mercoledì 29 maggio 2013

Domande e risposte: Se l’Universo si espande, perché ci sono galassie che si scontrano?



Il valore della costante di Hubble, quindi il tasso con cui si espande lo spazio attorno a noi, ci suggerisce la risposta a questa domanda, una delle più frequenti in merito al complesso concetto di espansione dell’Universo.
La costante di Hubble afferma che ogni milione di parsec, quindi ogni circa 3 milioni di anni luce dal punto di osservazione, la velocità di allontanamento rispetto all’osservatore aumenta di circa 70 km/s.
Questo sembra proprio un valore estremamente piccolo: basti pensare a quanto sia grande una distanza di oltre 3 milioni di anni luce!
In effetti, è sufficiente fare qualche semplice calcolo per capire meglio. 

Nel caso di una stella distante da noi circa 1000 parsec (3260 anni luce), la velocità di recessione sarebbe pari a circa 0,07 km/s, un valore piccolissimo se confrontato con il moto attorno al centro della Galassia, pari a oltre 200 km/s!
La situazione è ancora più chiara se consideriamo i pianeti. Anche il più distante dalla Terra, Nettuno, a causa dell’espansione dell’Universo si allontanerebbe da noi a circa 10 nm, 10 miliardesimi di metro, al secondo! Questo valore è così piccolo da risultare assolutamente trascurabile, di gran lunga sopravanzato dalle interazioni gravitazionali con il Sole, gli altri pianeti, i suoi stessi satelliti. 

Siamo arrivati a un’importante conclusione: l’espansione dell’Universo non si nota per piccole scale, perché è svariati ordini di grandezza sopravanzata da molte altre variabili, prima su tutti la forza di gravità. Per osservare l’effetto dobbiamo rivolgere il nostro sguardo necessariamente verso galassie estremamente lontane, affinché lo spazio che ci separa sia sufficientemente vasto da notare velocità di recessione comparabili, o superiori, con quelle gravitazionali. 

Il limite per il quale l’espansione dell’Universo si fa sentire può essere identificato come la distanza alla quale competono velocità di espansione superiori ai 1.000 km/s. Questo limite si trova a circa 50 milioni di anni luce. Entro questa distanza, l’espansione dell’Universo può essere trascurata.
Quando i moti gravitazionali all’interno di un certo spazio sono maggiori dell’espansione dell’Universo, allora le interazioni gravitazionali sono ancora possibili. 

Gli ammassi di galassie hanno diametri di qualche decina di milioni di anni luce, quindi da un estremo all’altro la velocità di recessione tra due galassie potrebbe superare i 1000 km/s. I moti gravitazionali attorno al centro di massa, però, possono essere anche dieci volte superiori e di fatto l’ammasso non viene disperso. 

Per distanze inferiori, le cose sono ancora più semplici. La galassia di Andromeda, distante 2,3 milioni di anni luce, si dovrebbe allontanare da noi a una velocità di circa 50 km/s, ma la reciproca attrazione gravitazionale è così forte che, sebbene lo spazio di espanda, le due galassie si avvicinano a circa 100 km/s. Questo non significa che lo spazio non si espande, ma solamente che per piccole distanze prevale l’effetto risultante delle interazioni gravitazionali, quindi i moti attraverso lo spazio.

7 commenti:

  1. Se l´espansione é di molto inferiore alla velocitá della luce, come possiamo affermare che se vediamo una stella a un miliardo di anni luce vediamo indietro nel tempo (verso l´origine)quando la luce emessa in quel momento dovrebbe averci sorpassato da tempo ??? Guardando verso l´origine non dovremmo vedere assenza di luce ???

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    1. A causa del valore finito della velocità della luce qualsiasi cosa vediamo è avvenuta nel passato: anche un amico che dista da noi qualche metro lo vediamo come era qualche nanosecondo fa. Un stella lontana un miliardo di anni luce, che è una misura di una distanza, la vediamo come era e dove si trovava un miliardo di anni fa, sicuramente in questo momento sarà diversa e si troverà altrove, quasi sicuramente si è allontanata, ma lo sapremo solo fra qualche miliardo di anni, perché dobbiamo aspettare che la sua luce arrivi fino a noi.

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  2. Come possiamo affermare che la gravitá desvia la luce avendo deformado lo spazio(vuoto)??
    Non potrebbe deformarsi il mezzo che serve da veicolo alla luce per potersi spostare(come suono ed aria)??

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    1. Per secoli si è creduto che la luce si propagasse nello spazio attraverso un mezzo denominato denominato "etere" che però doveva avere proprietà fisiche stranissime: doveva essere solido per consentire la formazione di onde elettromagnetiche trasversali e nel contempo doveva essere miliardi di volte meno denso dell'aria per ottenere gli elevatissimi valori di velocità misurati perché la luce. Nel 1905 Einstein nella Relatività Speciale ritenne, a ragione, che la nozione di etere non fosse necessaria e nel 1916 nella Relatività Generale introdusse l'equazione di campo che descriveva come la massa e l'energia deformassero la geometria dello spaziotempo e quindi anche lo spazio vuoto nel quale la luce si muoveva. Questo risultato fu verificato per la prima volta da Eddington durante l'eclissi di sole del 1919 e successivamente da innumerevoli altre osservazioni astronomiche. In pratica la presenza di massa e di energia deforma il tempo e lo spazio nel quale viaggia la luce oppure i pianeti, o qualsiasi altra cosa.

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  3. Come possiamo affermare che l´energia di fondo é il residuo del big-bang e no la manifestazione misurabile della enegia-massa oscura ??

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    1. Energia e massa oscura sono due entità ben distinte: sono dette entrambe dette "oscure" solo perché ne conosciamo ben poco.
      La radiazione di fondo, pressoché uniforme ovunque, è un'onda elettromagnetica alla frequenza di 160 Ghz, quindi è nella banda delle microonde, ed ha una temperatura equivalente di 3 K ossia circa -270 C. Pertanto si tratta di una usuale forma di energia elettromagnetica captata anche dalle nostre normali antenne satellitari.
      La materia oscura ha la proprietà di attrarre gravitazionalmente la materia ordinaria ed è responsabile ad esempio del fatto che le stelle che orbitano attorno al centro galattico non seguano le leggi di Keplero. Essa però appare maggiormente concentrata in alcune zone e non distribuita in modo quasi uniforme come la radiazione di fondo, quindi non è la materia oscura ad emetterla.
      L'energia oscura ha proprietà opposte a quelle della materia oscura: fa infatti allontanare le galassie , cioe genera una sorta di antigravità. Si tratta quindi di energia negativa, se fosse invece una forma usuale di energia positiva deformerebbe gravitazionalmente lo spaziotempo allo stesso modo della materia ordinaria o di quella oscura.
      Quindi l'energia elettromagnetica della radiazione di fondo non può essere nemmeno associata all'energia oscura.
      Da quando è stata scoperta la radiazione di fondo rappresenta la temperatura residua di un universo che si è espanso, se infatti facessimo contrarre l'universo alle dimensioni iniziali otterremmo le temperature di miliardi di miliardi di gradi che si registravano nell'universo primordiale .

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