Da molto tempo, l'umanità si è interrogata sul motivo per cui lo spazio cosmico, sebbene popolato da innumerevoli stelle, rimanga immerso nell'oscurità. Questo enigma è noto come il paradosso di Olbers. Nel XIX secolo, un astronomo di nome Heinrich Olbers si imbatté in una contraddizione che non poteva essere spiegata facilmente: perché il cielo notturno non appare uniformemente luminoso? Un cielo uniformemente luminoso sembrerebbe brillare, mentre il nostro cielo notturno appare nero con una dispersione di stelle, pianeti e galassie sparse nel cielo osservabile. Vediamo di capire come stanno le cose. Gli astronomi stimano che nell'universo osservabile ci siano circa 200 miliardi di trilioni di stelle. Ma come fanno gli astronomi a conoscere questo numero? Di notte, guardando il cielo aperto, si possono vedere migliaia di stelle - circa 6.000. Ma questa è soltanto una piccola percentuale del totale delle stelle presenti nell'universo. La maggior parte di esse è così lontana da noi che non possiamo vederle. Tuttavia, gli astronomi, sono in grado di stimare il numero totale di stelle nell'universo a partire da quello delle galassie. Quest’ultime sono agglomerati di stelle, pianeti, gas e polveri che si trovano vicini tra loro. Simili agli esseri umani, anche le galassie sono molto diverse tra loro, differenziandosi per dimensioni e forme. Il nostro pianeta per esempio è situato nella Via Lattea, una galassia a spirale; le sue stelle sono distribuite in bracci spiraliformi che ruotano intorno al centro della galassia. Altre galassie, invece, hanno una forma ellittica, simile a un uovo, mentre alcune sono irregolari, presentando una varietà di forme. Prima di calcolare il numero di stelle nell'universo, gli astronomi devono stimare il numero totale di galassie. Per farlo, scattano fotografie dettagliate di piccole porzioni del cielo e contano tutte le galassie che si osservano in queste immagini. Il numero ottenuto viene quindi moltiplicato per il totale delle immagini necessarie a coprire l'intero cielo. Il risultato? E’ che ci sono approssimativamente 2.000.000.000.000 di galassie nell'universo, pari a 2 trilioni cioe’ 2000 miliardi di galassie. Gli astronomi non sanno esattamente quante siano le stelle presenti in ognuna di queste 2 trilioni di galassie. La maggior parte di esse è così lontana che non è possibile determinarlo con precisione. Tuttavia, possiamo fare una stima approssimativa del numero di stelle nella nostra stessa Via Lattea. Anche nella nostra galassia, le stelle sono incredibilmente diverse tra loro, caratterizzandosi per una vasta gamma di dimensioni e colori. Ad esempio, la nostra stella, il Sole, è di dimensioni medie, ha un peso medio ed è di temperatura moderata: 15 milioni di gradi Celsius al suo centro. Le stelle più grandi, pesanti e calde tendono a brillare con un colore blu, come Vega nella costellazione della Lira, mentre le stelle più piccole, leggere e deboli sono generalmente rosse, come Proxima Centauri, che, eccetto il Sole, è la stella più vicina a noi. Le stelle rosse, bianche e blu emettono quantità diverse di luce. Misurando tale radiazione luminosa, in particolare il suo colore e la sua luminosità, gli astronomi riescono a stimare quante stelle compongono la nostra galassia. Utilizzando questo metodo, gli studiosi hanno calcolato che la Via Lattea contiene circa 100 miliardi di stelle - 100.000.000.000. Il passo successivo quindi consiste nel moltiplicare il numero di stelle presenti in una galassia tipica (100 miliardi) per il totale delle galassie nell'universo (2 trilioni). Il risultato è un numero assolutamente sorprendente. Ci sono approssimativamente 200 bilioni di trilioni di stelle nell'universo. In altre parole, 200 sestilioni. È un numero talmente enorme che è difficile persino immaginarlo. Molte di queste stelle sono altrettanto luminose, se non di più, del nostro Sole. Allora, perché lo spazio non è pervaso da una luce abbagliante? Una spiegazione intuitiva potrebbe essere che molte di queste stelle siano situate a distanze enormi dalla Terra. È vero che, all'aumentare della distanza di una stella da noi, la sua luminosità apparente diminuisce, seguendo una legge di riduzione inversamente proporzionale alla distanza, in quanto l’intensita’ di una sorgente luminosa con potenza P ad una certa distanza r da essa va come P/4πr2 dove 4πr2 e’ la superficie di una sfera centrata sulla sorgente. Tuttavia, questa spiegazione, da sola, non è sufficiente a risolvere il mistero. Per comprendere meglio la questione, immaginiamo un universo così antico da consentire alla luce di raggiungerci persino dalle stelle più remote. In questo scenario immaginario, tutte le stelle nell'universo sono considerate stazionarie e non in movimento. Possiamo visualizzare questo concetto come se circondassimo la Terra con una bolla immaginaria, posizionando il nostro pianeta al suo centro. Se questa bolla avesse un raggio di 10 anni luce, essa conterrebbe soltanto una dozzina di stelle. Tuttavia, allargando questa bolla a 1.000 anni luce, poi a 1 milione di anni luce, e infine a 1 miliardo di anni luce, le stelle più remote appariranno sempre più deboli anche se ci saranno sempre più stelle all'interno della bolla, ciascuna contribuente alla luminosità complessiva. Anche se le stelle più lontane sembrano sempre più deboli, il cielo notturno dovrebbe apparire molto luminoso. Ma c'è un importante dettaglio che non ancora abbiamo utilizzato: l'età dell'universo è di solo circa 13 miliardi di anni, un periodo relativamente breve dal punto di vista cosmico. Questo significa che la luce delle stelle distanti oltre circa 13 miliardi di anni luce non ha ancora avuto il tempo per raggiungerci. Di conseguenza, la bolla effettiva che circonda la Terra e contiene tutte le stelle che possiamo vedere si estende solo fino a ~13 miliardi di anni luce dalla Terra. E quindi all'interno di essa non ci sono abbastanza stelle da riempire completamente tutte le possibili linee di vista. In alcune direzioni nel cielo, vediamo stelle, mentre in altre non ne vediamo affatto. Questo perche’ in alcune aree oscure del cielo, le stelle che potrebbero ostruire la nostra linea di vista sono così remote che la loro luce non ha ancora raggiunto la Terra. Con il passare del tempo, la luce di queste stelle sempre più remote raggiungerà la Terra. Col trascorrere dei millenni, quindi il cielo notturno sarà completamente illuminato? Questo ci riporta al secondo elemento che dobbiamo considerare e cioe’ il fatto che tutte le stelle siano stazionarie. La realtà è che l'universo è in costante espansione, con le galassie più remote che si allontanano dalla Terra a velocità prossime a quella della luce. A causa di questa espansione accelerata, la luce delle stelle all’interno di queste galassie è spinta verso regioni dello spettro luminoso non visibili all'occhio umano, un fenomeno noto come spostamento Doppler. Un fotone emesso da una stella con una certa lunghezza d’onda durante il suo viaggio verso la Terra subira’ uno stiramento dell’onda a causa della dilatazione dello spazio-tempo dell’universo. Questo comportera’ una lunghezza d’onda sempre maggiore e quindi una sua energia sempre piu’ bassa da uscire dallo spettro visibile. Pertanto, anche se questa luce avesse il tempo di raggiungerci, non potremmo comunque vederla a occhio nudo. Di conseguenza, il cielo notturno non sarà completamente illuminato. Se proiettiamo lo sguardo ancora più lontano nel futuro, alla fine tutte le stelle si esauriranno. Ad esempio, stelle simili al nostro Sole hanno una durata di vita di circa 10 miliardi di anni. Gli astronomi ipotizzano che in un futuro molto distante, tra un bilione di miliardi di anni, l'universo si spegnerà, ospitando solamente residui stellari come nane bianche e buchi neri. Nonostante il cielo notturno non sia colmo di stelle luminose, ci troviamo in un momento unico nella storia dell'universo, in cui possiamo godere di un cielo notturno ricco e complesso, fatto di luci e ombre.
