Ciao, non capisco perché si sostiene che come conseguenza della sua espansione l’Universo osservabile abbia un diametro di circa 93 miliardi di anni luce quando la sua età risulta circa 13 miliardi di anni. Se la legge di Hubble permette di stabilire la distanza alla quale si trova un corpo celeste e quindi anche la massima distanza misurabile, ciò permette di determinare anche il tempo impiegato dalla luce a percorrere tale distanza e quindi l’età dell’Universo. Tenuto conto che dal momento dell’emissione della radiazione luminosa che osserviamo ora l’Universo si è espanso progressivamente, mi sembra evidente che la luce propagandosi abbia attraversato anche il nuovo volume di spazio creatosi nel frattempo (nel corso di questi 13 miliardi di anni). Se ora applico la legge di Hubble per l’oggetto astronomico preso in considerazione, vado a misurare la distanza reale attuale dell’oggetto (comprensiva di quella guadagnata con il processo di espansione). Quindi nell’applicare la legge di Hubble al momento attuale l’espansione dell’Universo non viene già considerata nella distanza ricavata di circa 13 miliardi di anni luce? (Giuseppe D.)
L'Universo osservabile è una sfera ipotetica, con al centro l'osservatore, il cui raggio è uguale alla massima distanza alla quale si trovano gli oggetti che possiamo osservare, ossia la cui luce arriva all’osservatore. In altre parole, la luce degli oggetti celesti al di fuori di questa sfera ipotetica non è ancora giunta fino a noi.
L'Universo è in espansione, perché si espande lo spazio-tempo. Un esempio che si fa generalmente per spiegarlo agli studenti è quello del panettone che lievita; durante la lievitazione il panettone si espande e i canditi e l'uvetta al suo interno si allontanano tra loro a causa di questa espansione. Anche le galassie nell'Universo sono tutte in allontanamento l’una dall'altra e quindi le vediamo tutte allontanarsi da noi con una velocità che dipende dalla loro distanza. Attualmente si pensa che l’Universo abbia avuto una fase iniziale di espansione a velocità maggiore di quella della luce, il cosiddetto periodo dell'inflazione, seguita da un rallentamento e poi da una successiva accelerazione dell'espansione (fase in cui ci troveremmo attualmente). Nelle fasi iniziali l'Universo (e quindi anche durante l'inflazione) era opaco alla radiazione perché l'idrogeno era ionizzato e i fotoni interagivano con gli elettroni liberi con un cammino libero medio piccolo rispetto alle dimensioni dell'Universo stesso. I modelli cosmologici indicano che a un’età di circa 400 000 anni, a causa della scarsa densità di fotoni con energie superiori a quella della ionizzazione dell'idrogeno, H, la ricombinazione dei nuclei di H con gli elettroni ha prevalso e nell'Universo si sono formate grandissime quantità di H neutro. L'Universo in quel momento, quando era già molto espanso, diventa, per la prima volta, trasparente alla radiazione; quindi, se avessimo telescopi abbastanza potenti, potremmo vedere l'Universo com'era dopo circa 400 000 anni dal Big Bang. Dato che si suppone che l'Universo abbia circa 13,8 miliardi di anni, questo vorrebbe dire poter vedere gli oggetti com'erano circa 13,8 miliardi di anni fa (cioè, come si dice, distanti 13,8 miliardi di anni luce - ovvero la luce di quegli oggetti per arrivare a noi ha impiegato circa 13,8 miliardi di anni).
Verrebbe quindi da pensare che il raggio massimo dell'Universo osservabile sia 13,8 miliardi di anni luce, ma in realtà non è così semplice. Infatti, mentre la luce viaggia dall'oggetto che l'ha emessa verso di noi, l'Universo si espande. Generalmente viene fatto l'esempio del tappeto mobile dell'aeroporto. Immaginiamo di camminare su uno di questi tappeti mobili in verso opposto al suo senso di marcia; se camminiamo esattamente alla velocità del tappeto rimaniamo in realtà fermi sul posto, ma se andiamo un po’ più veloci riusciamo comunque a muoverci a velocità costante in verso opposto a quello del moto del tappeto e a raggiungerne l’estremità. Immaginiamo di iniziare a muoverci sul tappeto mobile quando distiamo 13,8 m da un'estremità lasciando però sul tappeto una valigia ferma nella posizione iniziale dei nostri piedi. Ovviamente se il tappeto è fermo, quando avremo raggiunto l'estremità vedremo che la valigia dista da noi 13,8 m. Se però il tappeto si muove, mentre noi camminiamo verso un'estremità e impieghiamo un certo tempo a raggiungerla, la valigia viene trascinata dal tappeto mobile in verso opposto. Quindi, quando noi avremo raggiunto l'estremità del tappeto vedremo che la valigia è distante da noi molto più di 13,8 m: ad esempio disterà 46 m. In questa analogia la valigia è un oggetto celeste, noi siamo la luce che parte a un dato istante dall'oggetto, il tappeto mobile è l'Universo che si espande e l'estremità del tappeto la posizione dell'osservatore (anche se ovviamente, l'analogia non è esatta perché per esempio, come abbiamo detto, l'Universo non si è espanso con velocità costante).
Quindi noi al massimo potremmo vedere oggetti la cui luce ha impiegato 13,8 miliardi di anni per giungere fino a noi e li vedremmo com'erano 13,8 miliardi di anni fa, ma questi nel frattempo, si sono allontanati da noi e adesso distano 46 miliardi di anni luce. Cioè la luce che parte adesso da questi oggetti impiegherà 46 miliardi di anni per arrivare a noi. Per questo si dice che l'Universo osservabile ha un diametro di 92 miliardi di anni luce.
Scilla Degl'Innocenti, fisica