Meeting di Rimini: il metro che non possiamo portare con noi
Daniele D'Elia - inviato a Rimini
La sala è piena e fa caldo. Gente in piedi lungo le pareti, ragazzi seduti per terra nei corridoi, ventilatori che non servono a nulla. Fuori c'è il Meeting con la sua marea di passi e di voci, le magliette dei volontari, l'odore delle piadine. Dentro, un uomo sta parlando dell'Universo. Non di elezioni, non di spread, non delle miserie quotidiane che ci logorano. Dell'Universo, tutto intero.
Si chiama Davide Maino, è professore di Fisica Sperimentale all'Università degli Studi di Milano e ha passato buona parte della vita su un solo argomento: la luce più antica del cosmo, quella che il satellite Planck è andato a fotografare. Davanti a lui, a fargli le domande, c'è un astrofisico che di mestiere costruisce satelliti, Nicolas Estrada. Il titolo dell'incontro è di quelli che non promettono spettacolo: «Cefeidi in M106: Henrietta Leavitt, la calibrazione delle distanze e la scoperta di Hubble». Sembra un seminario per addetti ai lavori. Non lo è.
Rimini: la domanda più semplice è la più vertiginosa
Perché la prima domanda che arriva alla platea sembra da bambini. Come facciamo a sapere quanto è lontana una galassia? Nessuno c'è mai stato. Nessuno ci andrà. Non abbiamo teso una corda, non abbiamo srotolato un metro, non abbiamo contato i passi. Eppure quei numeri li scriviamo con la sicurezza dei geometri: due milioni e mezzo di anni luce, venti milioni, un miliardo. Da dove escono? Chi ci garantisce che siano giusti?
Maino comincia a raccontare, e dopo tre minuti capisco che non è una lezione di astronomia. È il racconto di una delle imprese più temerarie che la nostra specie abbia mai tentato: costruire un metro che non possiamo portare con noi..
Nel 1920 non sapevamo ancora se la Via Lattea fosse tutto l'Universo
Torniamo indietro di cent'anni. Nel cielo si vedevano certe macchie confuse, che chiamavano nebulose a spirale. Belle e indecifrabili. E su cosa fossero non si discuteva soltanto: ci si scontrava.
26 aprile 1920, Washington, Smithsonian. Il Grande Dibattito. Da una parte Harlow Shapley: quelle macchie stanno dentro la Via Lattea, la nostra galassia è tutto, l'Universo finisce lì. Dall'altra Heber Curtis: no, sono altre galassie, universi-isola, mondi interi separati da distanze che la mente non riesce a contenere.
Era una contesa su dove siamo. E guardiamo la data. 1920. L'Europa esce a pezzi dalle trincee, gli imperi crollano, gli uomini si credono padroni della Storia. In quell'anno non sapevamo ancora se la nostra galassia fosse l'Universo intero o un granello in fondo a un sacco.
Henrietta Leavitt trasforma una stella variabile in un metro cosmico
A questo punto Maino nomina una donna, e nella sala si avverte che quasi nessuno sa chi sia. Henrietta Swan Leavitt, Osservatorio di Harvard. La categoria in cui l'avevano collocata si chiamava computer: donne assunte per esaminare lastre fotografiche, contare, catalogare, misurare. Lei per giunta era sorda. Guardava puntini su vetro, giorno dopo giorno, anno dopo anno, nel silenzio. E in quei puntini vide ciò che nessuno aveva visto prima.
Studiava certe stelle che pulsano: si gonfiano e si sgonfiano con un ritmo regolare, come un cuore. Le chiamano cefeidi. Ne osservò a centinaia nelle Nubi di Magellano e nel 1912 pubblicò il risultato: le cefeidi che pulsano più lentamente sono anche le più luminose. Una relazione precisa fra il tempo della pulsazione e la potenza vera della stella.
Sembra poco. È tutto. Un puntino debole poteva essere una candela vicina o un faro remoto, e non c'era modo di distinguerli. Leavitt ci ha insegnato a leggere l'etichetta: si conta il tempo della pulsazione, si ricava quanto quella stella è potente davvero, lo si confronta con la luce che ci arriva e si ottiene la distanza.
Le cefeidi diventano candele standard. Una stella che batte diventa un metro.
Slipher misura le velocità e scopre che le galassie si allontanano
Serviva un secondo tassello. Sapere quanto è lontana una galassia non basta: bisogna sapere cosa sta facendo.
Vesto Slipher, Osservatorio Lowell, Arizona, scompone la luce delle nebulose con lo spettrografo. La luce porta impresse delle righe, le firme degli elementi chimici. Se la sorgente si muove, quelle righe scivolano: verso il rosso se si allontana, verso il blu se si avvicina. È l'ambulanza che cambia tono mentre ci passa accanto, applicata alla luce.
Slipher misura e trova velocità enormi. Centinaia, migliaia di chilometri al secondo. E quasi tutte nella stessa direzione: via da noi. Ha in mano metà della risposta, e non possiede ancora la domanda.
Nel 1923 Hubble trova in Andromeda la prova che l'Universo è molto più grande
Monte Wilson, California. Il telescopio Hooker da cento pollici, il più grande del mondo. Ci lavora Edwin Hubble, uomo di talento e di considerevole vanità, con la pipa in bocca e l'accento inglese che si era costruito addosso. Punta Andromeda.
Nella notte fra il 5 e il 6 ottobre 1923 fotografa una stella e la scambia per una nova. Poi ricontrolla le lastre vecchie. Non è una nova: è una cefeide. Allora prende la lastra e cancella la «N» che aveva appena tracciato. Al suo posto scrive, in rosso, VAR! Variabile, con il punto esclamativo.
Perché ormai basta applicare la legge di Leavitt. Periodo, luminosità vera, confronto, distanza. E la distanza viene fuori enorme, fuori da qualunque confine ragionevole della Via Lattea. Andromeda non è in casa nostra. È un'altra casa.
Il Grande Dibattito finisce lì. Nello spazio di una notte l'Universo diventa immensamente più grande di quanto un essere umano avesse mai osato immaginare. Hubble mette le sue distanze accanto alle velocità di Slipher e trova, nel 1929, una relazione: più una galassia è lontana, più corre veloce ad allontanarsi.
Ma quella relazione non era del tutto inattesa. Due anni prima, nel 1927, un sacerdote belga di nome Georges Lemaître l'aveva già ricavata dalle equazioni della relatività generale, stimandone perfino il valore. Nel 2018 l'Unione Astronomica Internazionale ha riconosciuto il debito, raccomandando ai propri membri di chiamare quella relazione legge di Hubble-Lemaître.
L'Universo si espande. Ma qui Maino rallenta: perché prima di fidarci del metro dobbiamo essere sicuri di averlo calibrato.
Le cefeidi ci danno i rapporti: quella galassia è tre volte più lontana di quell'altra. Ma per trasformare i rapporti in chilometri serve almeno una distanza ottenuta in un altro modo, che dalle cefeidi non dipenda. Altrimenti stiamo tarando il righello con il righello. Servivano galassie in cui poter fare entrambe le misure. La più straordinaria si chiama M106.
M106 permette di misurare una distanza con la geometria, usando un buco nero
NGC 4258, Messier 106. Una spirale nei Cani da Caccia, a quasi venticinque milioni di anni luce da qui. Nel centro c'è un buco nero supermassiccio, decine di milioni di volte il Sole. Intorno gli ruota un disco di gas e dentro quel disco c'è dell'acqua.
Quelle molecole amplificano le onde radio: sono maser, l'equivalente dei laser nelle microonde. Entra in scena il VLBA, una rete di radiotelescopi distribuiti dalle Hawaii alle Isole Vergini che, lavorando insieme, si comportano come un unico strumento largo quanto un continente.
Gli astronomi li hanno osservati per anni. Hanno misurato dove si trovano, quanto corrono verso di noi e di quanto si spostano sul cielo. Quando si conoscono entrambe le cose, il resto lo fa la geometria. Un triangolo, nient'altro che il triangolo delle scuole medie, applicato al bordo di un buco nero.
E qui arriva ciò che rende M106 tanto preziosa: nella stessa galassia ci sono anche le cefeidi. Dai maser si ricava la distanza geometrica, con quella distanza si tarano le cefeidi, e con le cefeidi tarate si esce verso le galassie lontane, poi verso le supernove, poi verso il confine del visibile.
Accanto a M106 lavorano altri due ancoraggi indipendenti — le parallassi che il satellite Gaia misura nella nostra galassia e certe stelle doppie nella Grande Nube di Magellano — perché nessuno vuole appendere l'Universo a un chiodo solo.
Un buco nero che divora materia ci ha consegnato il campione con cui misuriamo il cosmo.
La scala delle distanze dà 73, il fondo cosmico ne prevede 67,5
Con la scala tarata si misura. Cefeidi, supernove, galassie sempre più remote. E se ne ricava la costante di Hubble, il numero che dice quanto rapidamente l'Universo si espande.
Dalla strada che parte dai maser di M106 viene fuori circa 73. Poi c'è l'altra strada, quella che con le stelle non ha nulla a che vedere. Il fondo cosmico a microonde, quello su cui Maino lavora da trent'anni: la luce residua di quando l'Universo aveva quattrocentomila anni.
Se ne misurano le minuscole increspature, si applica il modello cosmologico standard e si prevede quanto dovrebbe espandersi l'Universo oggi. Viene fuori circa 67 e mezzo.
Sei unità di scarto. Sembra poco? È una voragine: entrambe le misure hanno incertezze piccolissime e non si sovrappongono. Si chiama Hubble tension. Ed è una delle crepe più affascinanti nell'edificio della cosmologia.
Esistono altri modi di salire la scala, per esempio quello che usa le giganti rosse al posto delle cefeidi, e danno valori intermedi, fra 69 e 70. I dati del telescopio spaziale James Webb vengono letti in modi diversi. Non è un duello. È una comunità che sta ancora litigando sul proprio strumento.
Abbiamo costruito un metro sempre più fine, dalle lastre di vetro di una donna sorda a Harvard fino ai radiotelescopi allineati su mezzo pianeta. E proprio quando ci sembrava di aver imparato a misurare l'Universo, l'Universo ci ha messo davanti un conto che non torna.
La tensione di Hubble: un errore nelle misure o una nuova fisica?
Qui non ho risposte, e diffidiamo di chi ce le offre.
La prima possibilità: abbiamo sbagliato noi. Da qualche parte, lungo quella catena, si nasconde un errore sistematico che non abbiamo ancora individuato. Le cefeidi sono stelle complicate: la polvere le arrossa, la composizione chimica cambia da galassia a galassia, negli ammassi affollati la luce delle vicine contamina la misura.
La seconda: il metro è giusto ed è il modello a essere incompleto. Il modello cosmologico standard, con la materia oscura e l'energia oscura, mancherebbe di qualcosa. Nel primo Universo, forse. O nel comportamento dell'energia oscura. O in un pezzo di fisica che non abbiamo ancora immaginato.
La Hubble tension non dimostra che la scienza non funzioni. È il frutto di misure divenute così precise da accorgersi di uno scarto che cinquant'anni fa sarebbe sparito dentro l'imprecisione. Chi ne ride — avete visto, gli scienziati non ne sanno nulla — ha capito tutto alla rovescia. Il dubbio, qui, non è il fallimento del metodo. È il metodo.
Più misuriamo l'Universo, più ci accorgiamo di quanto siamo piccoli
Sono uscito che c'era il sole di agosto e la gente mangiava parlando d'altro. E ho pensato una cosa che Maino non ha detto: sia chiaro, non gliela metto in bocca, è mia e me ne assumo la responsabilità.
Più impariamo a misurare l'Universo, meno possiamo considerarlo nostro. Siamo un essere che abita una roccia bagnata, in orbita attorno a una stella mediocre, in una periferia qualsiasi di una galassia qualsiasi, dentro un Universo che si espande da quasi quattordici miliardi di anni senza chiederci il permesso.
E però questo granello ha molato lenti. Ha impilato lastre di vetro. Ha inventato la trigonometria e poi l'ha puntata contro un buco nero. Ha immaginato che l'acqua potesse cantare in microonde a venticinque milioni di anni luce, ed è andato a verificare se fosse vero.
Sei unità su settanta. Nessuno gliele domandava. Nessuna sopravvivenza dipende da quel numero. Ma non torna, e allora non dorme.
Perché un essere così piccolo dovrebbe pretendere che il cosmo sia comprensibile? Da dove viene l'ardire di dare per scontato che l'Universo abbia un ordine, e che quell'ordine sia alla portata della nostra mente?
La fede, in questa storia, non entra come risposta scientifica. Non ha nulla a che fare con la costante di Hubble, e chi la impiega così rende un pessimo servizio alla scienza e uno peggiore alla fede. Lemaître lo sapeva bene. La via dello scienziato e quella del credente non si contraddicono e non si sostituiscono, perché rispondono a domande diverse. La fede entra come domanda di senso, quella che resta accesa quando tutti i conti sono stati fatti bene e continuano a non bastarci.
Il Meeting, quest'anno, ha preso il suo titolo dal verso con cui Dante chiude il Paradiso: l'amor che move il sole e l'altre stelle. Sono uscito da quella sala convinto che il verbo, in quel verso, conti più del sostantivo. Le stelle si muovono davvero. Lo abbiamo misurato.
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