Hubble: un occhio spalancato ai confini dell’Universo

1.Nella foto: Arp 273 Fonte: focus.it

Dotato dei suoi cinque sensi, l’uomo esplora l’universo circostante e chiama scienza questa avventura. Edwin Hubble .                             Il 24 aprile il Telescopio Spaziale Hubble  ha compiuto ben 29 anni di onorata carriera nello spazio, dove i suoi occhi si sono spinti ai confini dell’Universo, regalandoci innumerevoli immagini mozzafiato e tanto materiale di studio. Vi mostreremo alcune tra le più belle immagini, anche se risulta davvero difficile scegliere le più indicative. Apriamo con l’immagine di copertina che è una delle più belle immagini mai arrivate grazie ad Hubble;  conosciuta col nome “Pilastri della Creazione“, essa rappresenta colonne di gas interstellare e polveri visibili nella Nebulosa Aquila M16. L’immagine risale al 1º aprile 1995. I Pilastri sono tre strutture molto dense di gas e polveri situate nel bordo sudorientale della nebulosa; sono state create dall’azione del vento stellare delle stelle giganti dell’ammasso aperto centrale. Scolpiti dal vento stellare, sono dunque una sorta di “versione spaziale” delle inconfondibili rocce a forma di dita, che caratterizzano la Monument Valley. Fonte: media.inaf.it. C’è poi la prima immagine che vi mostriamo qui accanto che rappresenta una delle più belle mai immortalate  e cioè una bellissima “rosa astronomica”, chiamata Arp 273, formata da una coppia di galassie lontane da noi 300 milioni di anni luce. La grande vicinanza tra le due ha portato gli astronomi a dedurre che, in tempi remoti, la più piccola sia passata attraverso la galassia maggiore. Proseguendo all’interno dell’articolo troverete altre interessanti immagini riprese da Hubble.  Ma ora  vi porteremo un po’ indietro nel tempo per scoprire come si è arrivati a creare questo prezioso strumento e con quale scopo.  Erano i primi anni ’20 del XX secolo, quando l’astronomo americano Edwin Hubble, fornì le prove delle vere dimensioni dell’Universo. Egli partì dallo studio delle variabili cefeidi, stelle la cui luminosità varia con un periodo regolare, e questo loro modo di comportarsi consente di utilizzarle per la misurazione delle distanze cosmiche. La prima ad accorgersene e ad individuarle fu una donna, Henrietta Swan, che notò 25 stelle nella Nube di Magellano, che diventavano periodicamente più o meno luminose.
Essa riuscì a misurare il periodo di ciascuna stella, chiamata Cefeide, e scoprì che tanto è più luminosa una stella cefeide, tanto è maggiore il suo periodo. Hubble dunque, partendo dallo studio delle variabili cefeidi, e attraverso le sue numerose osservazioni al telescopio Hooker in California, arrivò alla sbalorditiva rivelazione che l’Universo non solo era molto più grande di quello che si era pensato fino a quel momento, ma che fosse in continua espansione.
Di questo, Hubble ne diede prova nel 1924, quando osservò per la prima volta la stella V1, una variabile cefeide nella Galassia di Andromeda, determinandone la distanza con una sufficiente precisione e dimostrando come tali oggetti non fossero nebulose, ma galassie poste al di fuori della nostra Via Lattea, smontando così le tesi di coloro che fino a quel momento l’avevano pensata in modo diverso, e che quindi l’Universo non era fine a se stesso nella nostra galassia, ma che, anzi, la Via Lattea  rappresenta  solo una delle tante galassie disperse nello spazio.
Hubble arrivò a sostenere che ci fosse una relazione tra la luce emessa da una galassia e la sua distanza, e nel 1929 annunciò che quasi tutte le galassie sembrano allontanarsi da noi, e formulò la legge empirica, la cosiddetta Legge di Hubble basata sullo “spostamento verso il rosso” della radiazione emessa da queste galassie; dunque quanto più una galassia è distante da noi, maggiore sarà la sua tendenza verso il rosso.
Quindi le galassie più lontane sono quelle che si allontanano più velocemente da noi. Ma più avanti divenne necessario il bisogno di acquisire informazioni più specifiche e dettagliate, per riuscire a calcolare con maggiore precisione la velocità di espansione del cosmo. Restava però il problema che da terra bisognava fare i conti con osservazioni rese difficili dagli ostacoli che incontrano alcuni tipi di radiazioni elettromagnetiche, nell’attraversare l’atmosfera, ma non solo: bisognava anche ovviare alla scintillazione dei corpi celesti, ovvero quel fenomeno dovuto all’atmosfera terrestre che causa una fluttuazione della luce stellare, distorcendone la nitidezza. In più, maggiore è l’ingrandimento dell’immagine attraverso il telescopio, meno nitido sarà il risultato dell’oggetto osservato all’oculare.
L’unica soluzione restava quella di collocare telescopi nello spazio. E questo fu il sogno e l’obiettivo principale di Leyman Spitzer, un altro importante astronomo di Toledo(Ohio), entrato nella NASA nel ’65, per occuparsi di osservatori spaziali. Dopo vari tentativi, nel ’77 la sua campagna per un telescopio spaziale ha successo col finanziamento del “progetto Hubble“, il primo telescopio spaziale con l’obiettivo di misurare le curve di luce delle cefeidi.  Dopo molti ritardi e diverse circostanze che ne hanno impedito il lancio anni prima, finalmente il 24 aprile del 1990, il Telescopio Hubble, a cui fu dato il nome dell’omonimo astronomo, fu lanciato nello spazio a bordo della navicella Discovery. Era l’inizio di una grande avventura, resa possibile dalla NASA, con il contributo dell‘ESA. Hubble orbita al di fuori dell’atmosfera terrestre, ad un’altezza di circa 600 km, con un’inclinazione di circa 28,5°; è un telescopio riflettore costituito da uno specchio di 2,4 metri di diametro che invia la luce su uno specchio iperbolico convesso di 30 cm di diametro e la distanza tra i vettori dei due specchi è di circa 4.9 metri. E’ fornito anche di altri 5 strumenti che analizzano la luce raccolta. Viene alimentato da due pannelli solari, che forniscono l’energia necessaria anche alle fotocamere e ai giroscopi usati per l’orientamento e la stabilizzazione del telescopio stesso.   

2. Il nucleo della Galassia M100, nell’immagine catturata da Hubble, prima e dopo il problema allo specchio primario. Fonte: wikiwand.it

Hubble è il primo telescopio spaziale ad essere stato progettato per poter essere modificato in orbita da astronauti. Infatti, successivamente al suo lancio, ci furono 5 missioni che aggiornarono e rimpiazzarono vari sistemi sul telescopio; la quinta missione fu completata proprio nel 2009. All’inizio, poco dopo il lancio, fu subito riscontrato un problema non da poco: ovvero un malfunzionamento del sistema ottico, con difetti di focalizzazione e di bassa qualità dell’immagine; questo perché lo specchio primario era stato levigato in maniera errata. Errore poi prontamente localizzato e ristabilito.  Il fatto di orbitare al di fuori della distorsione atmosferica, consente  al telescopio di ottenere immagini ad un’altissima risoluzione, limitando tantissimo il disturbo contestuale rispetto a quello che subiscono i telescopi a terra. Infatti le sue incredibili immagini svelano un Universo inedito, animato da galassie lontanissime, stelle che stanno nascendo, buchi neri.

3. Bolla di gas nella Grande Nube di Magellano.Fonte: WordPress.com

 Nel corso degli anni, Hubble, ha messo in luce una gran varietà di elementi, con i suoi occhi ha dato vita agli oggetti del catalogo messier, rimandando immagini davanti alle quali è difficile rimanere impassibili e non interrogarsi sulla profondità e varietà dell’Universo; esso ci ha portati in luoghi lontanissimi a conoscere le prime galassie che si sono formate un miliardo di anni fa, dopo la nascita dell’Universo, perché dato che la luce si propaga a 300.000 km al secondo, quella che noi vediamo provenire da una stella o galassia, è stata emessa dalla sua sorgente in un momento precedente. Nella foto numero 3 siamo davanti ad un’ immagine, ripresa da Hubble, che ci permette di osservare una gigantesca bolla di gas nella nostra vicina galassia, la Grande Nube di Magellano. Questa sfera di gas è stata oggetto di una serie di osservazioni negli anni dal 2006 al 2010. Essa si è formata con i resti di una supernova la cui esplosione avvenne circa quattro secoli fa. La bolla è quello che ora rimane di una potente esplosione stellare avvenuta nella Grande Nube, una galassia abbastanza piccola, a circa 160.000 anni luce dalla Terra. 

4. Un’ immagine dello spazio profondo. La foto si intitola Hubble Legacy Field Crop e rappresenta oltre 265.000 galassie. Fonte: notiziescientifiche.it

La foto numero 4, invece,  risale al recente 2 Maggio 2019, e rappresenta un capolavoro realizzato dal telescopio spaziale Hubble, una nuova immagine dello spazio profondo. La foto, intitolata Hubble Legacy Field Crop, è il risultato di 16 anni di osservazioni da parte del telescopio  e rappresenta oltre 265.000 galassie che si estendono per quasi 14 miliardi di anni luce. Essa raffigura una porzione di universo delle stesse dimensioni dello spazio che occupa la Luna. Una bella foto di gruppo, in cui si possono notare anche alcuni puntini di luce in lontananza, i quali provengono da galassie risalenti solamente a 500 milioni di anni dopo la formazione dell’Universo.

5. Questa immagine ripresa da Hubble ritrae la NGC 6302, Nebulosa Farfalla. Fonte: it.wikipedia.org

Mentre nella foto numero 5,  vi mostriamo una suggestiva nebulosa planetaria bipolare, la NGC 6302, chiamata Nebulosa Farfalla, situata nella costellazione dello Scorpione a 3800 anni luce dalla Terra. Essa si è formata quando una stella con una massa pari a circa cinque volte quella del nostro Sole, è diventata una gigante rossa, e ha espulso i suoi strati esterni diventando molto più calda. I bordi rossi delle ali di questa “farfalla” rappresentano aree che emettono luce e azoto, con temperature relativamente basse, mentre gli spruzzi bianchi più vicini al centro della nebulosa sono dovuti allo zolfo, e caratterizzano regioni con temperature più alte. La foto numero 6 invece  ritrae una porzione dello spazio situato nella costellazione meridionale della Fornace, una costellazione di modeste dimensioni, priva di astri di luminosità rilevante, a eccezione della sua stella più luminosa, Alfa Fornacis, la quale si trova a soli 46 anni luce di distanza dal nostro sistema solare. La foto ci mostra la bellezza di ben 10mila galassie, un groviglio di tanti “piccoli” gioielli luminosi, ed è frutto di numerosi scatti ad opera del telescopio Hubble, che hanno permesso di poter ricostruire un’immagine dell’Universo di circa 13 miliardi di anni fa, un tempo dunque molto vicino al Big Bang, avvenuto poche centinaia di milioni di anni prima. Questa immagine, chiamata Campo Ultra profondo di Hubble (Hubble Ultra Deep Field, con sigla HUDF), ci permette di dare un vero e proprio sguardo indietro nel tempo.  

6. La foto, chiamata Campo ultra profondo di Hubble, ci mostra la bellezza di ben 10mila galassie. Fonte immagine: scienza.fanpage.it

Insomma, il telescopio spaziale vanta di essere uno strumento di ricerca di estrema importanza, con le sue rilevazioni di immagini tra le più dettagliate nella luce visibile, dando una visuale profonda nello spazio e nel tempo; le sue riprese hanno trovato riscontro in astrofisica, dando contributi importanti nella determinazione del tasso di espansione dell’Universo. Grazie ad Hubble, in un lavoro congiunto di osservazioni con telescopi a terra, si è scoperto che, anziché decelerare sotto l’influenza della gravità, l’Universo stava accelerando. La causa di ciò rimane tuttora sconosciuta, anche se la spiegazione più accreditata rimane quella che prevede l’esistenza dell’energia oscura; ma di questo parleremo più avanti. Come accennato, le immagini ad alta risoluzione del telescopio spaziale, fornirono anche misurazioni più precise riguardo al numero dei buchi neri presenti nei centri galattici vicini, stabilendo l’esistenza di una correlazione tra le masse nucleari dei buchi neri stessi e le proprietà delle galassie di cui sono ospiti. Hubble fu inoltre spettatore nel 1994, della collisione della cometa ShoemakerLevy 9 con Giove. 

Il Telescopio Hubble in orbita. Fonte: eso.org

Insomma, tanti anni di lavoro che non accennano, per il momento, a terminare. Hubble  infatti, ha ancora altri programmi da portare avanti, come il Frontier Fields: un progetto che mira ad affinare le conoscenze sulla formazione delle prime e più deboli galassie, studiando quelle fortemente spostate verso il rosso, in campi vuoti, con l’aiuto della diffusione gravitazionale. Insomma, non c’è fine alla conoscenza, perché anche se Hubble ha fatto e sta facendo un’ottimo lavoro, quello che ci ha mostrato è solo una piccola parte di ciò che ancora non conosciamo. Esso punta a restare in attività almeno fino al 2025, anche se ormai non è più al 100% delle sue prestazioni e prosegue il suo viaggio con qualche pezzo mancante a bordo. Il suo successore dovrebbe essere James Webb Space Telescope, un telescopio ancora più potente, con strumentazioni più all’avanguardia. Da quell’aprile del 1990, Hubble ha compiuto più di 24.000 orbite attorno alla Terra e, nonostante qualche problema nel corso degli anni e qualche acciacco, continua ancora a sorprenderci e ad emozionarci. Quindi tanti                                                                  auguri Hubble!     

Articolo di: Teresa Molinaro
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