Leggo che l’universo e’ in espansione. Siccome universo significa “tutto l’insieme di spazio e materia”, sembrerebbe che l’espansione abbia luogo anche all’interno delle galassie. Se e’ cosi’, come si concilia ciò con la gravitazione che certamente mantiene la coesione di ogni galassia ?


L’espansione dell’universo è descritta della legge di Hubble, la cui formulazione
matematica è v=Hd dove d è la distanza di una galassia da noi,
v la sua velocità di allontanamento ed H è una costante
di proporzionalità, che vale, stando alle stime più attuali, tra 50 e
75 Km/(s*Mpc) (chilometri al secondo per megaparsec).

Ciò significa che una galassia distante da noi 1 Mpc (circa 3,26 milioni
di anni luce) si allontana da noi ad una velocità di circa 50-75 Km/s.
La legge di Hubble è una pura constatazione osservativa la cui interpretazione
più semplice è che tutte le galassie si allontanino le une dalle altre
a causa di una “dilatazione” dello spazio. Sovrapposta a questa dilatazione
si svolgono tutti gli altri eventi, tra cui l’attrazione gravitazionale
tra le stelle che, ovviamente, si oppone al moto di espansione e tende
a rallentarlo.

Ti potrai chiedere a questo punto come mai le stelle di una galassia,
“trascinate” dal moto di espansione, non finiscano per disperdersi nello
spazio. Facciamo due conti: presa una galassia di diametro D e due stelle
agli estremi opposti, esse sarebbero allontanate, in presenza del solo
effetto di espansione dell’universo, ad una velocità v=HD, perciò il tempo
che esse impiegherebbero per allontanarsi fino a una distanza doppia (2D)
è pari a t=D/v=1/H che si calcola (convertendo i Mpc in Km ed i secondi
in anni) essere pari a 15-20 miliardi di anni. Esso è un tempo molto più
lungo dei tempi caratteristici con cui le galassie di un ammasso interagiscono
(è infatti pari circa all’età dell’universo attuale), perciò, pur non
essendo io un esperto di dinamiche stellari e degli ammassi di galassie,
mi sento di poter dire che l’effetto di espansione dell’universo è sovrastato,
su scala galattica, dall’interazione gravitazionale tra le stelle delle
galassie stesse, che tende a “rimescolarle”.

D’altro canto, è bene ricordare che quello dell’espansione dell’universo
è un effetto “medio”, ma che in presenza di forti campi gravitazionali
(come appunto all’interno di una galassia o di un ammasso di galassie),
esso tende ad essere annullato dalla gravità stessa, che genera una curvatura
dello spazio. E’ proprio a causa di questo fatto che la misura sperimentale
della costante H è estremamente difficile: nelle galassie vicine
gli effetti gravitazionali sono dominanti, perciò esse tendono ad orbitare
le une intorno alle altre a velocità molto più grandi di quanto non siano
trascinate dall’espansione dell’universo e gli errori di misura sono dominanti;
viceversa, per le galassie molto distanti, per le quali la componente
di allontanamento è sovrastante alle velocità orbitali e dunque v è soggetta
a piccoli errori relativi, il segnale è talmente debole che risulta arduo
ogni tentativo di misura della distanza, indispensabile per stimare H.