Edwin Hubble

gigatos | Dicembre 15, 2021

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Riassunto

Edwin Powell Hubble (20 novembre 1889 – 28 settembre 1953) è stato un astronomo statunitense. Ha giocato un ruolo cruciale nello stabilire i campi dell”astronomia extragalattica e della cosmologia osservativa.

Hubble dimostrò che molti oggetti precedentemente ritenuti nubi di polvere e gas e classificati come “nebulose” erano in realtà galassie oltre la Via Lattea. Usò la forte relazione diretta tra la luminosità di una variabile Cefeide classica e il periodo di pulsazione (scoperto nel 1908 da Henrietta Swan Leavitt) per scalare le distanze galattiche ed extragalattiche.

Hubble ha fornito la prova che la velocità di recessione di una galassia aumenta con la sua distanza dalla Terra, una proprietà ora conosciuta come “legge di Hubble”, nonostante sia stata proposta e dimostrata osservativamente due anni prima da Georges Lemaître. La legge di Hubble-Lemaître implica che l”universo è in espansione. Un decennio prima, l”astronomo americano Vesto Slipher aveva fornito la prima prova che la luce di molte di queste nebulose era fortemente spostata verso il rosso, indicativa di alte velocità di recessione.

Il nome di Hubble è più ampiamente riconosciuto per il telescopio spaziale Hubble, che è stato chiamato in suo onore, con un modello ben visibile nella sua città natale di Marshfield, Missouri.

Edwin Hubble nacque da Virginia Lee Hubble (nata James) (1864-1934) e John Powell Hubble, un dirigente assicurativo, a Marshfield, Missouri, e si trasferì a Wheaton, Illinois, nel 1900. In gioventù, fu notato più per le sue prodezze atletiche che per le sue capacità intellettuali, anche se ottenne buoni voti in tutte le materie tranne l”ortografia. Edwin era un atleta dotato, giocando a baseball, football e correndo su pista sia al liceo che all”università. Sul campo da basket giocava in diverse posizioni, dal centro alla guardia tiratrice. Infatti, Hubble ha persino guidato la squadra di pallacanestro dell”Università di Chicago al loro primo titolo di conferenza nel 1907. Vinse sette primi posti e un terzo posto in un unico incontro di atletica del liceo nel 1906.

Studi universitari

Gli studi di Hubble all”Università di Chicago si concentrarono sul diritto, il che portò ad una laurea in scienze nel 1910. Hubble divenne anche membro della confraternita Kappa Sigma. Trascorse i tre anni al Queen”s College di Oxford dopo aver conseguito la laurea come uno dei primi Rhodes Scholars dell”università, inizialmente studiando giurisprudenza invece di scienze (come promessa al padre morente), e più tardi aggiunse letteratura e spagnolo, ottenendo infine il master.

Nel 1909, il padre di Hubble trasferì la sua famiglia da Chicago a Shelbyville, Kentucky, in modo che la famiglia potesse vivere in una piccola città, stabilendosi infine nella vicina Louisville. Suo padre morì nell”inverno del 1913, mentre Edwin era ancora in Inghilterra. Nell”estate successiva, Edwin tornò a casa per prendersi cura della madre, delle due sorelle e del fratello minore, insieme al fratello William. La famiglia si trasferì ancora una volta a Everett Avenue, nel quartiere Highlands di Louisville, per ospitare Edwin e William.

Hubble era anche un figlio doveroso, che nonostante il suo intenso interesse per l”astronomia fin da ragazzo, acconsentì alla richiesta del padre di studiare legge, prima all”Università di Chicago e poi a Oxford. In questo periodo seguì anche alcuni corsi di matematica e scienze. Dopo la morte di suo padre nel 1913, Edwin tornò nel Midwest da Oxford, ma non aveva la motivazione per praticare la legge. Invece, procedette ad insegnare spagnolo, fisica e matematica alla New Albany High School di New Albany, Indiana, dove allenò anche la squadra di basket dei ragazzi. Dopo un anno di insegnamento al liceo, entrò alla scuola di specializzazione con l”aiuto del suo ex professore dell”Università di Chicago per studiare astronomia all”Osservatorio Yerkes dell”università, dove ricevette il suo dottorato nel 1917. La sua tesi era intitolata “Indagini fotografiche sulle nebulose deboli”. A Yerkes ebbe accesso a uno dei telescopi più potenti del mondo a quel tempo, che aveva un innovativo riflettore da 24 pollici (61 cm).

Studi di dottorato

Dopo che gli Stati Uniti dichiararono guerra alla Germania nel 1917, Hubble si affrettò a completare la sua tesi di dottorato in modo da poter entrare nell”esercito. Hubble si offrì volontario per l”esercito degli Stati Uniti e fu assegnato alla 86esima Divisione, appena creata, dove servì nel 2° Battaglione, 343 Reggimento di Fanteria. Salì al grado di Maggiore e fu trovato idoneo al servizio oltreoceano il 9 luglio 1918, ma l”86ª Divisione non vide mai il combattimento. Dopo la fine della prima guerra mondiale, Hubble trascorse un anno all”Università di Cambridge, dove rinnovò i suoi studi di astronomia.

Nel 1919, a Hubble fu offerto un posto nello staff del Carnegie Institution for Science”s Mount Wilson Observatory, vicino a Pasadena, California, da George Ellery Hale, il fondatore e direttore dell”osservatorio. Hubble rimase nello staff di Mount Wilson fino alla sua morte nel 1953. Poco prima della sua morte, Hubble divenne il primo astronomo a utilizzare il telescopio riflettore gigante Hale da 200 pollici (5,1 m) appena completato all”Osservatorio di Palomar vicino a San Diego, California.

Hubble lavorò anche come civile per l”esercito degli Stati Uniti ad Aberdeen Proving Ground nel Maryland durante la seconda guerra mondiale come capo della sezione di balistica esterna del laboratorio di ricerca balistica, durante la quale diresse un grande volume di ricerca nella balistica esterna che aumentò la potenza di fuoco effettiva di bombe e proiettili. Il suo lavoro è stato facilitato dal suo sviluppo personale di diverse attrezzature per la strumentazione utilizzata nella balistica esterna, il cui sviluppo più importante è stata la telecamera ad alta velocità, che ha reso possibile lo studio delle caratteristiche delle bombe e dei proiettili a bassa velocità in volo. I risultati dei suoi studi furono accreditati per migliorare notevolmente il design, le prestazioni e l”efficacia militare di bombe e razzi. Per il suo lavoro ha ricevuto il premio Legion of Merit.

L”universo va oltre la galassia della Via Lattea

L”arrivo di Edwin Hubble all”Osservatorio di Mount Wilson, in California, nel 1919 coincise all”incirca con il completamento del telescopio Hooker da 100 pollici (2,5 m), allora il più grande del mondo. A quel tempo, la visione prevalente del cosmo era che l”universo fosse costituito interamente dalla Via Lattea. Usando il telescopio Hooker al Monte Wilson, Hubble identificò le variabili Cefeidi (un tipo di stella che viene usata come mezzo per determinare la distanza dalla galassia – vedi anche candela standard) in diverse nebulose a spirale, incluse la Nebulosa di Andromeda e Triangulum. Le sue osservazioni, fatte nel 1924, provarono definitivamente che queste nebulose erano troppo distanti per essere parte della Via Lattea e che erano, in effetti, intere galassie al di fuori della nostra, sospettate dai ricercatori almeno dal 1755 quando apparve la Storia generale della natura e la Teoria del cielo di Immanuel Kant. Questa idea era stata osteggiata da molti nell”establishment astronomico dell”epoca, in particolare da Harlow Shapley dell”Università di Harvard. Nonostante l”opposizione, Hubble, allora uno scienziato trentacinquenne, fece pubblicare le sue scoperte per la prima volta sul New York Times il 23 novembre 1924, poi le presentò agli altri astronomi alla riunione del 1º gennaio 1925 dell”American Astronomical Society. I risultati di Hubble per Andromeda non furono formalmente pubblicati in una rivista scientifica peer-reviewed fino al 1929.

Le scoperte di Hubble hanno cambiato radicalmente la visione scientifica dell”universo. I sostenitori affermano che la scoperta di Hubble delle nebulose al di fuori della nostra galassia ha aiutato a spianare la strada ai futuri astronomi. Anche se alcuni dei suoi colleghi più famosi si limitarono a deridere i suoi risultati, Hubble finì per pubblicare le sue scoperte sulle nebulose. Questo lavoro pubblicato gli valse un premio intitolato American Association Prize e cinquecento dollari da Burton E. Livingston del Committee on Awards.

Hubble ha anche ideato il sistema più comunemente usato per classificare le galassie, raggruppandole in base al loro aspetto nelle immagini fotografiche. Organizzò i diversi gruppi di galassie in quella che divenne nota come la sequenza di Hubble.

Il redshift aumenta con la distanza

Hubble continuò a stimare le distanze di 24 nebulose extra-galattiche, usando una varietà di metodi. Nel 1929 Hubble esaminò la relazione tra queste distanze e le loro velocità radiali determinate dai loro redshift. Le sue distanze stimate sono ora note per essere tutte troppo piccole, fino a un fattore di circa 7. Questo era dovuto a fattori come il fatto che ci sono due tipi di variabili Cefeidi o confondere le nubi di gas luminoso con le stelle luminose. Tuttavia, le sue distanze erano più o meno proporzionali alle distanze reali, e combinando le sue distanze con le misure dei redshift delle galassie di Vesto Slipher, e del suo assistente Milton L. Humason, trovò una relazione approssimativamente lineare tra le distanze delle galassie e le loro velocità radiali (corrette per il moto solare), una scoperta che in seguito divenne nota come legge di Hubble.

Questo significava che maggiore era la distanza tra due galassie qualsiasi, maggiore era la loro velocità relativa di separazione. Se interpretate in questo modo, le misurazioni di Hubble su 46 galassie portano a un valore per la costante di Hubble di 500 kmsMpc, che è molto più alto dei valori attualmente accettati di 74 kmsMpc (metodo della scala di distanza cosmica) o 68 kmsMpc (metodo CMB) a causa degli errori nelle loro calibrazioni di distanza.

Eppure la ragione del redshift rimaneva poco chiara. Georges Lemaître, un prete cattolico e fisico belga, predisse su basi teoriche basate sulle equazioni di Einstein per la relatività generale la relazione redshift-distanza, e pubblicò il supporto osservativo per essa, due anni prima della scoperta della legge di Hubble. Tuttavia, molti cosmologi e astronomi (Hubble rimase dubbioso sull”interpretazione di Lemaître per tutta la sua vita. Sebbene usasse il termine “velocità” nel suo articolo (e “velocità radiali apparenti” nell”introduzione), in seguito espresse dubbi sull”interpretazione di queste come velocità reali. Nel 1931 scrisse una lettera al cosmologo olandese Willem de Sitter esprimendo la sua opinione sull”interpretazione teorica della relazione redshift-distanza:

“Il signor Humason ed io siamo entrambi profondamente sensibili al vostro cortese apprezzamento degli articoli su velocità e distanze delle nebulose. Usiamo il termine velocità ”apparente” per sottolineare le caratteristiche empiriche della correlazione. L”interpretazione, riteniamo, dovrebbe essere lasciata a lei e ai pochi altri che sono competenti a discutere la questione con autorità”.

Oggi, le “velocità apparenti” in questione sono solitamente pensate come un aumento della distanza propria che si verifica a causa dell”espansione dell”universo. La luce che viaggia attraverso una metrica in espansione sperimenterà un redshift di tipo Hubble, un meccanismo un po” diverso dall”effetto Doppler (anche se i due meccanismi diventano descrizioni equivalenti legate da una trasformazione di coordinate per galassie vicine).

Negli anni ”30, Hubble fu coinvolto nella determinazione della distribuzione delle galassie e della curvatura spaziale. Questi dati sembravano indicare che l”universo fosse piatto e omogeneo, ma c”era una deviazione dalla planarità a grandi redshift. Secondo Allan Sandage,

“Hubble credeva che i suoi dati di conteggio dessero un risultato più ragionevole riguardo alla curvatura spaziale se la correzione del redshift veniva fatta assumendo l”assenza di recessione. Fino alla fine dei suoi scritti, mantenne questa posizione, favorendo (o almeno mantenendo aperto) il modello in cui non esiste una vera espansione, e quindi che il redshift “rappresenta un principio della natura finora non riconosciuto”.

C”erano problemi metodologici con la tecnica di indagine di Hubble che mostrava una deviazione dalla planarità a grandi redshift. In particolare, la tecnica non teneva conto dei cambiamenti nella luminosità delle galassie dovuti all”evoluzione delle galassie. In precedenza, nel 1917, Albert Einstein aveva scoperto che la sua nuova teoria della relatività generale indicava che l”universo doveva espandersi o contrarsi. Incapace di credere a ciò che le sue stesse equazioni gli dicevano, Einstein introdusse una costante cosmologica (un “fattore di correzione”) alle equazioni per evitare questo “problema”. Quando Einstein venne a conoscenza dei redshift di Hubble, si rese immediatamente conto che l”espansione prevista dalla relatività generale doveva essere reale, e in seguito disse che cambiare le sue equazioni fu “il più grande errore della sua vita”. In effetti, pare che Einstein una volta sia andato a trovare Hubble e abbia cercato di convincerlo che l”universo si stava espandendo.

Hubble scoprì anche l”asteroide 1373 Cincinnati il 30 agosto 1935. Nel 1936 scrisse The Observational Approach to Cosmology e The Realm of the Nebulae che spiegano il suo approccio all”astronomia extra-galattica e la sua visione della storia della materia.

Nel dicembre 1941, Hubble riferì all”American Association for the Advancement of Science che i risultati di un”indagine di sei anni con il telescopio Mt. Wilson non supportavano la teoria dell”universo in espansione. Secondo un articolo del Los Angeles Times che riportava le osservazioni di Hubble, “Le nebulose non potrebbero essere distribuite uniformemente, come mostra il telescopio, e corrispondere ancora all”idea dell”esplosione. Le spiegazioni che cercano di aggirare ciò che il grande telescopio vede, ha detto, non reggono. L”esplosione, per esempio, avrebbe dovuto iniziare molto tempo dopo la creazione della terra, e forse anche dopo la comparsa della prima vita qui”. (La stima di Hubble di quella che ora chiamiamo costante di Hubble collocherebbe il Big Bang solo 2 miliardi di anni fa).

Hubble sposò Grace Lillian (Burke) Leib (1889-1980), figlia di John Patrick e Luella (Kepford) Burke, il 26 febbraio 1924.

Hubble è stato cresciuto come cristiano, ma alcune delle sue dichiarazioni successive suggeriscono incertezza.

Problemi di salute e morte

Hubble ebbe un infarto nel luglio 1949 mentre era in vacanza in Colorado. Fu curato da sua moglie e continuò con una dieta modificata e un programma di lavoro. Morì di trombosi cerebrale (un coagulo di sangue nel cervello) il 28 settembre 1953, a San Marino, California. Nessun funerale fu celebrato per lui, e sua moglie non rivelò mai il luogo della sua sepoltura.

Accuse sulla priorità di Lemaître

Nel 2011, la rivista Nature ha riferito che Hubble ha avuto un ruolo nella redazione di parti chiave della traduzione dell”articolo di Lemaître del 1927, che affermava quella che ora è chiamata Legge di Hubble e forniva anche prove osservative per essa. Gli storici citati nell”articolo erano scettici sul fatto che le riduzioni fossero parte di una campagna per assicurare che Hubble mantenesse la priorità. Tuttavia, l”astronomo osservativo Sidney van den Bergh ha pubblicato un articolo che suggerisce che mentre le omissioni possono essere state fatte da un traduttore, potrebbero comunque essere state deliberate.

Nel novembre 2011, l”astronomo Mario Livio ha riferito su Nature che i documenti dell”archivio di Lemaître hanno dimostrato che la redazione è stata effettivamente effettuata dallo stesso Lemaître, che apparentemente ha visto poco senso includere contenuti scientifici che erano già stati riportati da Hubble. Questo, tuttavia, non toglie che Lemaître abbia pubblicato in francese, senza tali omissioni, due anni (1927) prima di Hubble (1929).

Tentativo di ottenere il premio Nobel

All”epoca, il Premio Nobel per la Fisica non riconosceva il lavoro fatto in astronomia. Hubble trascorse gran parte dell”ultima parte della sua carriera cercando di far considerare l”astronomia un”area della fisica, invece di essere una scienza a sé stante. Fece questo in gran parte in modo che gli astronomi – incluso se stesso – potessero essere riconosciuti dal Comitato del Premio Nobel per i loro preziosi contributi all”astrofisica. Questa campagna non ebbe successo durante la vita di Hubble, ma poco dopo la sua morte, il Comitato del Premio Nobel decise che il lavoro astronomico sarebbe stato eleggibile per il premio di fisica. Tuttavia, il premio non può essere assegnato postumo.

Timbro

Il 6 marzo 2008, il servizio postale degli Stati Uniti ha rilasciato un francobollo da 41 centesimi in onore di Hubble su un foglio intitolato “American Scientists” disegnato dall”artista Victor Stabin.

Spesso chiamato “pioniere delle stelle lontane”, l”astronomo Edwin Hubble (1889-1953) ha giocato un ruolo fondamentale nel decifrare la natura vasta e complessa dell”universo. I suoi studi meticolosi sulle nebulose a spirale hanno dimostrato l”esistenza di galassie diverse dalla nostra Via Lattea. Se non fosse morto improvvisamente nel 1953, Hubble avrebbe vinto il premio Nobel per la fisica di quell”anno.

(Si noti che l”affermazione che avrebbe vinto il premio Nobel nel 1953 è probabilmente falsa, anche se fu nominato per il premio quell”anno).

Gli altri scienziati sul foglio “American Scientists” includono Gerty Cori, biochimico; Linus Pauling, chimico, e John Bardeen, fisico.

Leggi anche, storia – Editto di Nantes

Altre apparizioni degne di nota

Nel documentario del 1980 Cosmos: A Personal Voyage dell”astronomo Carl Sagan, la vita e il lavoro di Hubble sono ritratti sullo schermo nell”episodio 10: “The Edge of Forever”.

L”opera teatrale Creation”s Birthday, scritta dal fisico della Cornell Hasan Padamsee, racconta la storia della vita di Hubble.

Fonti