Viviamo nell’unico periodo “fecondo” della storia dell’Universo: cos’è la finestra cosmologica

L'Universo ha avuto origine 13,8 miliardi di anni fa con il Big Bang, e ha impiegato circa 10 miliardi di anni per arrivare alle prime forme di vita sulla Terra e circa 14 miliardi di anni (cioè approssimativamente la sua età odierna) per “cucinare” noi esseri umani: ebbene, questi tempi non sono così casuali come potrebbe sembrare. Quella in cui viviamo in effetti è una “finestra cosmologica”, come talvolta viene chiamato il periodo che va da circa 2 a circa 20 miliardi di anni dopo il Big Bang che è considerato l'unico in cui il cosmo presenta appieno tutte le caratteristiche adeguate a sostenere l’emergere e lo sviluppo della vita.

Perché la vita sulla Terra è nata quando è nata: la finestra cosmologica

Nei primi minuti dopo il Big Bang l’universo era composto quasi esclusivamente da idrogeno, elio e tracce di litio. Gli elementi chimici più pesanti, necessari alla formazione di pianeti rocciosi e molecole biologiche, arrivarono solo dopo la nascita delle prime stelle, tra i 150 e i 300 milioni di anni dal Big Bang.

Queste erano stelle molto massicce e con un ciclo vitale breve. La fusione nucleare al loro interno e la loro morte come supernovae portò alla sintesi di elementi più pesanti, che venivano poi dispersi nello spazio tramite le esplosioni stesse. Le generazioni successive di stelle continuarono questo processo, arricchendo progressivamente l'ambiente interstellare.

Dopo circa due miliardi di anni, l’universo conteneva ormai una quantità significativa di elementi come carbonio, ossigeno, ferro e silicio e così via, cioè gli ingredienti chimici necessari per la formazioni di pianeti rocciosi, atmosfere, oceani e biomolecole.

Eppure, perché la vita possa svilupparsi occorre un tipo particolare di ambiente: una stella stabile per svariati miliardi di anni, come il nostro Sole, capace di fornire energia costante e un ambiente tranquillo per i propri pianeti. Le stelle molto massicce del giovane universo non offrivano né la stabilità né il tempo sufficiente per l’evoluzione biologica.

È solo dopo la prima generazione di stelle che si formarono astri di massa intermedia, come appunto il Sole. È in questo periodo che l’universo diventa fisicamente adatto alla vita. Questo intervallo di tempo, in cui l’abbondanza degli elementi pesanti è elevata, la formazione di stelle di tipo solare è significativa, e l’ambiente stellare è relativamente stabile, viene definito finestra cosmologica. Un intervallo di tempo lungo, ma che non durerà in eterno.

Perché la finestra cosmologica non durerà sempre

La formazione stellare nell’universo ha raggiunto il suo massimo tra 3 e 7 miliardi di anni dopo il Big Bang. Da allora il tasso di formazione di nuove stelle è progressivamente diminuito. Le nubi di gas interstellare, cioè la “materia prima” per creare nuove stelle, si stanno esaurendo progressivamente.

Nel futuro cosmico le stelle simili al Sole saranno quindi sempre più rare man mano che moriranno. Resteranno principalmente nane rosse, stelle molto longeve ma soggette a intense eruzioni e variazioni di attività che possono rendere instabili i pianeti vicini. La loro zona abitabile è infatti molto vicina all'astro stesso poiché sono stelle relativamente fredde.

Ciò significa che l’universo non rimarrà abitabile per sempre.
La finestra cosmologica è un periodo temporaneo in cui le condizioni necessarie alla vita complessa coincidono.

Le origini della vita sulla Terra e la “finestra” del Sistema solare

Anche la storia del Sole presenta una sua finestra favorevole. Attualmente ci troviamo circa a metà della sua fase di stabilità, che dura pressappoco 10 miliardi di anni. In questa fase luminosità ed energia sono relativamente stabili e di conseguenza la vita ha avuto il tempo di selezionarsi ed evolvere fino a forme complesse.

In futuro la luminosità del Sole aumenterà gradualmente. Questo processo porterà, tra circa 1 miliardo di anni, a condizioni tali da rendere la Terra inadatta alla vita complessa perché renderà la Terra un pianeta arido ed inabitabile. Anche questa finestra compatibile con la vita, quindi, è limitata.

L’eccezionalità della nostra epoca cosmica

L’aspetto rilevante non è semplicemente che ci troviamo all’interno di queste finestre temporali favorevoli, ma il fatto che tali finestre esistano. L’universo potrebbe durare per un tempo estremamente lungo, e per la maggior parte della sua storia passata e futura sarà inospitale alla vita complessa.

La nostra epoca cosmica coincide invece con un intervallo di tempo relativamente limitato in cui l’abbondanza degli elementi chimici, la presenza di stelle stabili e la disponibilità di tempi evolutivi estesi convergono in modo favorevole. Questo rende possibile la comparsa di ecosistemi complessi e, in alcuni casi, di specie dotate di autocoscienza come la nostra.

La vita complessa sulla Terra appare quindi come il risultato di condizioni fisiche specifiche e non permanenti, non come un esito inevitabile dell’evoluzione cosmica.

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