Schema dell'espansione dell'Universo (http://www.news.cornell.edu/stories/March06/CMB_Timeline300.jpg).

I telescopi sono strumenti in grado di catturare la luce proveniente dallo spazio. Più è grande il telescopio maggiore sarà la sua capacità di catturare luce proveniente da lontano. Abbiamo studiato che, data la velocità limitata della luce, osservando una stella distante 100 anni luce, tale stella ci appare come era 100 anni fa. Abbiamo quindi capito che più guardiamo lontano nello spazio e più scrutiamo indietro nel tempo. Nel 1924 Edwin Hubble usando il telescopio Hooker da 2,5 metri di Mount Wilson, in California, scoprì che l'Universo era formato da molte galassie e non una sola, come si pensava, dimostrando anche che queste si allontanano le une dalle altre (legge di Hubble) con velocità maggiore nel caso delle galassie più lontane. La legge di Hubble e la relatività generale di Einstein gettarono le basi per il concetto di un Universo in espansione. Durante questa espansione anche la luce viene deformata e questo effetto si chiama "red shift", cioè spostamento verso il rosso (che studierete alle scuole superiori...se siete curiosi ne parleremo in classe). I cosmologi quindi possono guardare nel passato catturando luce proveniente da lontano e la misura dello spostamento verso il rosso della luce catturata indica di quanto sia cresciuto l'Universo. In questo modo i cosmologi hanno formulato la teoria del Big Bang risalendo indietro nel tempo ed ipotizzando per l'inizio uno stato di enorme compressione della materia.
Telescopi come Hubble, in orbita intorno alla Terra dal 1990, (Sito del telescopio Hubble) ci riportano a qualche miliardo di anni dopo il Big Bang, quando si stavano formando galassie come la nostra Via Lattea.

Il telescopio Hubble in orbita intorno alla Terra e alcune meravigliose immagini di nebulose planetarie, stelle in fin di vita, misteriosi oggetti rotanti e ammassi di stelle catturate da Hubble (http://www.nasaimages.org/index.html).

I futuri telescopi, come il gigantesco impianto di 64 parabole radio in costruzione nel deserto di Atacama, nel Cile settentrionale, ci permetteranno di scrutare la nascita delle prime stelle e galassie. E' chiaro però che al momento non possiamo tornare indietro fino ad arrivare all'istante della grande esplosione risalente a 13,7 miliardi di anni fa. Per capire allora quello che successe ecco che gli studiosi di cosmologia si affidano alla fisica delle particelle; questa branca delle fisica studia il comportamento delle particelle elementari che costituiscono tutta la materia che conosciamo e di cui siamo fatti. E cosa ci dicono i fisici delle particelle? Le più moderne teorie ci dicono che le stelle e le galassie cominciarono a formarsi dopo 300-400 milioni di anni dal Big Bang. Prima, tutta la materia era condensata in un "brodo caldissimo" contenete 5 parti di materia oscura e una parte di nuclei di idrogeno ed elio. Dopo circa 300-400 milioni di anni dall'inizio, le regioni più dense iniziarono a subire dei collassi gravitazionali, cioè l'addensarsi di materia con l'abbassarsi della temperatura portò ad ammassi di materia, pari a milioni di volte la massa del Sole, tenuti insieme dalla forza di gravità. La materia oscura non emetteva né assorbiva luce e rimase sotto forma di nebulosa, mentre nuclei di idrogeno ed elio iniziarono ad emettere ed assorbire luce ed energia collassando al centro delle nebulose e formando le prime stelle gigantesche, a vita breve, ma tali da formare con le loro esplosioni tutti gli elementi più pesanti.

Deserto di Atacama, Cile settentrionale: sito prescelto per ospitare ALMA (Atacama Large Millimeter Array) e schema dell'impianto delle parabole radio. (http://alma.sc.eso.org/images/chaj-02-normal.gif; http://www.nrao.edu/pr/2003/almaground/ALMAarraylo.jpg).

Una conferma alla teoria sopra esposta è derivata dalla scoperta nel 1964 da parte di Arno Penzias e Robert Wilson della radiazione cosmica di fondo a microonde ("cosmic microwave background radiation", CBM), la cosiddetta eco del Big Bang. Si tratta di una radiazione, proveniente da 380.000 anni dopo il Big Bang, che ci ha permesso di chiarire che questo fu il periodo di formazione degli atomi così come oggi li conosciamo e delle prime stelle.
Gli esperimenti nei grandi acceleratori di particelle, come il "Large Hadron Collider" (LHC) del CERN di Ginevra, hanno permesso ai fisici di confermare teorie sul primordiale brodo di particelle elementari e di formulare nuove ipotesi sulle proprietà della materia nei primissimi istanti dopo il Big Bang. Lo studio della fisica dell'Universo ha, inoltre, portato all'introduzione del concetto di materia oscura (circa il 24 % di ciò che costituisce il nostro Universo), la cui natura è ancora poco chiara, ma la cui esistenza è provata. Sarebbe proprio l'enorme quantità di materia oscura presente nell'Universo ad esercitare la forza di gravità che tiene unite tutte le galassie. Cosmologi, astrofisici e fisici delle particelle hanno recentemente scoperto l'esistenza della cosiddetta "energia oscura" (circa il 71,5 % di ciò che costituisce l'Universo), responsabile dell'accelerazione dell'espansione dell'Universo. E pensare che solo il 4 % dell'Universo è costituito da gas e lo 0,5 % da stelle e pianeti...allora vi rendete conto di quanto infinitamente piccoli siamo? E soprattutto vi rendete conto di quanto ancora dobbiamo capire sull'Universo?...spero che qualcuno di voi venga attratto da questo argomento tanto da diventare un cosmologo!

Manuela Casasoli (manuela_casasoli@yahoo.it)