamentale è il fattore Hubble. È una quantità che rappresenta la crescita percentuale dell’universo mediata nel tempo. Immaginiamo di poter misurare quella crescita stessa e anche con quale velocità si è verificata. Combinando entrambi otteniamo il tempo trascorso in quell’evoluzione. Cioè, abbiamo un cronometro cosmico.

Ma mettiamola in termini quotidiani. Un cosmetico rivoluzionario promette di rendere le ciglia due volte più lunghe in 60 giorni. Quindi se lo applichiamo e vediamo che le nostre ciglia sono cresciute del 50%, sarà passato un mese. No?

No, forse no. Se non abbiamo applicato il prodotto costantemente quotidianamente, la crescita sarà rallentata. Si deduce quindi che la misurazione del tempo in base al cambio di dimensione può portare a errori. Dobbiamo sapere bene cosa è successo giorno per giorno. Questo è ciò che chiamiamo controllo dell’esperimento. Quindi è anche un cattivo metodo per misurare l’età dell’universo?

Quando l’universo era più giovane della Terra

Nel 1947 G. Gamow utilizzò i dati di Hubble per stimare l’età dell’universo in 2,5 miliardi di anni. Poco dopo, i geologi datarono l’età della Terra a 4,5 miliardi di anni. Come potrebbe l’universo essere più giovane del nostro pianeta?

Ovviamente la stima dell’età dell’universo era sbagliata. Il problema era che non si capiva abbastanza bene di cosa fosse fatto. Ma si sapeva che l’espansione normalmente diminuisce la densità dei componenti dell’universo. E secondo la loro natura vanno a ritmi diversi.

Nelle prime epoche dell’universo dominava la radiazione. Poiché la radiazione si diluisce molto rapidamente, è stata sostituita dalla materia oscura, poiché la sua densità si riduce più lentamente. Tutto questo segue i dettami delle equazioni di Einstein. La natura sia della radiazione che della materia oscura fa rallentare l’universo. Ciò significa che, sebbene in quelle fasi ci fosse anche un’espansione, il suo ritmo stava diventando sempre più piccolo.

Ma questo si è scontrato con l’evidenza. Il tasso di espansione dell’universo stava aumentando.

L’arrivo dell’energia oscura

C’era un nuovo componente che rivendicava importanza: l’energia oscura. Con una di quelle coincidenze magiche, gli effetti dei diversi stadi dell’universo vengono compensati. Cioè, il ritardo originario nel tasso di espansione è stato consumato dall’accelerazione attuale. Pertanto, è ragionevole indovinare quanti anni ha l’universo direttamente dal fattore Hubble.

Ribadiamo che in questo tipo di lavoro è necessario misurare incrementi di scala nientemeno che l’universo stesso. Per fare ciò, sfruttiamo il fatto che l’espansione allarga la lunghezza d’onda che ci raggiunge dalle stelle. L’effetto corrispondente è il cosiddetto redshift. Questo viene fatto, ad esempio, nella spettroscopia utilizzando ampi cataloghi con modelli di intensità e lunghezze d’onda. In questo modo vengono identificati oggetti praticamente identici tra loro ma a diverse profondità nell’universo.

È importante tenere a mente che più sono lontani in confronto, la loro luce avrà subito un allungamento maggiore. Ad esempio, la luce rossa che ci raggiunge dalla galassia più lontana conosciuta, GN-z11, è di origine ultravioletta.

Le basi dei cronometri cosmici

Calcolando lo spostamento verso il rosso di una galassia, stimiamo l’espansione avvenuta dal momento in cui ogni raggio di luce è stato emesso. E poi il calcolo viene ripetuto con una galassia identica e i risultati vengono confrontati. Il passaggio successivo consiste nel calcolare la media della differenza di espansione nell’intervallo di tempo corrispondente. Proprio quella finestra temporanea farà la differenza nel tempo di percorrenza della luce a seconda che provenga da una galassia o dall’altra. Ciò equivale a ottenere la differenza tra le età delle galassie.

Si forgia così una tecnica che sta emergendo con forza, quella dei cosiddetti cronometri cosmici. Con questa brillante idea (gioco di parole) ci si aspetta di poter arbitrare la disputa sui valori del fattore Hubble tra le misurazioni dell’universo locale e quello profondo.

Una scorciatoia per conoscere l’età di ogni stella

Dato che le galassie hanno centinaia di miliardi di stelle, devi stare un po’ attento. Per ottenere l’età delle galassie, è necessario fare la media demografica dell’età delle loro stelle. E, curiosamente, lo facciamo rispettando la tua legge sulla protezione dei dati. Questo non è perché lo vogliamo, ma perché non possiamo farlo in nessun altro modo. Puoi intuire l’impossibilità di scoprire l’età di ogni stella individualmente. Fortunatamente, un trucco provvidenziale facilita il compito. Consiste nell’usare con successo un segnale molto specifico di variazione dell’intensità della luce emessa a 4.000 angstrom. È prodotto dalla presenza di metalli che riscaldano la galassia e permette di arrotondare la tecnica dei cronometri cosmici.

In effetti, non solo stimiamo l’attuale fattore Hubble in questo modo, ma anche per tempi precedenti. Combinando questo con la cosmologia relativistica perfezioniamo la nostra comprensione dell’energia oscura. E la ruota continua a girare dandoci risposte sui componenti dell’universo.

Attualmente abbiamo solo un numero modesto di tali cronometri cosmici, ma comunque squisitamente accurati. Tuttavia, ci sono grandi speranze di scovarne qualcuno in più dalle missioni future. Ciò consentirebbe di costruire un catalogo potente e informativo. Gli esperimenti promettenti a cui mi riferisco sono EUCLID e Nancy Roman. Indubbiamente, miglioreranno le prospettive dei cronometri cosmici per posizionarsi come pezzi chiave per misurare non solo il fattore Hubble ma anche l’evoluzione dell’universo stesso.

Questi progressi ingrasseranno la nostra arroganza nell’affrontare il più grande enigma di tutti. Come si è formato l’universo? Non lo sappiamo, ma possiamo riaffermare ciò che ha detto Maxwell: “L’ignoranza totalmente consapevole è un preludio a qualsiasi vero progresso nella conoscenza”.