Perché il cielo è buio anche se l’universo è pieno di stelle?

Gli astronomi stimano che nell’universo osservabile ci siano circa 200 miliardi di trilioni di stelle. E molte di queste stelle sono altrettanto luminose o addirittura più luminose del nostro Sole. Allora, perché lo spazio non è pieno di luce abbagliante?
di Brian Jackson/The Conversation
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La risposta va cercata nell’età del nostro universo, nel fatto che è in espansione e considerando che parte della sua luce ha lunghezze d’onda che non possiamo percepire con i nostri occhi. Per questo la sua stessa oscurità offre una visione profonda della natura del cosmoDa così tanto tempo ci si chiede perché lo spazio sia buio nonostante sia pieno di stelle che questa domanda ha un nome speciale: paradosso di Olbers.

Sono un astronomo che studia le stelle e i pianeti – compresi quelli al di fuori del nostro sistema solare – e il loro movimento nello spazio. Lo studio di stelle e pianeti lontani aiuta gli astronomi come me a capire perché lo spazio è così buio. Si potrebbe pensare che sia perché molte delle stelle dell’universo sono molto lontane dalla Terra. Naturalmente, è vero che più una stella è lontana, meno appare luminosa: una stella dieci volte più lontana appare 100 volte più fioca. Ma si scopre che questa non è l’intera risposta.

Immaginate una bolla
Facciamo finta, per un momento, che l’universo sia così vecchio che la luce delle stelle più lontane abbia avuto il tempo di raggiungere la Terra. In questo scenario immaginario, tutte le stelle dell’universo non si muovono affatto.

Immaginate una grande bolla con la Terra al centro. Se la bolla avesse un diametro di circa dieci anni luce, conterrebbe circa una dozzina di stelle. Naturalmente, a diversi anni luce di distanza, molte di queste stelle apparirebbero poco luminose dalla Terra.

Se si continua a ingrandire la bolla fino a 1000 anni luce, poi a un milione di anni luce e infine a un miliardo di anni luce, le stelle più lontane della bolla appariranno ancora più deboli. Ma all’interno della bolla sempre più grande ci sarebbero anche sempre più stelle, che contribuiscono tutte alla luce. Anche se le stelle più lontane sembrano sempre più deboli, ce ne sarebbero molte di più e l’intero cielo notturno dovrebbe apparire molto luminoso.

Sembra che io sia tornato al punto di partenza, ma in realtà sono un po’ più vicino alla risposta.

L’età conta
Nell’illustrazione della bolla immaginaria, vi ho chiesto di immaginare che le stelle non si muovano e che l’universo sia molto vecchio. Ma l’universo ha solo 13 miliardi di anni.

Anche se si tratta di un tempo incredibilmente lungo in termini umani, è breve in termini astronomici. È abbastanza breve da far sì che la luce delle stelle più lontane di circa 13 miliardi di anni luce non abbia ancora raggiunto la Terra. Quindi la bolla intorno alla Terra che contiene tutte le stelle che possiamo vedere si estende solo fino a circa 13 miliardi di anni luce dalla Terra.

Non ci sono abbastanza stelle nella bolla per riempire ogni linea di vista. Naturalmente, se si guarda in alcune direzioni del cielo, si possono vedere delle stelle. Se si guarda in altre parti del cielo, non si vedono stelle. Questo perché, in quei punti bui, le stelle che potrebbero bloccare la linea di vista sono così lontane che la loro luce non ha ancora raggiunto la Terra. Con il passare del tempo, la luce di queste stelle sempre più lontane avrà il tempo di raggiungerci.

Lo spostamento Doppler
Ci si potrebbe chiedere se il cielo notturno finirà per illuminarsi completamente. Ma questo mi riporta all’altra cosa che vi ho detto di immaginare: che tutte le stelle non si muovano. L’universo si sta espandendo e le galassie più lontane si allontanano dalla Terra quasi alla velocità della luce.

Poiché le galassie si allontanano così velocemente, la luce delle loro stelle viene spinta verso colori che l’occhio umano non può vedere. Questo effetto è chiamato spostamento Doppler. Quindi, anche se avesse avuto abbastanza tempo per raggiungerci, non avremmo potuto vedere la luce delle stelle più lontane con i nostri occhi. E il cielo notturno non sarebbe completamente illuminato.

Se si aspetta ancora più a lungo, alla fine le stelle si spegneranno tutte: le stelle come il Sole durano solo circa dieci miliardi di anni. Gli astronomi ipotizzano che in un lontano futuro – tra mille trilioni di anni – l’universo si oscurerà, abitato solo da resti stellari come nane bianche e buchi neri.

Anche se il nostro cielo notturno non è completamente pieno di stelle, viviamo in un periodo molto speciale della vita dell’universo, in cui abbiamo la fortuna di godere di un cielo notturno ricco e complesso, pieno di luce e buio.