L'Universo dice 'Tieni la mia birra' alla velocità della luce, ma segue ancora la fisica

Un universo in espansione rende la misurazione delle distanze più complicata perché lo spazio non rimane fisso mentre la luce lo attraversa. Le galassie continuano a emettere luce, ma quella luce può impiegare miliardi di anni per attraversare il cosmo prima di raggiungerci. Durante quel viaggio, l'universo continua ad espandersi, aumentando la separazione media tra le galassie (sì, sappiamo che le galassie possono collidere, ma in media, su larga scala, si stanno allontanando).

Ciò significa che quando un telescopio cattura la luce di una galassia lontana, l'immagine non rivela dove si trova quella galassia oggi. Mostra la galassia com'era quando la luce ha iniziato il suo viaggio. Per stimare la sua distanza attuale, gli astronomi devono usare un modello cosmologico che tenga conto di come l'universo si è espanso nel tempo.

Il modello principale usato oggi si chiama LCDM. Include la materia oscura (episodio diverso) e l'energia oscura (episodio diverso). I punti di forza e i limiti di LCDM meritano una discussione a parte (episodio diverso), ma i modelli alternativi non cambiano significativamente il quadro generale qui descritto.

L'universo ha circa 13,77 miliardi di anni, ma le regioni più distanti che possiamo osservare sono ora a circa 45 miliardi di anni luce di distanza. Lo spazio si è espanso per tutto il tempo in cui la loro luce viaggiava verso di noi.

Questo confine è noto come orizzonte delle particelle, orizzonte cosmologico o orizzonte comovente, a seconda di quanto ci si sente eleganti in quel momento. Definisce il bordo esterno della nostra bolla osservabile e segna la distanza massima che possiamo vedere oggi.

All'inizio, i numeri sembrano contraddittori. Come può l'universo osservabile estendersi per 45 miliardi di anni luce quando l'universo ha solo 13,77 miliardi di anni? La risposta è che l'universo può espandersi più velocemente della luce.

Perché l'espansione più veloce della luce è consentita

Ciò non viola le leggi della fisica. La velocità della luce limita la velocità con cui gli oggetti possono muoversi attraverso lo spazio in una regione locale. Un osservatore non vedrà mai un razzo nelle vicinanze sfrecciare più veloce della luce.

L'espansione cosmica è diversa. Le galassie lontane non stanno necessariamente sfrecciando nello spazio nel senso comune. Invece, lo spazio tra noi e quelle galassie sta crescendo. La relatività ristretta non pone la stessa restrizione sulla rapidità con cui grandi distanze possono aumentare attraverso l'universo.

Gli astronomi possono stimare quanto velocemente una galassia si sta allontanando misurando il suo redshift. Mentre una galassia si allontana, la sua luce viene stirata verso lunghezze d'onda più rosse nello spettro elettromagnetico. Edwin Hubble ha usato questo effetto per scoprire prove che l'universo si sta espandendo.

In un universo in espansione, le galassie più distanti generalmente si allontanano più velocemente perché una maggiore quantità di spazio si trova tra loro e noi. Più spazio significa più distanza che può espandersi.

Il punto in cui le galassie iniziano ad allontanarsi più velocemente della luce è chiamato distanza di Hubble. Si trova a circa 13,77 miliardi di anni luce di distanza.

Perché possiamo ancora vedere galassie che si muovono più velocemente

Possiamo osservare galassie oltre la distanza di Hubble perché la luce che ci raggiunge oggi è stata emessa molto tempo fa, quando quelle galassie erano molto più vicine. Potremmo anche ricevere alla fine luce da alcune galassie situate ancora più lontano, a condizione che la luce abbia iniziato a viaggiare verso di noi quando le galassie erano più vicine.

Tuttavia, c'è un limite ultimo chiamato orizzonte cosmologico degli eventi (che è leggermente diverso dall'orizzonte degli eventi di un buco nero). Attualmente si trova a circa 17 miliardi di anni luce di distanza.

Qualsiasi luce emessa ADESSO da oltre quel confine non ci raggiungerà MAI, mai, non importa quanto aspettiamo. L'espansione dello spazio glielo impedirà.

L'espansione accelerata guidata dall'energia oscura rende questa separazione ancora più estrema. L'orizzonte cosmologico degli eventi continuerà ad espandersi in futuro, ma alla fine raggiungerà una distanza massima di circa 60 miliardi di anni luce.

Anche allora, gli osservatori non potranno vedere tutto entro quella distanza. La luce delle galassie più lontane potrebbe non aver avuto abbastanza tempo per raggiungerci dall'inizio dell'universo.