L’idea che l’universo possa correre più veloce della luce sembra una contraddizione bella e buona, eppure è proprio quello che accade là fuori, senza infrangere nemmeno una delle regole scritte da Einstein. Le galassie lontane si allontanano da noi a velocità superiori a quella della luce, e nonostante questo riusciamo ancora a vedere la loro luce antica, quella che hanno emesso quando erano molto più vicine. Il trucco sta tutto in come funziona l’espansione dello spazio, che non gioca secondo le stesse regole degli oggetti che si muovono al suo interno.
Misurare le distanze in un universo che si dilata è complicato, e per un motivo semplice: lo spazio non resta fermo mentre la luce lo attraversa. Una galassia emette la sua luce, ma quel bagliore può passare miliardi di anni a viaggiare prima di raggiungerci. Nel frattempo l’universo continua a espandersi, allargando la distanza media tra le galassie. Quindi quando un telescopio cattura la luce di una galassia lontana, non sta guardando dove quella galassia si trova oggi. Sta vedendo com’era quando la luce è partita. Per stimare la sua distanza attuale gli astronomi devono affidarsi a un modello cosmologico che tenga conto di come tutto si è dilatato nel tempo. Il modello più usato oggi si chiama LCDM e include sia la materia oscura sia l’energia oscura.
Il confine dell’universo osservabile
L’universo ha circa 13,77 miliardi di anni, ma le regioni più lontane che riusciamo a osservare si trovano adesso a circa 45 miliardi di anni luce da noi. Lo spazio si è dilatato per tutto il tempo in cui la loro luce ha viaggiato verso di noi. Questo confine viene chiamato orizzonte delle particelle, oppure orizzonte cosmologico, e segna la massima distanza che possiamo vedere oggi.
A prima vista i numeri sembrano non tornare. Come può l’universo osservabile estendersi per 45 miliardi di anni luce se l’universo ha solo 13,77 miliardi di anni? La risposta è che lo spazio può espandersi più velocemente della luce. E qui non si viola nessuna legge della fisica. La velocità della luce limita quanto rapidamente gli oggetti possono muoversi attraverso lo spazio in una regione locale. Nessuno vedrà mai un razzo lì accanto sfrecciare più veloce della luce.
Perché possiamo ancora vedere galassie più veloci della luce
L’espansione cosmica è un’altra cosa. Le galassie lontane non stanno necessariamente sfrecciando nello spazio nel senso comune del termine. È lo spazio tra noi e loro che cresce. La relatività ristretta non impone lo stesso limite alla velocità con cui le grandi distanze possono aumentare attraverso l’universo. Gli astronomi riescono a stimare quanto velocemente una galassia si allontana misurando il suo redshift, lo spostamento verso il rosso. Quando una galassia si allontana, la sua luce viene stirata verso lunghezze d’onda più rosse. Fu Edwin Hubble a usare questo effetto per scoprire che l’universo si sta espandendo.
Il punto in cui le galassie iniziano ad allontanarsi più veloci della luce si chiama distanza di Hubble e si trova a circa 13,77 miliardi di anni luce. Possiamo osservare galassie oltre quel limite perché la luce che ci arriva oggi è stata emessa tanto tempo fa, quando quelle galassie erano molto più vicine. Esiste però un limite ultimo, chiamato orizzonte cosmologico degli eventi, oggi a circa 17 miliardi di anni luce. Qualsiasi luce emessa in questo preciso momento oltre quel confine non ci raggiungerà mai, per quanto a lungo si possa aspettare.
L’energia oscura e l’universo che svanisce
L’espansione accelerata spinta dall’energia oscura rende questa separazione ancora più estrema. L’orizzonte cosmologico degli eventi continuerà a crescere in futuro, ma alla fine si avvicinerà a una distanza massima di circa 60 miliardi di anni luce. E anche allora, chi osserverà non potrà vedere tutto quello che rientra in quella distanza. La luce delle galassie più remote verrà stirata fino a lunghezze d’onda così enormi da sparire di fatto dalla vista.
Tra circa 100 miliardi di anni ogni galassia oltre il nostro Gruppo Locale si dissolverà dalla vista, per sempre. Chi osserverà in futuro vivrà in un universo che apparirà molto più piccolo e vuoto di quello che possiamo vedere noi oggi.