29/10/14

Attenti a parlare di distanza delle galassie ***

Il bravissimo Paolo è entrato nel cuore del problema, passando direttamente all’azione e facendo calcoli. Il problema è che i calcoli esatti non sono facili da descrivere e da spiegare. Invito ancora tutti a cercare di capire i concetti e di non cercare di riprodurre tutti i risultati. Scrivo qualche constatazione in più che penso possa servire (concettualmente) per avvicinarsi veramente alle distanze tra oggetti dell’Universo.

Poche frasi per estrarre il succo del discorso.

Su tutti gli articoli dei giornali e delle riviste specializzate si legge sempre che la galassia X si trova a una distanza di 13 miliardi di anni luce. Ebbene, questo è un errore madornale se viene inteso come un vero valore di distanza.

Come potremmo mai definire una distanza di una galassia la cui luce è partita miliardi di anni fa e che arriva d noi solo adesso? Sappiamo benissimo che istante dopo istante la distanza tra la galassia e noi è costretta a cambiare a causa dell’espansione dell’Universo. Non esiste quindi di certo una sola distanza! La vera distanza sarebbe quella comovente che tiene conto del fattore di scala con cui l’Universo si espande, ma non è cosa misurabile direttamente. Essa si può ricavare solo e soltanto dal valore di z (redshift) dopo aver applicato opportune formule. Il redshift, però, è essenzialmente una misura di tempo, dato che è legato al tempo in cui un povero fotone è rimasto in balia dell’espansione dell’Universo.

Molto meglio, quindi, restare ancorati al redshift e pensare sempre in termini di tempo impiegato dalla luce della galassia X per giungere fino a noi. E’ poi possibile, per chi volesse proprio farlo, applicare certe formule che permettono di trovare la distanza tra la galassia e noi a un certo istante!

E qui nasce spesso l’errore! Leggendo che una galassia dista 13 miliardi di anni luce, si pensa subito che essa sia la distanza attuale. No, assolutamente no. Così come non è nemmeno la distanza che vi era al momento della partenza della luce dalla galassia X. Quel valore 13 miliardi di anni luce, dovrebbe essere sempre inteso come intervallo di tempo e niente più.

Riflettete un attimo su questo modo di definire la distanza… Sarebbe come poter dire che il Big Bang è distante da noi 13.7 miliardi di anni luce. Nessuno si sogna di dirlo, ovviamente… dato che non è assolutamente vero. Anzi, il Big Bang si trova dappertutto ed è la sua luce che ha impiegato 13.7 iliardi di anni per arrivare fino a noi. Ovviamente, ciò è solo teorico, dato che nessuno può vedere qualcosa che non ci ha inviato fotoni.

Basta, però, spostarci nel rumore cosmico di fondo. Anche lì nessuno osa dire apertamente che dista 13.7 miliardi di anni luce. Normalmente si dice che si riferisce a un’epoca relativa a 380 000 anni dal Big Bang. Poi, improvvisamente, ecco che nascono le distanze. Oggi si conoscono galassie che “distano” 13.4 miliardi di anni luce. Se così fosse, potremmo anche dire che il rumore di fondo dista 13.7 miliardi di anni luce. Non ho mai capito perché si è preso questo “vizio” che è legato a un tipo di distanza che pochi conoscono veramente e che io trovo molto pericolosa: distanza di tempo luce. Essa non né altro che il tempo trascorso tra l’invio della luce e l’istante OGGI, moltiplicato per la velocità della luce.

Ovviamente, moltiplicare un tempo per una velocità dà come risultato uno spazio, ossia una distanza. Ma una “distanza” che non indica assolutamente di quale distanza si tratta. E’ un gergo di comodo che permette di esprimere una differenza di tempo come “distanza”, intesa solo come tempo moltiplicato per velocità… Un qualcosa che non tiene, in fondo, nessun conto dell’espansione dell’Universo…

Mi raccomando, quindi, non cercate di collegare i miliardi di anni luce a cui sono poste le distanze dei vari oggetti celesti con le effettive distanze che sono, oltretutto, variabili da istante a istante a causa dell’espansione dell’universo.

L’unica cosa misurabile che riesce a legare la galassia X a noi è solo e soltanto il redshift z, che esprime solo un tempo, quello in cui è i fotoni della galassia X sono rimasti a “bagnomaria”. Assumendo, poi, un modello di espansione possiamo tradurre questo valore di z in distanza comovente e riferirla infine a un certo tempo selezionato. Questa operazione ha però bisogno di un modello di espansione e non è una vera osservazione.

In questi termini, le distanze relative a OGGI sarebbero ben maggiori di quei miseri 13 miliardi di anni (pensate all’Universo Osservabile). Tuttavia, non si usano mai, dato che creerebbero enorme confusione in chi leggesse che noi distiamo 20 miliardi di anni luce da una galassia che è nata solo 13 miliardi di anni fa. Tutti sanno che l’Universo si espande, ma poi, all’atto pratico, non riescono a tenerne conto.

La somiglianza tra effetto doppler e redshift fa sì, però, che per galassie vicine (veramente vicine) o -ancora meglio- tali che il loro redshift sia molto piccolo, si possano confondere distanze reali e distanze di tempo luce, fittizie (sono solo differenze di tempo). E’ la stessa zona in cui si può usare la legge di Hubble, magari dopo aver eseguito le correzioni relativistiche. Attenzione, però! Qualsiasi correzione voi facciate, resta sempre il fatto che utilizzare l’effetto doppler come redshift e come non tenere conto dell’espansione dell’Universo.

Maggiori informazioni sulle distanze le trovate nel libro “L’infinito Teatro del Cosmo” oppure sul vecchio articolo di astronomia.com “C’è distanza e distanza”.

Spero che questo breve articolo (chiamiamolo così…), stimolatomi dal sempre più bravo Paolo, serva a gettare un po’ più di… luce. Invito, però, tutti a pensare all’eroismo dei poveri fotoni che rimangono miliardi di anni a bagnomaria prima di raggiungerci, quando, al momento della partenza ci vedevano molto vicini a loro. Una specie di miraggio o meglio di viaggio verso le Americhe con le Americhe che sembrano allontanarsi sempre di più… Riguardatevi un po’ il cono di luce…

 

Cosa vediamo nell'Universo? QUI lo spieghiamo a grandi e piccini...

5 commenti

  1. Michael

    ... senza considerare che in qualche miliardo di anni quella Galassia, oltre che essersi allontanata a causa dell'espansione dell'Universo, chissà dove sarà emigrata o con quali altre Galassie potrebbe essersi mischiata.
    Quella "Galassia lontana lontana" potrebbe non esistere più.

  2. alexander

    ma negli articoli sulla matematica ci insegnerai come usare le coordinate comoventi o e' un argomento che prevede una matematica "superiore"?

  3. Alvermag

    Cari tutti, quello che sta avvenendo in relazione all'espansione dell'universo è proprio quello che speravo avvenisse.
    Una bella discussione che chiarisse meglio i vari aspetti della questione.
    Il contributo di Paolo è essenziale: l'utilizzo di un formulario - per quanto semplice perchè è giusto non escludere nessuno dalla discussione - aiuta a non cadere in fraintendimenti.
    Intendiamoci: io non sono certo un matematico ed ho i miei bravi limiti in materia. D'altra parte, trattando di materie scientifiche, un minimo di matematica è inevitabilmente richiesta.
    Se non mi sbaglio qualcuno ha detto che il libro della natura è scritto con un linguaggio matematico!

    Caro Enzo, non me ne volere, non sto davvero polemizzando con te (sarebbe la fine del mondo, anzi ... dell'infinito teatro del cosmo!). Sono però contento che si apra questo fronte di discussione su un tema centrale: va benissimo parlare di galassie, buchi neri, pulsar, GRB ecc. ma lo spazio-tempo è quella cosa che tutto contiene. Secondo me dobbiamo cercare di capirlo, nei limiti del possibile (limiti che deve stabilire Enzo).

    Scusate l'intromissione e ..... avanti così :) :-P :-D :lol:

  4. cari ragazzi,
    penso di avere affrontato da anni il problema dello spazio-tempo. Resta, comunque, il fatto che la matematica che ci sta dietro non è certo quella che viene spiegata nei nostri articoli. Le distanze comoventi, ad esempio, sono facilissime a capirsi concettualmente ma se vogliamo passare alle formule dobbiamo scegliere in quale rappresentazione costruirle. E qui le cose si complicano di molto. Posso provare a mettere insieme tutti gli articoli, ma sperare di avere un quadro completo è ben difficile. Se introduciamo una certa rappresentazione definiamo qualcosa che poi cambia completamente in un'altra...
    In ogni modo nessun problema a scrivere il legame tra z e coordinate comoventi, ma non pretendete che tutta la spiegazione possa seguire una trattazione basata su matematica elementare... Il minimo di matematica non basta più... purtroppo...

    Io reputo molto più importante cercare di capire i concetti base e avere un quadro generale. Penso che non immaginiate nemmeno il formulario che ci sta dietro... La differenza tra redshift e doppler, tra distanza reale di una galassia e il suo redshift, la sfera di Hubble e l'Universo Osservabile, il cono di luce, ecc., ecc., sono già concetti più che sufficienti per non entrare in confusione. Saperli trattare in modo omogeneo e esatto vorrebbe dire fare cosmologia ad alti livelli... Non pretendiamo troppo da questo povero blog che vuole aprirsi a tutti coloro che amano l'Universo.

    Cominciamo a capire cos'è una distanza e che cosa vogliono dire certi numeri che leggiamo: sarebbe già un grande risultato... credetemi!

  5. carissimi...
    rispondo ad Alexander e a tutti...

    andate a prendere l'articolo sulle distanze tra galassie (QUI) e l'approfondimento sul cono di luce (QUI) che è quello relativo a tutto ciò che vediamo adesso. Esso è costruito attraverso il modello di Universo che si vuole considerare. Per costruirlo ci vuole una matematica superiore. In ogni modo: se fissate un certo redshift (misurabile), il modello (ossia il cono di luce) vi dice il rapporto di scala, ossia il rapporto che c'è tra distanza tra una galassia e noi (al tempo di quel redshift) e la distanza attuale. Con quel modello la distanza originaria è una e una sola e quindi trovate subito la distanza di oggi. In altre parole, il modello vi dice la distanza originaria, intesa come redshift. L'estrapolazione fino ad oggi vi dice la distanza odierna. E' proprio così che si trova l'Universo Osservabile. Se la galassia e relativamente vicina la differenza tra quella relativa al redshift e quella odierna è trascurabile. La legge di Hubble serve per dirci come si può estrapolare la linea di Universo di una singola galassia.

    Di più non so cosa dirvi... ma direi che può bastare. Tuttavia, sarebbero numeri che niente hanno a che vedere con le distanze che leggete nei libri... e che si riferiscono al tempo impiegato dalla luce per raggiungerci, ossi al redshift di una certa galassia....

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