Edwin Hubble

La storia dell'astronomia è una storia di orizzonti che si ritirano.

Edwin Powell Hubble era un astronomo americano. Ha svolto un ruolo cruciale nell'etablire i campi dell'astronomia extragalattica e della cosmologia osservativa.

Hubble ha provato che molti oggetti precedentemente ritenuti fossero nuvole di polvere e gas e classificati come "nebulose" erano in realtà galassie oltre la Via Lattea. Ha utilizzato la forte relazione diretta tra la luminosità di una variabile Cefeide classica e il periodo di pulsazione scoperta nel 1908 da Henrietta Swan Leavitt per misurare le distanze galattiche e extragalattiche.

Hubble ha fornito prove che la velocità di recessione di una galassia aumenta con la sua distanza dalla Terra, una proprietà ora nota come "legge di Hubble", nonostante il fatto che fosse stata sia proposta che dimostrata osservativamente due anni prima da Georges Lemaître. La legge di Hubble–Lemaître implica che l'universo si sta espandendo. Un decennio prima, l'astronomo americano Vesto Slipher aveva fornito la prima prova che la luce da molte di queste nebulose fosse 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 denominato in suo onore, con un modello prominentemente esposto nella sua città natale di Marshfield, Missouri.

Primi anni di vita e istruzione

Edwin Hubble è nato da Virginia Lee Hubble nata James 1864–1934 e John Powell Hubble, un dirigente assicurativo, a Marshfield, Missouri, e si è trasferito a Wheaton, Illinois, nel 1900. Nei suoi anni più giovani, era noto più per le sue doti atletiche che per le sue abilità intellettuali, anche se ha ottenuto buoni voti in ogni materia tranne l'ortografia. Edwin era un atleta dotato, che giocava a baseball, calcio e correva nei campionati di atletica sia al liceo che al college. Ha giocato in varie posizioni sul campo da basket dal centro alla guardia tiratrice. In effetti, Hubble ha persino condotto la squadra di basket dell'Università di Chicago al loro primo titolo di conferenza nel 1907. Ha vinto sette primi posti e un terzo posto in un'unica gara di atletica al liceo nel 1906.

Studi universitari

Gli studi di Hubble presso l'Università di Chicago erano concentrati sul diritto, il che ha portato a una laurea in scienze entro il 1910. Hubble è anche diventato membro della Fraternità Kappa Sigma. Ha trascorso tre anni al The Queen's College, Oxford dopo aver ottenuto la laurea come uno dei primi Rhodes Scholars dell'università, inizialmente studiando giurisprudenza invece di scienze come una promessa a suo padre morente, e in seguito ha aggiunto letteratura e spagnolo, ottenendo infine la sua laurea magistrale.

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 nelle vicinanze di Louisville. Suo padre è morto nell'inverno del 1913, mentre Edwin era ancora in Inghilterra. L'estate seguente, Edwin tornò a casa per prendersi cura di sua madre, di due sorelle e di suo fratello minore, insieme a suo fratello William. La famiglia si è trasferita di nuovo a Everett Avenue, nel quartiere Highlands di Louisville, per accogliere Edwin e William.

Hubble era anche un figlio devoto che, nonostante il suo intenso interesse per l'astronomia fin dall'infanzia, ha acconsentito alla richiesta di suo padre di studiare diritto, prima presso l'Università di Chicago e successivamente a Oxford. In questo periodo, ha anche seguito alcuni corsi di matematica e scienze. Dopo la morte di suo padre nel 1913, Edwin è tornato nel Midwest da Oxford ma non aveva la motivazione per esercitare la professione legale. Invece, ha proceduto a insegnare spagnolo, fisica e matematica alla New Albany High School a New Albany, Indiana, dove ha anche allenato la squadra di basket dei ragazzi. Dopo un anno di insegnamento al liceo, è entrato nella scuola di specializzazione con l'aiuto del suo ex professore dell'Università di Chicago per studiare astronomia presso l'Osservatorio Yerkes dell'università, dove ha ricevuto il suo dottorato nel 1917. La sua dissertazione era intitolata "Photographic Investigations of Faint Nebulae". A Yerkes, ha avuto accesso a uno dei telescopi più potenti del mondo in quel momento, che aveva un innovativo riflettore da 24 pollici 61 cm.

Studi di dottorato

Dopo che gli Stati Uniti hanno dichiarato guerra alla Germania nel 1917, Hubble si è affrettato a completare la sua dissertazione di dottorato in modo da potersi arruolare nell'esercito. Hubble si è offerto volontario per l'esercito degli Stati Uniti ed è stato assegnato alla Divisione 86 appena creata, dove ha servito nel 2° Battaglione, Reggimento di Fanteria 343. È salito al rango di Maggiore ed è stato ritenuto idoneo per il servizio all'estero il 9 luglio 1918, ma la Divisione 86 non ha mai visto combattimenti. Dopo la fine della prima guerra mondiale, Hubble ha trascorso un anno presso l'Università di Cambridge, dove ha ripreso i suoi studi di astronomia.

Carriera

Nel 1919, Hubble è stato offerto un incarico di personale presso l'Osservatorio Mount Wilson della Carnegie Institution for Science, vicino a Pasadena, California, da George Ellery Hale, il fondatore e direttore dell'osservatorio. Hubble è rimasto nello staff di Mount Wilson fino alla sua morte nel 1953. Poco prima della sua morte, Hubble è diventato il primo astronomo a utilizzare il gigantesco riflettore Hale Telescope da 200 pollici 5,1 m appena completato presso l'Osservatorio Palomar vicino a San Diego, California.

Hubble ha anche lavorato come civile per l'esercito americano presso l'Aberdeen Proving Ground nel Maryland durante la seconda guerra mondiale come Capo del ramo di Balistica Esterna del Ballistics Research Laboratory durante il quale ha diretto un grande volume di ricerca in balistica esterna che ha aumentato l'efficacia del fuoco di bombe e proiettili. Il suo lavoro è stato facilitato dal suo sviluppo personale di diversi articoli di attrezzature per la strumentazione utilizzata nella balistica esterna, lo sviluppo più importante essendo la fotocamera a orologio ad alta velocità, che ha reso possibile lo studio delle caratteristiche di bombe e proiettili a bassa velocità in volo. I risultati dei suoi studi sono stati accreditati con il grande miglioramento della progettazione, delle prestazioni e dell'efficacia militare di bombe e razzi. Per il suo lavoro lì, ha ricevuto il premio Legion of Merit.

Scoperte

L'universo va oltre la galassia della Via Lattea

L'arrivo di Edwin Hubble presso l'Osservatorio Mount Wilson, California nel 1919 coincise all'incirca con il completamento del Telescopio Hooker da 100 pollici 2,5 m, allora il più grande del mondo. In quel momento, la visione prevalente del cosmo era che l'universo fosse interamente costituito dalla Galassia della Via Lattea. Utilizzando il Telescopio Hooker a Mount Wilson, Hubble ha identificato le variabili Cefeidi un tipo di stella utilizzata come mezzo per determinare la distanza dalla galassia – vedi anche candela standard in diverse nebulose a spirale, inclusa la Nebulosa di Andromeda e Triangulum. Le sue osservazioni, fatte nel 1924, hanno provato in modo conclusivo che queste nebulose erano molto troppo distanti per far parte della Via Lattea ed erano, in effetti, intere galassie al di fuori della nostra, sospettate dai ricercatori almeno già nel 1755 quando apparve la "General History of Nature and Theory of the Heavens" di Immanuel Kant. Questa idea era stata opposta da molti nell'establishment astronomico dell'epoca, in particolare da Harlow Shapley con base a Harvard University. Nonostante l'opposizione, Hubble, allora uno scienziato di trentacinque anni, ha avuto i suoi risultati pubblicati per la prima volta sul New York Times il 23 novembre 1924, quindi li ha presentati ad altri astronomi alla riunione del 1 gennaio 1925 dell'American Astronomical Society. I risultati di Hubble per Andromeda non sono stati formalmente pubblicati in una rivista scientifica peer-reviewed fino al 1929.

I risultati di Hubble hanno cambiato fondamentalmente la visione scientifica dell'universo. I sostenitori affermano che la scoperta di Hubble delle nebulose al di fuori della nostra galassia ha aiutato a aprire la strada per gli astronomi futuri. Sebbene alcuni dei suoi colleghi più rinomati abbiano semplicemente deriso i suoi risultati, Hubble ha finito per pubblicare i suoi risultati sulle nebulose. Questo lavoro pubblicato gli ha fruttato un premio intitolato il Premio dell'American Association e cinquecento dollari da Burton E. Livingston del Committee on Awards.

Hubble ha anche escogitato il sistema più comunemente utilizzato per classificare le galassie, raggruppandole secondo il loro aspetto nelle immagini fotografiche. Ha arranggiato i diversi gruppi di galassie in quello che divenne noto come la sequenza di Hubble.

Lo spostamento verso il rosso aumenta con la distanza

Hubble ha proceduto a stimare le distanze di 24 nebulose extragalattiche, utilizzando una varietà di metodi. Nel 1929 Hubble ha esaminato la relazione tra queste distanze e le loro velocità radiali come determinato dai loro spostamenti verso il rosso. Le sue distanze stimate sono ora note per essere tutte troppo piccole, fino a un fattore di circa 7. Ciò era dovuto a fattori come il fatto che ci sono due tipi di variabili Cefeidi o confusione di luminose nuvole di gas con stelle luminose. Tuttavia, le sue distanze erano più o meno proporzionali alle vere distanze, e combinando le sue distanze con le misurazioni degli spostamenti verso il rosso delle galassie di Vesto Slipher, e dal suo assistente Milton L. Humason, ha trovato 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.

Ciò significava che, maggiore è la distanza tra due galassie, maggiore è la loro velocità relativa di separazione. Se interpretato in questo modo, le misurazioni di Hubble su 46 galassie portano a un valore per la costante di Hubble di 500 km/s/Mpc, che è molto più alto dei valori attualmente accettati di 74 km/s/Mpc metodo della scala di distanza cosmica o 68 km/s/Mpc metodo CMB a causa di errori nelle loro calibrazioni di distanza.

Eppure la ragione dello spostamento verso il rosso rimase poco chiara. Georges Lemaître, un sacerdote cattolico belga e fisico, ha predetto su basi teoriche basate sulle equazioni di Einstein per la relatività generale la relazione spostamento verso il rosso-distanza, e ha pubblicato il supporto osservazionale per essa, due anni prima della scoperta della legge di Hubble. Tuttavia, molti cosmologi e astronomi incluso lo stesso Hubble non hanno riconosciuto il lavoro di Lemaître; Hubble è rimasto dubbioso riguardo all'interpretazione di Lemaître per tutta la sua vita. Sebbene abbia usato il termine "velocità" nel suo articolo e "velocità radiali apparenti" nell'introduzione, in seguito ha espresso dubbi sull'interpretazione di queste come velocità reali. Nel 1931 ha scritto una lettera al cosmologo olandese Willem de Sitter esprimendo la sua opinione sull'interpretazione teorica della relazione spostamento verso il rosso-distanza:

Il Signor Humason e io siamo entrambi profondamente consapevoli del vostro gentile apprezzamento dei documenti sulle velocità e distanze delle nebulose. Usiamo il termine "velocità apparenti" per enfatizzare le caratteristiche empiriche della correlazione. L'interpretazione, riteniamo, dovrebbe essere lasciata a voi e ai pochissimi altri che sono competenti a discutere la materia 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 uno spostamento verso il rosso di tipo Hubble, un meccanismo in qualche modo diverso dall'effetto Doppler sebbene i due meccanismi diventino descrizioni equivalenti correlate da una trasformazione di coordinate per galassie vicine.

Negli anni '30, Hubble era coinvolto nel determinare la distribuzione delle galassie e la curvatura spaziale. Questi dati sembravano indicare che l'universo fosse piatto e omogeneo, ma c'era una deviazione dalla planarità a grandi spostamenti verso il rosso. Secondo Allan Sandage,

Hubble credeva che i suoi dati di conteggio dessero un risultato più ragionevole riguardante la curvatura spaziale se la correzione dello spostamento verso il rosso fosse stata fatta presumendo nessuna recessione. Fino alla fine dei suoi scritti, ha mantenuto questa posizione, favorendo (o almeno mantenendo aperta) il modello in cui non esiste vera espansione, e quindi che lo spostamento verso il rosso "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 spostamenti verso il rosso. In particolare, la tecnica non ha tenuto conto dei cambiamenti nella luminosità delle galassie a causa dell'evoluzione galattica. Prima, nel 1917, Albert Einstein aveva scoperto che la sua teoria appena sviluppata della relatività generale indicava che l'universo doveva essere in espansione o in contrazione. Incapace di credere a ciò che le sue stesse equazioni gli stavano dicendo, Einstein ha introdotto una costante cosmologica un "fattore di correzione" alle equazioni per evitare questo "problema". Quando Einstein ha saputo degli spostamenti verso il rosso di Hubble, ha immediatamente realizzato che l'espansione prevista dalla relatività generale doveva essere reale, e nella vita successiva, ha detto che cambiare le sue equazioni era "il più grande errore della mia vita". In effetti, Einstein apparentemente una volta ha visitato Hubble e ha cercato di convincerlo che l'universo si stesse espandendo.

Hubble ha anche scoperto l'asteroide 1373 Cincinnati il 30 agosto 1935. Nel 1936 ha scritto The Observational Approach to Cosmology e The Realm of the Nebulae che hanno spiegato i suoi approcci all'astronomia extragalattica e la sua visione della storia della materia.

Nel dicembre 1941, Hubble ha riferito all'American Association for the Advancement of Science che i risultati di un'indagine di sei anni con i telescopi Mount Wilson