Cosmologia e astrofisica, la nuova scienza

Prof. Marco Castellani
Gennaio 2021

Sono tempi molto particolari, per la scienza. In particolare per le discipline riguardanti il cielo, la cosmologia e l’astrofisica. Come già delineavo nella Rivista n. 31, viviamo davvero un’epoca particolare. Ed è ormai urgente che anche le persone poco addentro ai tecnicismi della scienza (a volte eccessivi) abbiano l’occasione per prendere piena consapevolezza di questo. Perché la portata di questa rivoluzione in corso è essenzialmente culturale, esistenziale: esonda ampiamente dall’ambito degli addetti ai lavori, per farsi necessario patrimonio di tutti.

L'immagine della regione intorno al buon nero supermassiccio al centro della galassia Messier 87, proposta nel 2019 grazie a due anni di rilevamenti dei radiotelescopi dell'Event Horizon Telescope. Si può osservare per la prima volta l'«ombra» del buco nero: la materia in caduta libera verso l'interno, riscaldandosi, emette luce percepibile  grazie ai radiotelescopi, rendendo così osservabile la zona "in ombra" all'interno del buco nero stesso. (Crediti: EHT Collaboration)

Cosmologia ed astrofisica sono essenzialmente nuove, infatti, perché del tutto nuovo è quello che stanno comunicando in questo tempo, a tutti gli uomini. Vorrei qui spendere qualche parola di premessa, che ci possa aiutare a vivere questo tempo, che è anche ed innanzitutto un tempo di scoperte, nel modo più consapevole. Procederò con quell'atteggiamento di consapevole fiducia nella scienza, tanto caro a Teilhard de Chardin, che ricordava come ”le analisi della Scienza e della Storia sono molto spesso esatte; ma non tolgono assolutamente niente all'onnipotenza divina, né alla spiritualità dell'anima, né al carattere soprannaturale del Cristianesimo, né alla superiorità dell'Uomo sugli animali“

Formarsi un quadro realistico sulla scienza del cielo oggi, non può dunque prescindere dalla preliminare presa di coscienza del momento unico che abbiamo il privilegio di vivere. Bisogna infatti pensare questo tempo in modo adeguato: ovvero, come il primo dei tempi dell’uomo, nel quale domande sempre ritenute fondamentali hanno ottenuto una compiuta risposta scientifica. Dal punto di vista storico, è difficile sottrarsi all’evidenza di una sorta di unicum temporale: in appena una generazione, è cambiato tutto. Siamo davvero presi in una poderosa accelerazione conoscitiva. In pochissimi anni, convinzioni millenarie sono state rimosse. Domande che per millenni avevano gravitato nel campo esclusivo della metafisica, sono potentemente e pienamente rientrate nel cerchio delle questioni scientifiche, indagabili, falsificabili nel senso popperiano.

Da ragazzo - come tutti i ragazzi - mi facevo mille domande, sul cosmo. Nella mia mente, quesiti come quanto è grande l’universo oppure quando è nato apparivano irriducibili ad ogni approccio empirico, interrogativi blindati ad ogni interrogazione razionale. Così in effetti è stato per infinite generazioni, ma così - per una sorta di pigrizia della mente - è ancora per tutti noi, nella misura in cui il pensiero automatico ci domina, nel grado in cui ci lasciamo pensare e non ragioniamo attivamente, cercando di incarnare il messaggio che la nuova scienza ci comunica.

Nel cambio di millennio, tutto è cambiato. Possedere un modello scientifico del cosmo, equivale ad aver incorporato nella scienza qualcosa che ha sempre abitato nel territorio del mito. Di fatto, possiamo ora parlare di quanto è antico il nostro universo, ragionare di quanto è estesa la sua parte osservabile. Per quanto il momento iniziale, il famoso Big Bang (nel modello cosmologico comunemente accettato) rimanga avvolto nel mistero, siamo comunque in grado di spingerci a predire il comportamento della materia e dell’energia molto indietro nel tempo, a distanze temporali lontanissime dalla nostra, piuttosto vicine al punto di inizio. Possediamo dei modelli dettagliati dell'universo bambino, che spiegano efficacemente la gran parte delle caratteristiche osservabili dell’universo presente.

Insomma, abbiamo un quadro teorico affidabile che spiega non solo come sono nate le stelle e le galassie, ma che rende ragione dei dati provenienti dai più lontani quasar, che intreccia con estrema precisione le previsioni delle onde gravitazionali con i dati che arrivano a Terra, testimoniando la nostra comprensione di fenomeni distantissimi da noi per distanza e scala di energia, come i processi di fusione di due buchi neri (entità fino a pochi anni fa ancora puramente ipotetiche, delle quali ormai possediamo addirittura delle immagini).

E’ confortante constatare come l’Europa e l’Italia siano proprio nel centro di questi processi. Senza nulla togliere a colossi extraeuropei (la prestigiosa NASA su tutti), l’Agenzia Spaziale Europea (ESA) - e l’Italia come partner rilevante al suo interno - è protagonista con delle missioni molto ambiziose che stanno ottenendo dati fondamentali, in ambienti estremamente diversi. Difatti, mentre la sonda Solar Orbiter (lanciata nel febbraio di quest’anno) sta investigando il Sole così da vicino da dover sopportare temperature dell’ordine di varie centinaia di gradi, il satellite Gaia, che da alcuni anni scruta pazientemente e costantemente la Via Lattea, effettuando un censo di stelle senza alcun precedente - ci ha appena aperto lo scrigno di una nuove versione del suo prezioso catalogo, destinato senza alcuna esagerazione a impattare per diversi decenni sugli studi del nostro ambiente galattico. A breve, inoltre, assisteremo al lancio di Euclid, che avrà il compito fondamentale di studiare l’evoluzione dell’universo con particolare riguardo a temi fondamentali come materia ed energia oscura. Trovo che i successi scientifici di una Europa unita sotto l’aspetto scientifico siano un grande stimolo per proseguire verso l’obiettivo di una vera Europa dei popoli, che potrà permettersi di sognare ancora più in grande.

La chiave interpretativa che vi propongo ormai è palesata. A livello di umanità, siamo giunti ad un punto estremo di conoscenza, dove antichissimi quesiti hanno trovato una risposta (peraltro, mai definitiva e sempre in progress come è nella specifica natura dell'impresa scientifica). Stiamo percorrendo il confine estremo di un processo iniziato, storicamente, poco più di cento anni fa: con la formulazione da parte di Albert Einstein, della teoria della relatività generale. Questa maestosa cattedrale del pensiero* ha collegato insieme i dati empirici dell’epoca in un quadro teorico coerente, che per la prima volta in assoluto ha donato al genere umano un modello scientifico di universo.

Notate che dal punto di vista dell'evoluzione umana, in corso da miliardi di anni, questa è una acquisizione modernissima. Con la quale ancora dobbiamo fare i conti. Proprio come quella di un universo dinamico, addirittura in accelerazione. L’analisi della luce delle stelle più lontane, come appunto le supernove - visibili a grandissima distanza - ci hanno confermato che il nostro universo si espande in modo sempre più veloce, smentendo lo schema per il quale l'espansione è solo un moto residuo dell'impulso iniziale del "grande scoppio".

Mentre noi viaggiamo ingombrati da pensieri vecchi, schemi ottocenteschi, che ci dicono che lassù (e di conseguenza, quaggiù) non cambia mai nulla, il nostro universo - solo a volerlo davvero ascoltare - ci parla di sistemi complessi e variegati, velocità indicibili di allontanamento delle galassie, fenomeni di alta energia che donano vita e colore alle profondità cosmiche - tutt’altro che statiche - e pervasive onde gravitazionali che attraversano miliardi di anni luce per rendersi finalmente percepibili anche dalla nostra Terra. L'energia propulsiva in circolazione rimanda alla visionaria consapevolezza di Teilhard, "Tutto l'universo non è che la frangia del mantello di Cristo“ poiché questo impulso cinetico di rivoluzione appare in effetti abbeverarsi ad un dinamismo messianico ancora da comprendere appieno, e forse (mi sia concesso di azzardare) non interamente decifrabile entro i confini della umana razionalità.

Tutto questo, come si sta tentando di dimostrare, è assolutamente nuovo e potrebbe portarci a smarrire quel senso di umiltà che ci è invece necessario per comprendere il messaggio finissimo che ci arriva dalle stelle, per sintonizzarci correttamente sulle giuste frequenze.

Per ricordarcelo, per ricondurci a questo umile abbandono, necessaria per il percorso della conoscenza, ci aiuta un altro dato importante. Anche questo è frutto della ricerca più recente, e precisamente una predizione chiave del modello "Lambda Cold Dark Matter", che a sua volta rappresenta il quadro più completo e raffinato che possediamo attualmente, rispetto alla struttura del cosmo. Questo modello affonda le radici nel lavoro di Einstein e integra in un quadro coerente le conoscenze migliori che abbiamo accumulato finora, sul comportamento della materia a larga scala.


La distribuzione nel cielo di più di un miliardo e mezzo di stelle, le cui posizioni, luminosità e colori sono tratte dalla Early Data Release 3 della missione Gaia. La striscia orizzontale dove si trova la maggioranza delle stelle costituisce il piano della Via Lattea, la nostra galassia; in basso a destra  si possono scorgere le Nubi di Magellano, due piccole galassie che orbitano intorno alla nostra. (Crediti: Esa/Gaia/DPAC)
 

Ebbene questo modello ci fornisce predizioni che sono di una portata scientifica e poi più ampiamente culturale, assolutamente straordinarie. Il modello infatti ci rivela un universo ancora profondamente misterioso, essendo composto per la quasi totalità di energia oscura e materia oscura. La parte di universo a noi accessibile, ovvero l’universo che vediamo, del quale siamo formati noi e le stelle, costituisce appena il 5% del totale in termini di massa-energia. La gran parte di quello che esiste non si vede, ecco il messaggio potentissimo che arriva dall'universo moderno, che pone definitivamente in soffitta ogni residuo di positivismo ottocentesco, invitandoci ad allargare lo sguardo e a comprendere una volta per tutte che esistono realtà inaccessibili ai nostri sensi (e agli strumenti di misura, estensione di questi), ma non per questo meno "reali". Al proposito, molto ci aspettiamo dalla sonda Euclid, i cui dati ci dovrebbero consentire di entrare realmente in questo stimolante mistero.

In ogni caso, appare estremamente necessario un cambio di paradigma. Dobbiamo familiarizzarci con una visione più elastica che incorpori armonicamente anche delle informazioni apparentemente opposte tra loro, è forse il segno della necessità dell’abbandono di un pensiero lineare e monolitico che non riesce più a tenere il passo con il nuovo universo e con quello che sempre più persuasivamente ci indica.

Proveremo in queste pagine, Deo concedente, a documentare via via alcuni segnali di questo nuovo universo che si sta progressivamente configurando sotto i nostri occhi, per ritornare alla stessa candida meraviglia che nutriva Teilhard de Chardin di fronte all'impresa scientifica, meraviglia che ai suoi occhi - di credente e scienziato - lungi dal sottrarre qualcosa allo stupore di fronte alla vastità e complessità della Creazione, ne costituiva invece un potente volano per un suo più pieno e consapevole rilancio.