Questa stella è lontana X anni luce, quella galassia è lontana X milioni di anni luce. L'inizio dell'Universo è a X miliardi di anni luce di distanza. Ma come fanno gli astronomi a saperlo?
Sono perennemente in uno stato in cui parlo di oggetti che sono inimmaginabilmente lontani. È praticamente impossibile immaginare quanto sia grande il nostro Universo. Il nostro cervello può comprendere le distanze intorno a noi, in un certo senso, specialmente quando abbiamo una pila di strumenti per aiutarci. Possiamo misurare la nostra altezza con un metro a nastro o la distanza lungo il terreno utilizzando un contachilometri. Possiamo avere un'idea di quanto siano lontani 100 chilometri perché possiamo guidarli in un periodo di tempo piuttosto breve.
Ma lo spazio è davvero grande e, per la maggior parte di noi, il nostro cervello non può comprendere l'intera meraviglia del cosmo, figuriamoci misurarla. Quindi, come fanno gli astronomi a capire quanto è lontano tutto? Come fanno a sapere quanto sono lontani i pianeti, le stelle, le galassie e persino il confine dell'Universo osservabile? Supponendo che sia tutto un trucco? Stai benissimo.
Gli astronomi hanno una serie di trucchi e tecniche straordinariamente intelligenti per misurare la distanza nell'Universo. Per loro, distanze diverse richiedono metodologie diverse. Da vicino, usano la trigonometria, usando le differenze negli angoli per indovinare le distanze. Usano anche una varietà di candele standard, quegli sono oggetti luminosi che generano una quantità consistente di luce, quindi puoi dire quanto sono lontani. Alle distanze più lontane, gli astronomi usano l'espansione dello spazio stesso per rilevare le distanze.
Fortunatamente, ciascuno di questi metodi si sovrappone. Quindi puoi usare la trigonometria per testare le candele standard più vicine. E puoi usare le candele standard più lontane per verificare gli strumenti più grandi. Intorno al nostro sistema solare e nelle nostre vicinanze della galassia, gli astronomi usano la trigonometria per scoprire la distanza degli oggetti.
Misurano la posizione di una stella nel cielo in un punto dell'anno, e poi misurano di nuovo 6 mesi dopo, quando la Terra si trova sul lato opposto del Sistema Solare. La stella si sarà spostata di una piccola quantità nel cielo, nota come parallasse. Poiché conosciamo la distanza da un lato dell'orbita terrestre all'altro, possiamo calcolare gli angoli e calcolare la distanza dalla stella.
Sono sicuro che puoi individuare il difetto, questo metodo cade a pezzi quando la distanza è così grande che la stella non sembra muoversi affatto. Fortunatamente, gli astronomi passano a un metodo diverso, osservando una candela standard nota come variabile Cefeide. Queste Cefeidi sono stelle speciali che si attenuano e si illuminano secondo uno schema noto. Se puoi misurare quanto velocemente pulsa una Cefeide, puoi calcolare la sua vera luminosità, e quindi la sua distanza.
Programma di osservazione Hubble Frontier Fields, che utilizza il potere di ingrandimento di enormi ammassi di galassie per scrutare in profondità nel lontano Universo. Credito: NASA.
Le cefeidi ti permettono di misurare le distanze delle galassie vicine. Al di là di poche decine di megaparsec, hai bisogno di un altro strumento: le supernove. In un tipo molto speciale di sistema binario, una stella muore e diventa una nana bianca, mentre l'altra stella sopravvive. La nana bianca inizia a nutrire materiale dalla stella partner fino a quando non colpisce esattamente 1,4 volte la massa del Sole. A questo punto, esplode come una supernova di tipo 1A, generando un'esplosione che può essere vista a metà dell'Universo. Poiché queste stelle esplodono sempre esattamente con la stessa quantità di materiale, possiamo rilevare quanto sono lontane e quindi la loro luminosità assoluta.
Alla massima scala, gli astronomi usano la costante di Hubble. Questa è la scoperta di Edwin Hubble che l'Universo si sta espandendo in tutte le direzioni. Più guardi lontano, le galassie più veloci si allontanano da noi. Misurando lo spostamento verso il rosso della luce di una galassia, puoi dire quanto velocemente si sta allontanando da noi, e quindi la sua distanza approssimativa. Alla fine di questa scala c'è la radiazione cosmica di fondo a microonde, il confine dell'Universo osservabile e il limite di quanto lontano possiamo vedere.
Gli astronomi sono sempre alla ricerca di nuovi tipi di candele standard e hanno scoperto tutti i tipi di modi intelligenti per misurare la distanza. Misurano l'ammasso di galassie, i raggi di radiazione a microonde delle stelle e la superficie delle stelle giganti rosse, il tutto nella speranza di verificare la scala delle distanze cosmiche. La misurazione della distanza è stata uno dei problemi più difficili da risolvere per gli astronomi e le loro soluzioni sono state assolutamente ingegnose. Grazie a loro, possiamo avere un senso di scala per il cosmo che ci circonda.
Quale concetto di astronomia hai più difficoltà a tenere nel tuo cervello? Raccontaci, nei commenti qui sotto.
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