L’oggetto cosmico più lontano che sia mai stato osservato è la galassia A1689-zD1, cui è stato attribuito il redshift record z ~ 7,6, scoperta tramite gli strumenti Nicmos e Infrared Array Camera, a bordo rispettivamente dei telescopi spaziali Hubble e Spitzer della NASA.
L’osservazione di una galassia così distante è stata resa possibile dal fenomeno di lente gravitazionale esercitato dall’ammasso di galassie massiccio Abell 1689 (con redshift z = 0,185, che corrisponde a una distanza di circa 2,3 miliardi di anni luce dalla Terra), interposto lungo la linea di vista tra la sorgente e gli strumenti d’osservazione. L’effetto di lente gravitazionale, previsto teoricamente da Albert Einstein nel 1917 nell’ambito della teoria della Relatività Generale, è fondamentale nel favorire l’osservazione di oggetti a distanze cosmologiche, poiché la deformazione del cammino ottico dei raggi luminosi provenienti da una sorgente, per via della curvatura dello spazio-tempo prodotta da un oggetto massiccio interposto (che funge da lente focalizzatrice), determina un aumento di luminosità della sorgente sullo sfondo che, nel caso di A1689-zD1, corrisponde all’incirca a un ordine di grandezza (circa 10 volte).
Nel riquadro bianco, la galassia più remota finora scoperta (STScI)
Assumendo per valido il “modello di concordanza” (con la costante di Hubble Ho = 72 km/(s*Mpc) e le densità di materia ed energia pari rispettivamente a Omeg_mo = 0,27 e Omeg_DEo = 0,73), la radiazione eletromagnetica che oggi riceviamo nei nostri telescopi risulta essere stata emessa da A1689-zD1 circa 12,8 miliardi di anni fa, mentre la “distanza propria” (“proper distance”) attuale della galassia ammonta a circa 29 miliardi di anni luce!
La stima di distanza appena riportata non mancherà di stupire il profano: “Com’è possibile che un oggetto cosmico si trovi a una distanza di 29 miliardi di anni luce da noi se l’età dell’Universo è appena di 13,7 miliardi di anni?”.
Il capitolo delle grandi distanze in cosmologia è in effetti estremamente complesso e controintuitivo, poiché sussistono diverse definizioni di distanza, basate su criteri fisici differenti, che portano (per uno stesso oggetto) a stime di distanza drasticamente diverse.
Questo stato di cose dipende da due motivi fondamentali:
1) lo stato dinamico dell’Universo che, dal big-bang in poi, è in espansione;
2) la finitezza e costanza nel tempo della velocità della luce;
per via di questi effetti combinati la distanza effettiva attuale (“proper distance”) di un oggetto cosmico a grande redshift è molto maggiore di quella che vigeva nel momento in cui la luce fu originariamente emessa.
E’ possibile osservare oggetti cosmici ancor più distanti e dotati di redshift ancora maggiori?
In base alle predizioni delle teorie cosmologiche oggi più accreditate sì, ma non all’infinito: se gli scenari oggi ipotizzati sono fondamentalmente corretti dovrebbe infatti esistere un limite invalicabile posto a z ~ 10, corrispondente alla fine dell’epoca cosmica nota col nome di “era oscura”, compresa tra la fase di “ricombinazione”, circa 400.000 anni dopo il Big-Bang, e la nascita delle prime stelle e galassie, poco meno di un miliardo di anni dopo il big-bang . Dobbiamo quindi aspettarci che la messa in opera nei prossimi anni di nuovi strumenti d’osservazione sempre più sofisticati e sensibili, tra cui vanno senz’altro citati il James Webb Telescope e il radiotelescopio ALMA, ci consentirà di rivelare le protogalassie e forse le protostelle formatesi nell’Universo primordiale a ridosso della fine dell’era oscura, le quali, come abbiamo detto, dovrebbero collocarsi un po’ più lontano, nel tempo e nello spazio, rispetto ai limiti osservativi attuali.
E’ il caso di sottolineare che le considerazioni svolte sinora si riferiscono unicamente all’Universo osservabile, ovvero alla porzione finita di Universo da cui, ora come in futuro, potranno giungerci segnali fisici sottoforma di onde elettromagnetiche.
L’Universo osservabile è caratterizzato da due tipi diversi di orizzonti: l’orizzonte di particella e l’orizzonte degli eventi cosmologico. Definendoli in riferimento all’epoca attuale, il primo stabilisce la distanza massima degli oggetti cosmici oggi osservabili (pari a circa 45 miliardi di anni luce), mentre il secondo esprime la distanza massima degli oggetti cosmici che in futuro riusciranno a farci pervenire informazioni sul loro stato odierno (pari a circa 15 miliardi di anni luice). Nel modello di concordanza entrambi gli orizzonti sono finiti e questo significa che, indipendentemente dal fatto che l’Universo nella sua totalità sia infinito o finito, gli osservatori terrestri, del presente come del futuro, ne potranno osservare direttamente soltanto una piccola parte.