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quanto è grande l'universo e le sue caratteristiche Fonte foto: Shutterstock
SCIENZA

Che cos'è e quanto è grande l'universo

Ecco quanto è grande l'universo, quali potrebbero essere le sue dimensioni, la sua parte osservabile dalla Terra e quanto tempo è passato dal Big Bang ad oggi.

In un clima di costante progresso tecnologico e in cui i misteri dello spazio profondo hanno trovato risposte prima solo inimmaginabili, sarà probabilmente capitato anche a voi di chiedervi quanto è grande l’universo. Se la corsa all’esplorazione spaziale ci ha fatto capire quanto il nostro pianeta sia solo un granello in un deserto cosmico sconfinato, allo stesso modo non tutti sanno per l’appunto quale sia l’effettiva estensione di quell’universo che si è creato, almeno a sentire il modello cosmologico più accreditato, grazie alla gigantesca e fragorosa esplosione del Big Bang.

Un’esplosione a quanto pare avvenuta più di 13 miliardi di anni fa, e che ha dato il via a tutto ciò che conosciamo, e pure a tutto ciò che è rimasto per il momento ignoto. Con l’evoluzione tecnologica, gli astronomi sono capaci di guardare indietro nel tempo fino ai momenti appena successivi a questo evento tanto cruciale, ma sono ancora limitati nel quantificare la dimensione del cosmo, giocoforza determinata da tutta una serie di diversi fattori, che includono non a caso la forma e l’espansione.

Che cos’è l’universo

Prima di scoprire, nel caso sia effettivamente noto, quanto è grande l’universo, un passo fondamentale da compiere è quello di comprendere cosa si intenda davvero con questo termine. Nella letteratura scientifica, e in particolare in quella legata ai fenomeno astronomici, con il nome Universo si identifica il complesso che comprende tutto lo spazio e tutto ciò che contiene. Nello specifico, si tratta della materia, dell’energia, dei pianeti e delle stelle, delle galassie e del contenuto dello spazio intergalattico più in generale. In sostanza, possiamo definirlo come “l’insieme di tutte le cose che esistono", e ad occhio nudo è visibile solo una sua piccolissima parte.

Facendo un calcolo a partire dalla nostra cornice temporale locale, l’universo ha avuto origine circa 13,8 miliardi di anni fa tramite il già citato Big Bang, allo stato attuale l’ipotesi meglio accolta dagli scienziati, per quanto con le sue evidenti limitazioni. Secondo questo modello, sono state quattro le forze fondamentali a giocare un ruolo chiave nella “genesi spaziale": nucleare forte, nucleare debole, gravitazionale ed elettromagnetica. Il tutto associato alla formazione di protoni, elettroni e neutroni, che con l’abbassamento delle temperature ha dato vita ai nuclei di elio, ai nuclei di deuterio e agli atomi.

In questa fase, l’universo ha continuato a raffreddarsi e ad espandersi, creando le giuste condizioni per la formazione di galassie e stelle. Un vero e proprio percorso di espansione successivo al Big Bang, che ha trovato i suoi peculiari equilibri grazie alla presenza dell’attrazione gravitazionale, la quale tende a ridurre l’allontanamento tra le galassie e ad impedire che vi sia una dilatazione infinita. Ad oggi, gli scienziati ipotizzano due diverse teorie sulla futura evoluzione dell’universo: la teoria dell’Universo chiuso e la teoria dell’Universo aperto.

A sentire la prima teoria, l’universo avrebbe la tendenza prima ad espandersi, per poi andare successivamente a contrarsi fino a ridursi in una piccolissima massa di densità elevata; per la seconda, di contro, l’universo dovrebbe espandersi indefinitamente considerando che la quantità di materia presente non è sufficiente a bloccare l’espansione stessa. Agli albori degli anni ’80, poi, è entrato in gioco un nuovo modello, conosciuto come quello dell’universo inflazionario, in cui l’universo avrebbe aumentato velocemente di 1050 volte il suo diametro rispetto a quanto previsto dalla teoria tradizionale più diffusa.

Quanto è grande l’universo

La parte osservabile dell’universo dalla Terra con le apparecchiature tecniche a nostra disposizione ammonta ad un diametro complessivo di ben 93 miliardi di anni luce. Proprio l’osservazione scientifica e meticolosa dell’universo e dei suoi moti, ci ha permesso di capire che in passato è stato governato dalle stesse leggi e costanti fisiche per la maggior parte della sua storia e in tutta la sua estensione osservabile, con evidenti inferenze nella sua fase iniziale, e più delicata. Entrando più nello specifico, possiamo affermare che l’universo osservabile è per l’appunto la regione dell’universo visibile dalla Terra, e si presenta approssimativamente come una sfera infinitamente grande, dal raggio pari a 43 miliardi di anni luce.

A voler fare un confronto comprensibile anche ai meno esperti, dobbiamo pensare che il diametro di una galassia tipica è di 30.000 anni luce, e la distanza tipica tra due galassie vicine è di 3 milioni di anni luce. Per esempio, la nostra Via Lattea ha un diametro di circa 100.000 anni luce e la galassia più vicina al nostro pianeta, Andromeda, è localizzata approssimativamente a 2,5 milioni di anni luce da noi.

Vien da sé che, in cosmologia, l’universo davvero osservabile sia “pennellato" come una vasta area dello spazio racchiusa da una sfera centrata su un osservatore. Sfera che di fatto racchiude tutto ciò che egli può osservare. In linea generale, intendiamo allora tutta la porzione di universo indagabile dall’umanità, e quindi la sfera centrata sulla nostra Terra, ma contemporaneamente è facile comprendere che ogni posizione nello spazio possiede inevitabilmente il suo specifico universo osservabile.

Se per assurdo l’universo non fosse, come precedentemente dichiarato, in continua espansione, potremmo facilmente rispondere alla domanda “quanto è grande l’universo?" con un banale calcolo: all’atto pratico, il raggio dell’universo osservabile sarebbe pari alla distanza percorsa dalla luce nell’arco di tempo trascorso dall’inizio dell’universo, corrispondente a 13,8 miliardi di anni luce, e al Big Bang. Considerando però che l’espansione sta effettivamente continuando, ad oggi la distanza effettiva di questo orizzonte è sensibilmente più grande, e non può essere definita con precisione assoluta.

Oggi, secondo le stime considerate più attendibili, quello stesso punto è a 46 miliardi di anni luce di distanza, rendendo così quella dell’universo osservabile una sfera con un diametro di circa 93 miliardi di anni luce, come sostenuto in apertura di paragrafo. Queste dimensioni potrebbero andare a contenere circa 7×1022 stelle, organizzate in circa 2×1012 galassie, pari a duemila miliardi, a loro volta agglomerate in gruppi e ammassi di galassie e superammassi.

Tuttavia, osservazioni più recenti e precise, hanno messo sul piatto nuove stime, secondo cui il numero ipotetico di galassie nell’universo estrapolato dalla struttura del cosiddetto Cosmical Optical Background attualmente noto risulterebbe solo una frazione di quella reale. Con un numero conseguentemente più alto di almeno uno o due ordini di grandezza, senza contare un altro 90% delle galassie nell’universo osservabile non rilevabile con i telescopi di cui disponiamo, purtroppo non ancora abbastanza potenti.

L’età dell’universo

Tutte le precedenti considerazioni, ci permettono di capire che non è unanimemente possibile definire quanto è grande l’universo. Universo che, ora in fase di accelerazione nella sua inarrestabile espansione, pone da solo un limite alla sua porzione osservabile. I “confini" sono segnati dal cosiddetto orizzonte cosmologico, che si definisce come la regione dell’universo oltre il quale ogni oggetto si allontana dall’osservatore a velocità maggiori della luce. Vien da sé che questo orizzonte rappresenta e delimita la distanza massima con cui non si può più avere contatto causale: secondo questo principio astronomico, non esisterà mai la possibilità di osservare o scambiare alcun segnale o informazione generato d’ora in avanti con regioni oltre l’orizzonte, con gli elementi ad “uscire dalla realtà" dell’osservatore stesso.

Infatti, come molti di voi già sapranno, l’orizzonte è un limite fisico imposto dalla velocità finita della luce o di qualsiasi altra radiazione emessa dagli oggetti celesti, per cui questa radiazione impiega un certo lasso di tempo per raggiungere l’osservatore, e che è infinitamente molto più esteso della durata media della vita umana.

Difficoltà reali legate alle dimensioni dell’universo, e che si ripresentano anche nel voler determinare la sua età, per quanto si sia arrivati ad una convenzione piuttosto “accurata", nei limiti del possibile. Con questa terminologia, generalmente si sta ad indicare il tempo passato tra il Big Bang e il giorno d’oggi, quindi precisamente 13,82 miliardi di anni seguendo il modello del Big Bang. Sono comunque varie le misurazioni che consentono almeno di stimare l’età dell’universo. Tra le più diffuse, abbiamo prima di tutto le misure della radiazione cosmica di fondo e dell’espansione dell’universo. Le prime, per spiegarla nel modo più semplice possibile, considerano il tempo di raffreddamento dell’universo a partire dal Big Bang. Gli studi dell’espansione dell’universo, invece, permettono di calcolare una data probabile di inizio dell’espansione stessa.

Capirete da soli che, non conoscendo precisamente cosa è venuto prima del Big Bang, l’effettiva età dell’universo potrebbe essere di molto maggiore rispetto alle stime compiute al giorno d’oggi dalla comunità scientifica. D’altronde, proprio per via dell’ineluttabilità dell’universo, sia in termini temporali che di dimensioni, molto spesso il termine universo viene impropriamente utilizzato nel gergo comune per riferirsi in realtà all’universo osservabile. Questo perché, come abbiamo spiegato in precedenza, i fenomeni fisici inosservabili sono paradigmaticamente indescrivibili per la conoscenza scientifica umana.

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