Come misurare distanza e velocita’ di una stella

Diverse volte ci siamo trovati a parlare di stelle e molto spesso abbiamo fatto riferimento alla loro distanza dalla Terra. Questo parametro e’ di fondamentale importanza in tantissime misure fisiche che vengono fatte e, ad esempio, quando abbiamo studiato il caso della WR104. La distanza tra noi e questa stella risultava determinante nell’analisi dell’eventuale Gamma Ray Burst che potrebbe investirci:

– WR104: un fucile puntato verso la Terra?

Ora, nella sezione:

– Hai domande o dubbi?

Un nostro caro lettore, ragionando su questo parametro, ha espresso un dubbio molto interessante. In particolare, la domanda fatta era mirata a capire come mai, eventualmente, lo spostamento verso il rosso delle stelle poteva essere simultaneamente utilizzato sia per misurare la distanza che lo spettro di una stella. Detto in termini matematici, come facciamo a ricavare due incognite da una sola equazione?

Cerchiamo di rispondere a questa domanda, spiegando anche cosa sarebbe questo spostamento verso il rosso, o redshift, ma soprattutto come vengono misurate le distanze in astronomia.

Questi concetti sono molto interessanti ed in genere trascurati in contesti divulgativi. Quando sentiamo parlare qualche astronomo, vengono tranquillamente citate distanze di anni luce da noi, senza pero’ far capire come sia possibile misurare questi parametri.

Andiamo con ordine, partendo proprio da questa prima riflessione. Come si misurano distanze cosi’ grandi, ma soprattutto distanze di oggetti che non possiamo toccare con mano?

La prima semplice tecnica e’ basata su misure di parallasse. Cosa significa? Per spiegare questo importante concetto, partiamo subito con un esempio. Supponente di guardare qualcosa distante da voi qualche metro. Potete proprio realizzare questo esperimento guardando gli oggettti che avete intorno. Bene, adesso scegliamo un oggetto piccolo o grande a piacere e facciamo un eperimento. Mettete un dito davanti ad i vostri occhi, distante appena l’apertura del braccio, guardando sempre l’oggetto scelto come campione. Bene se adesso chiudete prima un occhio e poi l’altro, vedete che l’oggetto sembra sposarsi a destra e sinistra rispetto al vostro dito.

Non c’e’ nulla di magico in questo, si tratta solo della sovrapposizione della vista dei vostri occhi che forma poi il campo visivo. Sfruttiamo questa caratteristica per calcolare geometricamente la distanza dell’oggetto. Se volete, siamo di fonte ad uno schema del genere:

Triangoli simili

Geometricamente, misurando un lato e gli angoli dei due triangoli simili, siamo in grado di ricavare l’altezza, dunque la distanza del corpo da noi.

Attenzione pero’, se provate a ripetere l’eperimento per oggetti sempre piu’ lontani, vi accorgete che la loro dimensione spaziale diventa sempre piu’ piccola. Questo e’ il problema nel cercare di misurare la distanza delle stelle. Si tratta di corpi molto grandi, ma posti ad una distanza tale da noi da impedirci di essere sensibili alla loro estensione spaziale. Prorpio per questo motivo, le stelle ci appaiono come punti luminosi in cielo.

Per farvi capire questo concetto, vi mostro un’immagine:

Come apparirebbe il Sole a diverse distanze

Il numero 1 indica l’estensione spaziale del Sole come lo vediamo dalla Terra. Nel punto 2, ecco come ci apparirebbe invece la nostra stella se la distanza con noi sarebbe pari a quella Giove-Terra. Ancora piu’ spinto e’ il caso dei disegni 3 e 4, in cui, in quest’ultimo, viene riportato come ci apparirebbe il Sole se questo fosse ad una distanza da noi pari a quella Terra-Proxima Centauri, cioe’ circa 4 anni luce.

Concentriamoci ancora un secondo su questo ultimo disegno. Il nostro Sole e’ una stella, cosi’ come ce ne sono tantissime nell’universo. Il fatto che il Sole ci appaia cosi’ grande mentre le stelle in cielo sono solo dei punti, e’ dunque solo legato alla distanza dal nostro pianeta.

Per corpi cosi’ distanti, non e’ piu’ sufficiente fare misure di parallasse con gli occhi, ma c’e’ bisogno di aumentare a dismisura la distanza tra le osservazioni. Prorpio per questo motivo, si sfrutta il movimento della Terra intorno al Sole, sfruttando quindi la nostra traiettoria come punti in cui estrapolare la parallasse:

Parallasse lungo l’orbita terrestre

Conoscendo l’asse dell’orbita terrestre, e’ dunque possibile ricavare l’altezza del triangolo, quindi la distanza della stella dalla Terra.

Ovviamente, per costruzione, questo metodo e’ applicabile solo fino ad una certa distanza, in genere fissata a 300 anni luce da noi. Oltre questo limite, i lati del triangolo di parallasse non sono piu’ distinguibili e non si riesce ad estrapolare il dato sulla distanza.

Dunque? Come misurare distanze maggiori?

Ora, arriviamo al gia’ citato “Spostamento verso il Rosso”. Per capire di cosa si tratta, facciamo un esempio semplice. Tutti avranno ascoltato una sirena che si dirige verso di noi. Bene, la frequenza percepita dal nostro orecchio, risulta diversa se l’oggetto si sta avvicinando o allontanando. Perche’ avviene questo? Semplicemente, come mostrato da questa figura:

Fronti d’onda di un corpo in movimento

Nei due versi, il numero di fronti d’onda sonori che ascoltiamo dipende dalla velocita’ della sorgente. Anche se sembra difficile, questo effetto e’ facilmente comprensibile. Proviamo con un altro esempio. Immaginate di essere sulla spiaggia e di contare il numero di creste di onda che arrivano sulla battigia in una unita’ di tempo. Questo parametro e’ molto piu’ simile di quello che immaginate al discorso del suono percepito. Ora, se entrate in acqua e andate incontro alle onde, sicuramente conterete piu’ creste d’onda rispetto al caso precedente. Situazione opposta si ha se vi allontanate. Bene questo e’ quello che si chiama Effetto Doppler.

Lo spostamente veso il rosso e’ una diretta conseguenza dell’effetto Doppler, ma non si parla di onde sonore, bensi’ di onde elettromagnetiche. Equivalentemente al caso della sirena, lo spettro luminoso di un corpo puo’ risultare spostato rispetto al normale se il corpo in questione si avvicina o si allontana. Si parla di redshift perche’ per un oggetto che si allontana da noi, il suo spettro sara’ piu’ spostato verso le basse frequenze.

Immaginate di avere una stella di un certo tipo di fronte a voi. Ora, se la stella si allontana, siamo in grado di misurare il suo spostamento verso il rosso, proprio partendo dallo spettro di altri corpi della stessa famiglia ma a distanza minore. Da questa misura potete dunque ottenere informazioni sulla velocita’ relativa con cui voi e la stella vi state allontanando. Questo importante risultato e’ noto come Legge di Hubble. Questa equazione lega proprio, attraverso una costante detta appunto di Hubble, lo spostamento verso il rosso della sorgente e la sua velocita’. Sempre attraverso la legge di Hubble, siamo poi in grado di ricavare la distanza della sorgente e dunque di estrapolare la distanza della stella dall’osservatore.

Notiamo prima di tutto una cosa, anche questo metodo ha un limite inferiore oltre il quale la distanza diviene  non misurabile, anche se in questo caso il limite e’ molto piu’ grande di quello ottenuto dalla parallasse.

Ritornando alla domanda iniziale, il metodo della parallasse ci consente di misurare distanze fino a qualche centinaio di anno luce da noi. Per distanze maggiori, ci viene in aiuto la legge di Hubble, attraverso la quale possiamo misurare non solo la distanza di un corpo lontano, ma anche la sua velocita’ di allontanamento da noi.

Inoltre, questa legge rappresenta un altro importante risultato a sostegno dell’ipotesi del Big Bang. Come visto in questo articolo:

– E parliamo di questo Big Bang

il nostro universo e’ ancora in espansione e questo puo’ essere evidenziato molto bene dai risultati ottenuti mediante la legge di Hubble.

Concludendo, la misura delle distanze a cui si trovano le stelle rappresenta sicuramente un qualcosa di fondamentale negli studi del nostro universo. A tal proposito, abbiamo a disposizione diversi metodi e due di questi, parallasse e redshift, ci consentono, con limiti diversi, di poter estrapolare in modo indiretto questi valori. Oltre ad una mappa dei corpi a noi vicini, la legge di Hubble rappresenta un importante prova a sostegno dell’ipotesi del Big Bang. Ad oggi, il nostro universo e’ ancora in espansione e per questo motivo vediamo gli spettri spostati verso il rosso.

 

”Psicosi 2012. Le risposte della scienza”, un libro di divulgazione della scienza accessibile a tutti e scritto per tutti. Matteo Martini, Armando Curcio Editore.

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WISE scopre e ritiriamo fuori Nibiru

La natura stessa di questo blog e’ molto semplice e ormai la conoscete tutti: partiamo dal catastrofismo per parlare di scienza. Questa apparentemente strana chiave di lettura della divulgazione e’ in realta’ un punto di forza. Come sappiamo bene, specialmente negli ultimi tempi, il catastrofismo ed il complottismo riempono non solo le pagine internet ma anche gli articoli dei giornali e alcune, purtroppo note, trasmissioni televisive.

Perche’ dico questo?

Oggi apro le riviste scientifiche e trovo che WISE, il telescopio infrarosso della NASA di cui abbiamo parlato anche in altri post, ha scoperto un sistema binario di nane brune distante soltanto 6,5 anni luce dal nostro Sole, si tratta del sistema stellare piu’ vicino scoperto dal 1916. Bene, notizia molto interessante.

Poi pero’, apro alcuni siti catastrofisti, i soliti noti di cui non voglio neanche fare il nome, e vedo che la notizia di questa scoperta e’ stata subito presa d’assalto. Ovviamente, in questo caso non si parla assolutamente di scienza ma indovinate di cosa? Ovviamente di Nibiru!

Meno male, cominciavo a preoccuparmi, erano gia’ alcune settimane che non sentivamo parlare di Nibiru. Se credevate che i soliti noti lo avessero dimenticato, vi sbagliavate di grosso.

Per chi avesse perso le ultime “puntate” della telenovela Nibiru, vi segnalo gli ultimi post, ovviamente in ognuno di questi trovate poi i link ad altri post e ad altri ancora, proprio per giustificare il termine “telenovela”:

– Il Vaticano a caccia di Nibiru

– Nibiru, il pianeta degli innamorati

– Nibiru e’ vicino, la prova delle orbite

– Nibiru e la deviazione delle Pioneer

– Nibiru: la prova del trattore gravitazionale

– Asteroide Nibiru: considerazioni scientifiche

– Storia astronomica di Nibiru

– La NASA torna a parlare di Nibiru

– 2012, la NASA non smentisce?

Bene, cerchiamo di andare con ordine partendo proprio dal catastrofismo per arrivare invece alla scienza.

Stando a quanto potete leggere in rete, Wise avrebbe scoperto questo sistema binario di nane brune molto vicine al Sole, come detto sopra, soltanto 6,5 anni luce da noi. Per chi non fosse pratico, vi ricordo che l’anno luce e’ semplicemente una misura di distanza, corrispondente al percorso che la luce compie in un anno. Per avere la conversione in Km, anche se corrisponde ad un numero molto grande, basta sapere che la luce percorre circa 300000 Km ogni secondo.

Fin qui tutto bene. Ora, questo sistema di stelle sembrerebbe spostarsi molto velocemente nello spazio e proprio da questo particolare si puo’ insinuare il dubbio. Come sappiamo bene, una delle tante ipotesi campate in aria era appunto quella che Nibiru fosse una nana bruna e proprio questo lo renderebbe invisibile ai nostri telescopi anche se gia’ presente nel sistema solare e magari in rotta di collisione con la Terra. A parte il fatto che ora stiamo parlando dell’osservazione con un telescopio di nane brune, dunque cade subito l’ipotesi di invisibilita’, come visto tante volte, magari sarebbe il caso di sfogliare un libro di astronomia prima di sparare assurdita’ scientifiche.

Perche’ dico questo? Semplice, la frase che trovate su alcuni siti catastrofisti e’ piu’ o meno questa, mentre si parla appunto della velocita’ di spostamento delle nane brune:

cambiano la loro posizione molto rapidamente, il che fa supporre che sono molto vicine al nostro sistema solare. Esse possono essere anche un pericolo per il fatto che durante il loro spostamento rapido possono spingere comete e asteroidi verso il nostro sistema planetario.

Finalmente ci siamo arrivati, Nibiru e’ una nana bruna, due nane brune sono state scoperte vicine al Sole, le stelle si muovono molto rapidamente e dunque possono scagliare comete e asteroidi verso di noi. Perfetto, in questa frase c’e’ davvero tutto. Come sappiamo e come visto in altri post, dopo il caso del meteorite di Cheliabynsk di cui abbiamo parlato in questi post:

– Se fosse stato il meteorite di Roma?

– Pioggia di meteore in Russia

– Meteorite anche a Cuba e Dark Rift

una notevole speculazione e’ partita su questo argomento:

– Lezione n.1: come cavalcare l’onda

La scoperta di Wise ha dunque offerto l’assist per continuare a parlare di queste tematiche e ovviamente far tornare tutti i conti.

Questo e’ il lato catastrofista, ora parliamo di scienza.

Come detto all’inizio, la scoperta di Wise e’ reale e veramente il sistema binario e’ stato individuato molto vicino al nostro Sole, soltanto 6,5 anni luce. Questa distanza e’ del tutto paragonabile a quella del sistema stellare a noi piu’ vicino che e’ Alpha Centauri a soli 4,4 anni luce.

Davvero le stelle mostrano una cosi’ elevata velocita’ di movimento?

Assolutamente no, gli astronomi hanno detto questo solo per indicare la vicinanza delle nane brune. Mi spiego meglio. Immaginiamo di essere sul ciglio della strada, di guardare dritto di fronte a noi e di veder passare un’automobile a 50 Km/h. Ovviamente, senza muovere la testa cioe’ senza seguire il movimento della macchina, il passaggio nel vostro campo visivo durerebbe veramente poco. Ora, se invece vediamo una macchina passare sempre a 50 Km/h ma questa volta, ad esempio, a 100 metri di distanza, allora il tempo del passaggio sara’ piu’ lungo. In altri termini, il periodo trascorso dell’automobile nel vostro campo visivo sara’ piu’ lungo in questo secondo caso. Bene, questo e’ esattamente quello che gli astronomi hanno detto per indicare la vicinanza del sistema binario. Il fatto di vedere le stelle muoversi molto velocemente ha appunto fatto capire che la distanza doveva essere molto piccola.

Per completezza, e’ stato ovviamente assegnato un nome a questo sistema binario che e’ stato chiamato WISE J104915.57-531906. Questa e’ una foto scattata da Wise, in cui si vede il dettaglio del sistema binario con le due nane brune di cui stiamo parlando:

Immagine catturata da WISE delle due nane brune vicine al Sole

A questo punto pero’, la domanda lecita che possiamo farci e’: ma cosa sono queste nane brune? Molto brevemente, si tratta di oggetti con massa piu’ grande rispetto a quella di un pianeta ma inferiore a 0,08 volte quella del Sole. Questo rappresenta il limite astronomico, ma in realta’ nucleare, per poter innescare le potenti reazioni di fusione. In questo senso, le nane brune sono corpi celesti relativamente freddi e molto spesso vengono infatti chiamate “stelle mancate”. Proprio la bassa luminosita’ di queste stelle le rende difficilmente osservabili.

Il telescopio Wise, lanciato dalla NASA nel 2009, era specializzato proprio nella ricerca di oggetti di scarsa luminosita’, come asteroidi e nane brune. Wise comprende un telescopio sensibile all’infrarosso con uno specchio di 40 cm di diametro. Proprio la finestra di sensibilita’ dello strumento lo rende adatto a questo tipo di ricerche.

Purtroppo, come detto all’inizio dell’articolo, la grande mole di immagini catturate da Wise, ma soprattutto le particolari ricerche su cui questo telescopio e’ specializzato, lo rendono una delle missioni piu’ amate dai catastrofisti. Questi sono solo alcuni dei post in cui ne abbiamo parlato:

– Scontro Terra-Nibiru a Luglio?

– Venerdi finisce il mondo!

– Finalmente le foto di Nibiru

Concludendo, anche in questo caso, le notizie riportate su internet dai soliti noti non sono altro che una distorsione della realta’ scientifica da cui sono estropolate. Il telescopio Wise della NASA e’ stato in grado di osservare un sistema binario di nane brune a soli 6,5 anni luce dal Sole e questa rappresenta una notevole scoperta in campo astronomico. Queste stelle pero’ non sono assolutamente pericolose, non sono in rotta di collisione con noi ma soprattutto non sono le responsabili di nessuna pioggia di meteoriti, tra l’altro completamente inesistente, lanciata verso la Terra.

 

”Psicosi 2012. Le risposte della scienza”, un libro di divulgazione della scienza accessibile a tutti e scritto per tutti. Matteo Martini, Armando Curcio Editore.