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Grazie all'esperienza nelle
osservazioni, all'ambizione personale e alla possibilità di servirsi dei
migliori telescopi dell'epoca, Edwin Hubble poté compiere una serie di scoperte
cosmologiche di rivoluzionaria importanza.
Nel corso degli anni 20
e 30 Edwin Powell Hubble cambiò la concezione scientifica dell'universo in
maniera più radicale di quanto fosse mai stato fatto dopo la rivoluzione
copernicana.. Proprio come allora la terra era stata <<rimossa>> dal centro del
sistema solare, così Hubble dimostrò che la via lattea, ben lungi dall'essere
unica, non è in realtà che una fra gli innumerevoli milioni di galassie. L'opera di Hubble
contribuì anche a rimpiazzare l'idea
di un cosmo statico con un sorprendente quadro di un intero universo in
espansione, portando ai limiti estremi la celebre affermazione di Galileo
<<Eppur si muove>>. Sebbene molti ricercatori avessero contribuito a queste
rivoluzionarie scoperte, un energica determinazione, un acuto intelletto e una
straordinaria facilità di comunicazione permisero a Hubble di legare
indissolubilmente ilproprio nome al problema di come fosse costituito
l’universo. |
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La vita di Hubble
appare in tutto e per tutto come una
storia tipica americana di successo. La sua famiglia si stabilì nel
Missouri nel 1833, il nonno e il padre di Edwin, assicuratori operosi e
abbastanza agiati, integri onesti e lavoratori, descritti così insieme a altri
<<abbellimenti>> che tralascio, da Grace Hubble moglie di Edwin.
Hubble nacque a Marshfield, Missouri,
il 20 novembre 1889, terzo di sette figli sopravvissuti. Nel 1898 la famiglia si
trasferì a Evanston nell’Illinois e, due anni dopo, a Wheaton, dove Edwin rivelò
una vera attitudine per lo studio e per l’atletica. All’età di 16 anni si
iscrisse all’Università di Chicago, dove continuò a manifestare talento in
entrambi i campi, con ottimi risultati in matematica, chimica, fisica astronomia
e lingue.Dopo il conseguimento del diploma
Hubble, si iscrisse al Queen’s College dell’Università di Oxford nell’ottobre
1910, vi studiò giurisprudenza (il padre voleva diventasse avvocato). Dopo
tre anni Edwin tornò a vivere con la famiglia che nel frattempo si era
trasferita nel Kentucky, e, affermando di essere abilitato a svolgere
professione legale, lavorò come avvocato a Louisville. Sembra inoltre, che
durante questo periodo egli sia stato insegnante e allenatore di pallacanestro
in una scuola secondaria di New Albany nell’Indiana. Poco interessato alla
professione legale e insoddisfatto dell’insegnamento, decise di dedicarsi alla
sua vera passione, l’astronomia. Nella primavera del 1914 Hubble
scrisse al suo professore di astronomia (Forest Ray Moulton) a
Chicago, per informarsi sulle possibilita di specializzarsi in questo campo, e
Moulton lo raccomandò con entusiasmo a Edwin B. Frost, direttore del Yekers
Observatory di Williams Bay nel Winsconsin. Frost accettò Hubble procurandogli
una borsa di studio. Nel 1914 era prevista una riunione
dell’American Astronomical Society alla Northwestern Uniiversity, nella vicina
Evanston, e Frost gli suggerì di parteciparvi. Hubble ebbe così
l’occasione di essere presente al’incontro in cui Vesto M. Slipher
ebbe una controversia sui risultati dei suoi recenti studi sulle nebulose.
<<Nebulosa>> era un termine generico che gli astronomi impiegavano da secoli per
indicare oggetti dai contorni indistinti che, al contrario delle comete,
non cambiavano posizione o aspetto. La natura di questi oggetti non era affatto
facile da spiegare.
Nel 1755 Immanuel Kant
aveva supposto che alcune nebulose
potessero essere <<universi isola>>, sistemi indipendenti di stelle simili alla
nostra Via Lattea; questa ipotesi stimolò l’immaginazione di molti scienziati ma
si rivelò assai difficile da dimostrare.All’inizio del XX secolo molti
astronomi si erano ormai convinti che le nebulose a spirale fossero in realtà
galassie lontane composte da una moltitudine di stelle; gli scettici
continuavano invece a sostenere che questi oggetti fossero strutture vicine,
forse stelle giovanissime o in via di formazione. Alla riunione della
Astronomical Society nel 1914 Slipher presentò le prime fotografie adeguatamente
esposte e ben calibrate degli spettri di nebulose a spirale. Nelle foto degli
spettri stellari, nei quali la luce appare suddivisa nelle lunghezze d’onda
costituenti, si vedono righe scure, dette di assorbimento, dovute alla cattura
di radiazione da parte di atomi dell’atmosfera delle stelle. Slipher dimostrò
che gli spettri delle nebulose a spirale mostrano lo stesso tipo di righe di
assorbimento che caratterizza gli spettri stellari. Inoltre trovò che le righe di
assorbimento di queste nebulose sono spostate a lunghezze d’onda diverse da
quelle che si osservano in laboratorio per gli atomi corrispondenti. Questa
variazione di lunghezza d’onda, detta spostamento Doppler, è causata dal moto
rispetto alla Terra dell’oggetto che emette la luce. Gli spostamenti Doppler
indicavano che le nebulose a spirale osservate da Slipher, hanno una velocità
molto più alta di quella caratteristica delle stelle della Via Lattea, il che
rafforzava l’ipotesi che le nebulose a spirale non facciano parte della Via
Lattea. Quando Hubble arrivò allo Yerkes
Observatory trovò una istituzione in piena decadenza, impegnata solo in
ricerche di routine. Edwin non si scoraggiò
e diede inizio a una ricerca con
fotografie con il fino a quel momento inutilizzato telescopio riflettore da 24
pollici. Da quel lavoro nacque la sua tesi di dottorato: Photografic
Investigation of Faint Nebulae , che contiene molte delle anticipazioni
delle sue successive ricerche sulle galassie e sulla cosmologia.
Hubble descrisse e classificò le
molte nebulose piccole e deboli che non assomigliano a nubi diffuse di gas e
notò che la maggior parte di esse è ellittica e non a spirale. Sottolineò
il fatto che le nebulose deboli si distribuiscono soprattutto nelle zone di
cielo lontane dalla Via Lattea e che molte di esse appaiono raggruppate insieme.
Hubble non lasciava dubbi sulla
propria opinione:
<< suppniamo che siano oggetti
extrasiderei, e forse potremmo vedervi ammassi di galassie; supponiamo che si
trovino nel nostro sistema, e la loro natura diventa un mistero>>.
Nell’ottobre
del 1916 ebbe un invito di lavoro da Gorge Ellery Hale direttore del Mount
Wilson Observatory di Pasadena CA. , aveva bisogno di personale scientifico per
lavorare col telescopio da 100 pollici di cui stava ultimando la costruzione, a
condizione che terminasse il dottorato. Ma tutto si sciolse purtroppo con
l’avvento della prima guerra mondiale, e così Hubble era anche un “patriota
credente” decise di arruolarsi. Ebbe un certo successo anche sotto le armi,
diventò comandante di battaglione e poi Maggiore, ma non poté mai mettere mano a
una battaglia vera, di questo se ne dispiacque con una lettera a Frost in cui
sottolineava la delusione di essereancora un Maggiore dell’esercito e di non
aver partecipato a una azione bellica.
Nel 1919 congedato, rientrò al Mount
Wilson Observatory dove erano attivi due telescopi, 60 e il nuovo 100 pollici
(all’epoca, il più grande del mondo) Milton Humason che in seguito
collaborò con Hubble in studi sull’universo profondo, conservò un vivido ricordo
della prima sessione osservativi a Mount Wilson:<<Quella notte le condizioni di
osservazione erano pessime rispetto alla norma a Mount Wilson, ma Hubble tornò
entusiasta dopo aver sviluppato la sua lastra. “Se queste sono condizioni di
cattiva visibilità – disse- riuscirò sempre a ottenere fotografie utilizzabili
con gli strumenti di Mount Wilson”. La fiducia e l’entusiasmo che dimostrò
quella notte erano tipiche del suo modo di affrontare tutti i problemi.
Era sicuro di sé, di ciò che voleva fare e di come farlo>>. Hubble tornò immediatamente a lavorare
sul problema della natura delle <<nebulose non galattiche>>, quelle che
<<tendono a evitare il piano della galassia e a concentrarsi ad alte latitudini
galattiche>>. All'epoca egli non aveva ancora accettato completamente l'idea che
questi oggetti fossero galassie diverse dalla nostra. Il suo studio dettagliato
delle nebulose e non galattiche ebbe inizio dall'oggetto irregolare NGC 6822 (la
sigla indica il New General Catalogue di nebulose compilato da J.J.E. Dreyer).
Nel 1923, impiegando il telescopio da 100 pollici, Hubble aveva già scoperto
diverse piccole nebulose e 12 stelle variabili all'interno di NGC 6822. Nel suo
lavoro venne felicemente interrotto nel 1924, quando egli sposò Grace Burke
Leib, una vedova il cui primo marito era morto nel 1921. Grace aveva incontrato
Edwin nel 1920,
durante una gita a Mount Wilson,
e lo idolatrò per il resto della sua
vita. Anni dopo rievocò la sua elettrizzante prima impressione di Edwin con
queste parole: <<un figlio dell'olimpo, a alto, bello e forte, con le spalle di
Hermes di Parassitele e un'aria di benevola serenità. Dopo la luna di miele
Hubble tornò a Pasadena, dove concentrò la propria attenzione su M 31, la famosa
galassia di Andromeda e, grazie alla sua notevole esperienza osservativa e alle
ineguagliate capacità del telescopio gigante da 100 pollici, riuscì a
risolvere chiaramente sei stelle variabili all'interno della nebulosa. Hubble
questa osservazione confermava inequivocabilmente che M 31 è un sistema
lontano composto di stelle e, per implicazione, e altre nebulose a spirale più
deboli sono galassie ancora più distanti. Sebbene la stella più brillante
scoperta da Hubble fosse solo di diciottesima grandezza al massimo di luminosità
- e quindi 60.000 volte meno brillante delle stelle più deboli visibili a occhio
nudo -egli riuscì a effettuare 83 misurazioni della sua luminosità,1'impresa
notevole per l'epoca. Da questi dati, stabilì che la luminosità della stella
variava nella maniera caratteristica di una classe particolare di stelle, le
variabili cefeidi. Questi oggetti sono estremamente interessanti perché il
periodo di variabilità di una cefeide è direttamente correlato alla sua
luminosità assoluta. Confrontando quest'ultimo valore con la luminosità
apparente della stella, Hubble riuscì a calcolarne la distanza, e quindi anche
quella della galassia che la circonda. Con l'inesauribile energia, Hubble
continuò a fare scoperte in rapida successione. Alla fine del 1924 aveva
identificato e diverse altre variabili cefeidi in M 31 e in M33,1 galassia a
spirale della costellazione del Triangolo. Inviò una comunicazione che
descriverà questi i risultati a un convegno della American Astronomical
Association for the Avancement of Science tenuto a Washington, dove l'eminente
astrofisico Henry Norris Russel e lesse il 1 gennaio 1925. Hubble aveva
calcolato che sia M31 che M33 distano circa 900.000 a.l., e si trovano quindi
ben al di là dei limiti conosciuti della via lattea. Come disse Joel Stebbins,
segretario della società astronomica, Hubble era finalmente riuscito a <<dare
conferma alla cosiddetta teoria degli universi-isola>>. A dispetto dei rapidi progressi delle
sue ricerche, Hubble pubblicò i risultati con molta calma, cercando di ottenere
tutte le conferme possibili prima di affidarli alla stampa.
Il primo articolo contenente i risultati degli studi di
Hubble sulle stelle variabili nelle nebulose a spirale apparve nel corso del
1925. Basandosi sull'osservazione di variabili cefeidi in NGC 6822, affermò in
questa nebulosa era <<il primo oggetto assegnabile senza un dubbio a una regione
esterna al sistema galattico>>. Il fondamentale articolo A Spiral Nebula as a
Stella System, che dimostrava come M 33 sia anche essa una galassia situata
molto lontano dalla nostra, fu pubblicato nel 1926, e solo nel 1929 Hubble
riassunse questa fase delle sue ricerche in una lunga memoria che descriveva in
dettaglio i suoi studi sulla distanza e la composizione stellare di M 31. Oltre
a determinare la distanza delle <<nebulose extragalattiche>>, Hubble cercò di
classificarle e di comprendere la varietà delle loro strutture. A partire dal
1923, si dedicò a ordinare le nebulose secondo quello che riteneva essere uno
schema evolutivo: a suo parere, via via che una nebulosa invecchia forma bracci
che si ingrandiscono e si aprono. Per spiegare l'esistenza delle spirali
barrate, nelle quali i bracci di spirale si dipartono dalle estremità di una
formazione a barra, Hubble propose che le galassie ellittiche possano evolvere
in una spirale normale o nella forma barrata. Lo schema risultante di
classificazione, a duerami, è tuttora ampiamente usato, anche se ne sono state
abbandonate le implicazioni evolutive. Il contributo di gran lunga più
importante dato da Hubble alla scienza moderna è la sua dimostrazione del fatto
che l'universo si sta espandendo. Qualche indizio del fenomeno era venuto in
luce già prima che Hubble si interessasse al problema. Fra il 1910 e il 1900 e
1920 Slipher aveva notato che la maggior parte delle nebulose da lui osservate
sembrava allontanarsi dal Sole. Prima del 1924 un terzetto di astronomi - il
tedesco Carl W. Wirtz , lo svedese Knut E. Lundmark e lo statunitense Ludwik W.
Silberstein - aveva osservato che nebulose a spirale particolarmente piccole, e
presumibilmente remote, sia lontano dalla Via Lattea più velocemente di quelle
vicine. I loro dati, tuttavia, erano marginali, e lo stile polemico e le
affermazioni incontrollate di Silberstein ostacolarono addirittura
accettazione del concetto di universo in espansione. Ovviamente, per compiere
ulteriori progressi era necessario un telescopio più grande; il riflettore da
100 pollici di Mount Wilson era ideale. Hubble era impegnato a misurare la
luminosità delle stelle nelle galassie a spirale, e quindi chiese al collega
Humason di determinare le velocità radiali delle galassie, vale a dire il loro
moto di avvicinamento o allontanamento rispetto all'osservatore. Humason calcolò
questi moti misurando lo spostamento delle righe di assorbimento e di emissione
negli spettri delle galassie. Quando un oggetto si allontana, la sua luce è
spostata verso l'estremità rossa dello spettro, un fenomeno che prende il nome di
redshift. per cercare le prove dell'espansione dell'universo, Hubble doveva
conoscere non solo le velocità alle quali si muovono le galassie, ma anche la
loro distanza. La sua familiarità con la misurazione e distanze cosmiche lo
aiutò moltissimo in questa impresa. Per ognuna delle poche galassie di cui aveva
determinato la distanza osservando le cefeidi, Hubble ricavò la grandezza
assoluta media delle stelle più brillanti e della galassia nel suo complesso. A
partire da questi risultati estrapolò poi le distanze di galassie ben più
lontane di M 31 e M 33. Il primo articolo di Hubble su una relazione
distanza-velocità, pubblicato nel 1929, fece sensazione nella comunità degli
astronomi. I risultati da lui esposti contribuirono alla nascita di cui la
teoria del big bang che sta alla base della cosmologia moderna della sua memoria
Hubble sottolineò che, al contrario di alcuni ricercatori precedenti, si era
servito solo di <<quelle distanze e emulare [galattiche] che sono ritenute
attendibili>>; la trattrazione combinava le sue stime delle distanze con
misurazioni di precisione delle velocità radiali ottenute da Slipher, Humas eon
e altri. Da questi dati, Hubble ricavò una relazione lineare fra velocità e
distanz, espressa come: v = Hd in notazione moderna. L'affermazione
secondo cui la velocità di recessione di galassie lontane è proporzionale alla
loro distanza è oggi conosciuta come legge di Hubble e la costante H è
chiamata costante di Hubble. La legge di Hubble implica che l'universo si stia
espandendo: se si guarda sempre più lontano da un punto qualsiasi del universo,
le velocità di recessione sembrano aumentare. Fra il 1931 e 1936 Hubble e
Humason estesero la legge degli spostamenti verso il rosso per distanze sempre
più grandi. Hubble aveva intuito immediatamente che le sue scoperte confermavano
la teoria di un universo in espansione, ma non accettò mai del tutto il fatto
che i redshift fossero provocati solo dal moto radiale delle galassie; anzi,
insistette sempre nel richiamare le velocità calcolate a partire dai redshift
<<velocità apparenti>>.
Hubble stimò che h - oggi interpretata come la velocità di espansione dell'universo - fosse uguale a circa 500 km per
secondo per Megaparsec (un megaparsec è pari a circa 3 milioni di anni luce).
Oggi sappiamo che questo valore era di gran lunga eccessivo: gli astronomi
calcolano che H sia compresa tra 50 e 100 km per secondo per megaparsec.
Gli errori di Hubble erano dovuti soprattutto al fatto che egli sottovalutò
gravemente la grandezza assoluta delle stelle più brillanti nelle galassie
osservate. Tuttavia, il suo fu uno splendido primo tentativo. Dopo lo studio
della legge degli spostamenti verso il rosso, Hubble concentrò i propri sforzi
sulla cosmologia osservativa; in particolare, cercò di misurare come la densità
apparente di galassie estremamente lontane cambi con la distanza, al fine di
determinare la geometria complessiva dell'universo. In questo lavoro collaborò i
fisici Richard C. Tolman e Howard P. Robertson del California Institute of
Technology, che erano fra i principali specialisti a occuparsi di modelli
teorici della curvatura dello spazio; e i risultati non furono però esaltanti,
soprattutto a causa della difficoltà di misurare con precisione la luminosità di
galassie deboli e lontane. Anche se i suoi lavori più tardi non eguagliarono mai
gli studi fondamentali compiuti negli anni 20 e all'inizio degli anni 30, Hubble
continuò a influenzare fortemente la direzione della ricerca astronomica e a
farla meglio conoscere all'opinione pubblica. I suoi libri The Realm of the
Nebulae
e The Observational Approach to Cosmology ispirarono una generazione di
astronomi e fisici. Chiunque leggesse i libri di Hubble o ascoltasse le sue
conferenze non poteva ignorarlo: la sua forte personalità ricordava non tanto
quella di altri astronomi, quanto quella delle stelle del cinema e e gli
scrittori che egli frequentò nei suoi ultimi anni. Spesso Hubble ostentava
abiti, espressioni e modi di fare inglesi, un vezzo che i colleghi a conoscenza
delle sue origini trovavano poco convincente, ma che contribuiva a un'immagine
pubblica incisiva. Nel tentativo di ampliare i confini della cosmologia
osservativa, Hubble contribuì a organizzare la costruzione del telescopio Hale
da 200 pollici a Monte Palomar, in California. Lo scoppio della seconda guerra
mondiale ritardò il progetto; poco dopo l'attacco giapponese a Pearl
Harbor, Hubble entrò a far parte del Ballistics Research Laboratory della US
Army ad Aberdeen, nel Maryland, dove applicò le proprie conoscenze astronomiche
a dirigere i calcoli delle traiettorie dei proiettili di artiglieria.
Il telescopio da 200 pollici entrò finalmente in funzione nel
1948, e Hubble continuò a lavorare a Mount Palomar fino alla morte per infarto
avvenuta il 28 settembre 1953, all'età di 63 anni. Dopo la sua morte, Humason e poi
Rudolph L. Minkowsky utilizzarono il telescopio da 200 pollici per individuare
galassie ancora più remote, il rapido allontanamento. Walter Baade ricalibrò la
relazione periodo-luminosità delle variabili cefeidi e scoprii che tutte le
distanze galattiche calcolate da Hubble, per quanto grandi potessero apparire,
andavano moltiplicate per un fattore due. Allan Sandage, già studente di Hubble,
e innumerevoli altri ricercatori hanno continuato a perfezionare il calcolo
della costante di Hubble. Il loro magnifico lavoro è un eloquente tributo al
pensiero innovativo e all'inesauribile energia che permisero a Hubble di
ridefinire il corso del moderna.
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