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Buon appetito Sagitarius A*

5 Mag

Un nostro caro lettore, nella sezione:

Hai domande o dubbi?

ci ha segnalato delle pagine davvero molto interessanti, dal nostro punto di vista, riguardanti un evento cosmico molto affascinante che sta iniziando proprio in questi mesi e durera’ per almeno una decina di anni.

Di cosa si tratta?

Molto probabilmente, se siete appassionati di astronomia e eventi cosmici, avrete sentito parlare di G2, una nube di gas che si sta avvicinando verso il centro della nostra galassia. Cosa c’e’ di speciale in questo movimento? In alcuni articoli abbiamo gia’ parlato del centro della Galassia e soprattutto di Sagitarius A*, il buco nero super massivo che si trova in questo punto:

Nube assassina dallo spazio

Meteorite anche a Cuba e dark rift

Nuova sconvolgente Teoria

Come visto, non c’e’ assolutamente nulla di anormale nella presenza di questo buco nella nostra galassia anzi, per dirla tutta, si pensa che oggetti di questo tipo siano presenti nel centro di molte galassie.

Ora, cosa sarebbe G2? Anche in questo caso, dietro questo nome misterioso, non c’e’ nulla di sorprendente. Si tratta di una nube di gas con una massa circa 3 volte quella della Terra che pero’ si trova molto vicina a Sagitarius. Come e’ ormai noto, parlando cosmologicamente di “molto vicino”, intendiamo comunque dimensioni molto elevate. Nel caso di G2, la sua orbita prevede un passaggio ravvicinato con una minima distanza dal buco nero di circa 260 unita’ astronomiche. Come visto in questo articolo:

I buchi neri che … evaporano

questa distanza corrisponde pero’ a circa 3000 volte il raggio dell’orizzonte degli eventi del buco nero. Come potete facilmente immaginare, ad una distanza cosi’ “piccola”, la nube sara’ attratta dalla gravita’ del buco nero per cui gli effetti di questa forza saranno molto intensi per il gas.

G2 e’ stata scoperta nel 2002, ma solo nel 2012 si e’ iniziato a studiarla in dettaglio proprio quando si e’ ricostruita con maggiore precisione la sua orbita. Il passaggio ravvicinato con Sagitarius A*, rappresenta un evento cosmico molto importante dal punto di vista dell’astrofisica. Durante questo incontro, sara’ infatti possibile studiare in dettaglio diverse caratteristiche dei buchi neri, ancora poco noti, come, ad esempio, il processo di accrescimento, la gravita’, l’orizzonte degli eventi, ecc..

Perche’ questo evento viene richiamato da alcuni siti catastrofisti? La motivazione e’ sempre, purtroppo, la stessa: speculare su eventi assolutamente non pericolosi pur di aumentare le visite ai propri siti. Come visto negli articoli precedenti, la Terra si trova a circa 26000 anni luce dal centro della Galassia. Questo significa che, anche volendo, qualunque cosa, radiazione o materia, sparata da Sagitarius A verso la Terra impieghera’ al minimo 26000 anni per raggiungerci. Detto questo, non credo sia il caso di preoccuparci ne’ di questo incontro, ne’ di qualunque altro evento cosmico che possa interessare il centro della nostra galassia.

Oltre a questa speculazione “scontata”, come sottolineato nel commento iniziale da cui siamo partiti, ci sono alcuni siti, apparentemente camuffati da siti scientifici, che propongono teorie “alternative” per G2 e per il suo passaggio ravvicinato. La prima ipotesi che salta agli occhi e’ che si vorrebbe far credere che G2 non sia in realta’ una nube di gas ma una stella. E’ possibile questo? In realta’ si, ma questa ipotesi, prima che su questi siti, e’ stata discussa a livello scientifico. Esistono infatti diverse ipotesi sull’origine e sulla struttura di G2. Come detto all’inizio, si pensa con maggiore probabilita’ che questa sia una nube di gas. Da dove proviene? Ipotesi possibili potrebbero essere che si tratti di una nube di gas cosmico isolata oppure che si tratti dell’atmosfera di una qualche stella strappata da eventi cosmici. Un’idea alternativa prevede invece, da studi sull’orbita, che non si tratti esclusivamente di gas, ma che, all’interno della nube osservata, ci sia un corpo massivo come una stella nelle fasi finali della propria esistenza. Altre ipotesi alternative prevedono che G2 sia un proto-pianeta, cioe’ quello che rappresentava un disco di accrescimento di un corpo massivo che pero’ non e’ riuscito a formarsi a causa della temperatura troppo alta dei gas. Tutte ipotesi possibili scientifiche e su cui ancora oggi si dibatte.

Dal punto di vista del passaggio ravvicinato, cosa comporterebbe una struttura diversa di G2?

Ovviamente, la reale natura della nube, continuiamo a chiamarla cosi’, determinera’ uno “spettacolo” diverso durante il passaggio. Per essere precisi, e per smentire alcuni siti e giornali che hanno usato titoli pomposi, questo passaggio non rappresentera’ un lauto pasto per Sagitarius A*, ma piu’ che altro uno spuntino. La minima distanza di passaggio sara’ tale da far avvertire l’attrazione gravitazionale da parte del buco nero ma, molto probabilmente, G2 sopravvivera’ all’incontro perche’ troppo distante dall’orizzonte degli eventi.

Diverse simulazioni condotte in questi mesi hanno mostrato scenari possibili in cui G2 sopravvivera’ anche se la sua orbita e la sua struttura saranno fortemente modificati. In particolare, dopo l’incontro, la nube di gas potrebbe essere talmente diffusa da non apparire piu’ come compatta. Inoltre, se G2 fosse composta solo ed esclusivamente di gas, durante l’assorbimento da parte di Sagitarius A*, verranno emessi brillamenti di radiazione soprattutto nei raggi X. Al contrario, se all’interno fosse presente un corpo massivo, questo effetto sarebbe notevolmente ridimensionato. Come potete capire molto bene, dall’emissione di radiazione nel passaggio, sara’ dunque possibile capire anche la struttura intima di G2.

Vi mostro anche una simulazione di uno degli scenari possibili dell’attrazione di G2 da parte del buco nero:

Simulazione dell'attrazione di G2 da parte di Sagitarius A*

Simulazione dell’attrazione di G2 da parte di Sagitarius A*

Come vedete, l’orbita seguita dalla nube viene deviata verso la parte centrale a causa dell’attrazione gravitazionale esercitata da Sagitarius A*.

Concludendo, a partire dal 2013 e’ iniziato il passaggio ravvicinato di una nube di gas, G2, in prossimita’ del buco nero che occupa il centro della nostra galassia, Sagitarius A*. Questo evento cosmico durera’ uan decina di anni che rappresentano comunque un intervallo molto breve sulle scale del nostro universo. A parte le speculazioni sempre presenti per eventi di questo tipo, si tratta di un evento assolutamente non pericoloso, ma estremamente affascinante dal punto di vista scientifico. Come visto nell’articolo, osservando questo passaggio, sara’ possibile ottenere informazioni molto importanti sulla nube di gas, sulla sua struttura interna ma, soprattutto, sara’ possibile carpire informazioni molto importanti per comprendere meglio i buchi neri e i processi che ne regolano il loro accrescimento.

 

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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Lampioni alieni su Marte

11 Apr

Come visto in diversi articoli, la missione della NASA Curiosity ha assunto un’importanza del tutto particolare e non solo dal punto di vista scientifico. Diversi fattori hanno contribuito a creare la notorieta’ popolare del rover. Prima di tutto, Marte e’ da sempre visto come pianeta che potrebbe ospitare forme di vita. Questo, purtroppo, piu’ che da aspetti biologici e fisici, dipende dai tanti film di fantascienza che da sempre sono stati ambientati sul pianeta rosso. Oltre a questi aspetti, lasciatemi dire, storici, il rover e’ giunto sul pianeta in piena era digitale dove molti dispongono di una connessione internet e, nel modo giusto o sbagliato, cercano di reperire informazioni sulla rete. In tutto questo poi, non dimentichiamo un aspetto fondamentale, le foto scattate da Curiosity vengono messe online praticamente subito e sono di libero accesso a chiunque.

In questo scenario open source, i complottisti e i sostenitori della vita su Marte sguazzano allegramente analizzando minuzionsamente ogni singolo scatto alla ricerca della prova che farebbe ricredere tanti scienziati e dimostrerebbe la presenza di colonie intelligenti sul pianeta rosso.

Praticamente ogni giorno troviamo qualche notizia che parla di strani ritrovamenti osservati in qualche foto in lontananza. Praticamente sempre, queste “osservazioni” si riducono a rocce di forma particolare sulle quali l’elaborazione cerebrale umana costruisce soggetti comuni che vanno da animali, uomini sdraiati, basi aliene, ecc. Come sapete, questo e’ un fenomeno noto e conosciuto come pareidolia.

Perche’ torno su questi argomenti?

Semplice, come forse avrete letto, in questi giorni c’e’ stata una nuova evidenza messa in luce da una foto di Curiosity. A differenza dei casi precedenti, questa volta non abbiamo dischi volanti, ma quella che sembrerebbe una luce proveniente dal sottosuolo.

Senza troppi giri di parole, vi mostro subito l’immagine:

La foto scattata da Curiosity con la strana anomalia

La foto scattata da Curiosity con la strana anomalia

Come vedete, in lontananza si vede quello che sembrerebbe un raggio di luce proveniente dal terreno. Questa foto e’ stata evidenziata e resa celebre proprio da un sito di sostenitori degli ufo. La spiegazione? Ovviamente, non sembra una luce, e’ una luce. Una luce su Marte? Certo, si tratta di un’evidenza che Marte sia un pianeta abitato. A causa pero’ delle avverse condizioni sulla superficie, gli abitanti del pianeta rosso vivono in comunita’ sotterranee. La luce che abbiamo osservato altro non e’ che uno dei punti di accesso al sottosuolo.

E’ verosimile questa ipotesi?

Se proprio devo dire la mia, cosi’ su due piedi, permettetemi di essere abbastanza scettico.

Cerchiamo di andare con ordine e di approcciarci a questo problema in modo razionale e senza lasciarci trasportare da “quello che vogliamo vedere”.

Per prima cosa, ogni foto che viene scattata da Curiosity e’ ottenuta sovrapponendo due immagini prese nello stesso istante, la prima da una fotocamera posizionata sul lato destro, la seconda sul lato sinistro. Perche’ questo? Semplice, questo semplice trucco e’ utilizzato per dare maggior definizione e piu’ profondita’ alle immagini, un po’ come fanno i nostri occhi che forniscono due immagini contemporaneamente al cervello. Per la foto incriminata, la presenza del misterioso oggetto e’ presente solo in una delle due immagini e precisamente in quella di destra, mentre in quella di sinistra non e’ presente nessuna anomalia. Sul sito della NASA sono disponibili anche le due immagini separate e che vi riporto qui:

Singole foto scattate con le due camere sui lati opposti

Singole foto scattate con le due camere sui lati opposti

Detto questo, almeno a mio avviso, credo si possa escludere una luce artificiale proveniente dal terreno. Dal mio punto di vista, se ci fosse qualcosa di artificiale in quel punto, questo sarebbe visibile sempre indipendentemente dalla posizione della fotocamera e, soprattutto, dal lato del rover da cui l’immagine viene presa.

Allora cosa potrebbe essere questa anomalia?

La prima spiegazione che verrebbe in mente e’ quella di un’anomalia al sensore della camera. Attenzione pero’, se fosse un guasto relativo ad alcuni pixel della ccd, in questo caso dovremmo vedere dei disturbi in tutte le foto scattate dalla stessa camera, cosa che non avviene nelle foto catturate in seguito. Non e’ pero’ necessario pensare ad una rottura strutturale della camera, quanto ad una anomalia temporanea del sensore.

Cosa potrebbe provocare un’anomalia temporanea?

Come sostenuto anche da alcuni tecnici della NASA, l’improvviso bagliore in un punto preciso potrebbe essere dipeso da un rilascio energetico in quel punto a causa di un evento sporadico e non sistematico. Tradotto? Il passaggio di un raggio cosmico particolarmente, ma neache troppo, energetico sul sensore della camera. Come sapete, anche noi sulla Terra siamo costantemente bombardati da particelle provenienti dalla Galassia e principalmente dal Sole. Nel caso specifico della Terra abbiamo quello che si chiama sciame secondario provocato dalle particelle, queste di sciame primario, che arrivano nella parte alta dell’atmosfera dallo spazio. La presenza di queste particelle, ripeto conosciute e studiate da tantissimi anni, rappresentano un fattore da monitorare anche nei viaggi nel cosmo e per gli astronauti sulla Stazione Spaziale. In questo caso infatti, la dose di particelle deve essere controllata per evitare livelli troppo elevati di radiazione.

Su Marte arrivano ovviamente raggi cosmici provenienti in larga parte dal Sole. Bene, quella piccola traccia presente nello scatto della camera potrebbe proprio essere il segno lasciato dal passaggio di un raggio cosmico. Questo non solo spiegherebbe la presenza dell’anomalia ma sarebbe compatibile con quanto osservato. Il passaggio della particella lascia il segno nel momento dello scatto ma non danneggia irreparabilmente la CCD. Dunque, negli scatti successivi non si osserva piu’ nessuna anomalia. Inoltre, il passaggio in un punto preciso spiegherebbe anche perche’ l’anomalia e’ presente in una solo fotocamera mentre l’altra immmagine ne e’ sprovvista.

A mio avviso, questa spiegazione e’ la piu’ plausibile e concorda in pieno con quanto osservato.

Altre spiegazioni razionali che sono state date sono relative alla presenza di particolari riflessi della luce solare. In particolare, due le ipotesi piu’ accreditate in questo caso: roccia o dust devil.

Per la roccia, e’ possibile immaginare la presenza di una roccia molto riflettente nel punto in cui si vede l’anomalia. In questo caso, la poca distanza, ma comunque il lato opposto, delle camere sul rover farebbe si che la luce riflessa possa essere osservata da un lato e non dall’altro. Personalmente, pensando ad una roccia molto riflettente in un punto preciso di Marte, la cosa mi sembrerebbe un po’ strana.

L’altra ipotesi richiamata e’ quella del dust devil. Di questo argomento abbiamo gia’ parlato in due post specifici:

Tornando di Fuoco in Australia

Marte: pietra che rotola o misterioso Yeti?

Come visto, i dust devil sono dei piccoli tornado di sabbia che si formano in condizioni particolari e che sono stati ripresi anche sulla superifice di Marte. In particolare, questa animazione ci mostra proprio uno di questi vortici ripreso sul pianeta rosso:

Dust devil ripreso sulla superficie di Marte

Dust devil ripreso sulla superficie di Marte

Cosi, come nel caso della roccia, l’anomalia sarebbe dovuta alla riflessione della luce proveniente dal sole sul tornado. Riflessione visibile solo da un lato perche’ il secondo sensore e’ in posizione piu’ sfavorevole o coperto dal rover stesso. Anche qui, se devo pensare ad una camera che vede un riflesso mentre l’altra no, diciamo che la spiegazione mi sembra un po’ forzata.

Concludendo, almeno dal mio punto di vista, mi sentirei di escludere da subito che l’anomalia osservata su Marte da Curiosity sia prodotta da un faro alieno posto sotto la superficie. La spiegazione piu’ logica, alla luce, e’ proprio il caso di dirlo, di quanto osservato, e’ che la piccola traccia sia prodotta dal passaggio di un raggio cosmico nel sensore di una delle due telecamere proprio nel momento dello scatto. Se pensiamo all’energia in gioco e alla frequenza del passaggio di queste particelle, la cosa non e’ assolutamente sorprendente. Come dichiarato anche da altre fonti interne alla NASA, molte volte vengono registrate immagini da Marte con puntini o zone piu’ luminose dovute al passaggio di particelle. Detto questo, almeno in attesa di una spiegazione conclusiva anche da parte della NASA stessa, io mi sento di votare per il raggio cosmico.

 

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

L’espansione metrica dell’universo

8 Apr

In questo blog, abbiamo dedicato diversi articoli al nostro universo, alla sua storia, al suo destino, alla tipologia di materia o non materia di cui e’ formato, cercando, come e’ ovvio, ogni volta di mettere il tutto in una forma quanto piu’ possibile comprensibile e divulgativa. Per chi avesse perso questi articoli, o solo come semplice ripasso, vi riporto qualche link riassuntivo:

E parliamo di questo Big Bang

Il primo vagito dell’universo

Universo: foto da piccolo

La materia oscura

Materia oscura intorno alla Terra?

Due parole sull’antimateria

Flusso oscuro e grandi attrattori

Ascoltate finalmente le onde gravitazionali?

Come e’ ovvio, rendere questi concetti fruibili a fini divulgativi non e’ semplice. Per prima cosa, si deve evitare di mettere formule matematiche e, soprattutto, si deve sempre riflettere molto bene su ogni singola frase. Un concetto che potrebbe sembrare scontato e banale per un addetto ai lavori, potrebbe essere del tutto sconosciuto a chi, non avendo basi scientifiche solide, prova ad informarsi su argomenti di questo tipo.

Perche’ faccio questo preambolo?

Pochi giorni fa, un nostro lettore mi ha contatto via mail per chiedermi di spiegare meglio il discorso dell’espansione dell’universo. Per essere precisi, la domanda era relativa non all’espansione in se, ma a quella che viene appunto definita “espansione metrica” dell’universo. Cosa significa? Come visto varie volte, l’idea comunemente accettata e’ che l’universo sia nato da un Big Bang e durante questa espansione si sono prima formate le forze, il tempo, le particelle, poi i pianeti, le galassie e via dicendo. Ci sono prove di questo? Assolutamente si e ne abbiamo parlato, anche in questo caso, piu’ volte: la radiazione cosmica di fondo, lo spostamento verso il rosso delle galassie lontane, le conclusioni stesse portate dalla scoperta del bosone di Higgs e via dicendo. Dunque? Che significa espansione metrica dell’universo? In parole povere, noi diciamo che l’universo si sta espandendo, e che sta anche accelerando, ma come possiamo essere certi di questo? Che forma ha l’universo? Per quanto ancora si espandera’? Poi cosa succedera’? Sempre nella domanda iniziale, veniva posto anche un quesito molto interessante: ma se non fosse l’universo ad espandersi ma la materia a contrarsi? L’effetto sarebbe lo stesso perche’ la mutua distanza tra due corpi aumenterebbe nel tempo dando esattamente lo stesso effetto apparente che vediamo oggi.

Come potete capire, di domande ne abbiamo fin troppe a cui rispondere. Purtroppo, e lo dico in tutta sincerita’, rendere in forma divulgativa questi concetti non e’ molto semplice. Come potete verificare, raccontare a parole che il tutto sia nato da un Big Bang, che ci sia stata l’inflazione e si sia formata la radiazione di fondo e’ cosa abbastanza fattibile, parlare invece di forma dell’universo e metrica non e’ assolutamente semplice soprattutto senza poter citare formule matematiche che per essere comprese richiedono delle solide basi scientifiche su cui ragionare.

Cerchiamo dunque di andare con ordine e parlare dei vari quesiti aperti.

Come visto in altri articoli, si dice che il Big Bang non e’ avvenuto in un punto preciso ma ovunque e l’effetto dell’espansione e’ visibile perche’ ogni coppia di punti si allontana come se ciascun punto dell’universo fosse centro dell’espansione. Cosa significa? L’esempio classico che viene fatto e’ quello del palloncino su cui vengono disegnati dei punti:

Esempio del palloncino per spiegare l'espansione dell'universo

Esempio del palloncino per spiegare l’espansione dell’universo

Quando gonfiate il palloncino, i punti presenti sulla superficie si allontanano tra loro e questo e’ vero per qualsiasi coppia di punti. Se immaginiamo di essere su un punto della superficie, vedremo tutti gli altri punti che si allontanano da noi. Bene, questo e’ l’esempio del Big Bang.

Ci sono prove di questo? Assolutamente si. La presenza della CMB e’ proprio un’evidenza che ci sia stato un Big Bang iniziale. Poi c’e’ lo spostamento verso il rosso, come viene definito, delle galassie lontane. Cosa significa questo? Siamo sulla Terra e osserviamo le galassie lontane. La radiazione che ci arriva, non necessariamente con una lunghezza d’onda nel visibile, e’ caratteristica del corpo che la emette. Misurando questa radiazione ci accorgiamo pero’ che la frequenza, o la lunghezza d’onda, sono spostate verso il rosso, cioe’ la lunghezza d’onda e’ maggiore di quella che ci aspetteremmo. Perche’ avviene questo? Questo effetto e’ prodotto proprio dal fatto che la sorgente che emette la radiazione e’ in moto rispetto a noi e poiche’ lo spostamento e’ verso il rosso, questa sorgente si sta allontanando. A questo punto sorge pero’ un quesito molto semplice e comune a molti. Come sapete, per quanto grande rapportata alle nostre scale, la velocita’ della luce non e’ infinita ma ha un valore ben preciso. Questo significa che la radiazione emessa dal corpo lontano impiega un tempo non nullo per raggiungere la Terra. Come spesso si dice, quando osserviamo stelle lontane non guardiamo la stella come e’ oggi, ma come appariva quando la radiazione e’ stata emessa. Facciamo l’esempio classico e facile del Sole. La luce emessa dal Sole impiega 8 minuti per arrivare sulla Terra. Se noi guardiamo ora il Sole lo vediamo come era 8 minuti fa. Se, per assurdo, il sole dovesse scomparire improvvisamente da un momento all’altro, noi ce ne accorgeremmo dopo 8 minuti. Ora, se pensiamo ad una stella lontana 100 anni luce da noi, quella che vediamo e’ la stella non come e’ oggi, ma come era 100 anni fa. Tornando allo spostamento verso il rosso, poiche’ parliamo di galassie lontane, la radiazione che ci arriva e’ stata emessa moltissimo tempo fa. Domanda: osservando la luce notiamo uno spostamento verso il rosso ma questa luce e’ stata emessa, supponiamo, mille anni fa. Da quanto detto si potrebbe concludere che l’universo magari era in espansione 1000 anni fa, come da esempio, mentre oggi non lo e’ piu’. In realta’, non e’ cosi’. Lo spostamento verso il rosso avviene a causa del movimento odierno tra i corpi e dunque utilizzare galassie lontane ci consente di osservare fotoni che hanno viaggiato piu’ a lungo e da cui si ottengono misure piu’ precise. Dunque, da queste misure, l’universo e’ in espansione e’ lo e’ adesso. Queste misurazioni sono quelle che hanno portato Hubble a formulare la sua famosa legge da cui si e’ ricavata per la prima volta l’evidenza di un universo in espansione.

Bene, l’universo e’ in espansione, ma se ci pensate questo risultato e’ in apparente paradosso se pensiamo alla forza di gravita’. Perche’? Negli articoli precedentemente citati, abbiamo piu’ volte parlato della gravita’ citando la teoria della gravitazione universale di Newton. Come e’ noto, due masse poste a distanza r si attraggono con una forza che dipende dal prodotto delle masse ed e’ inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza. Ora, nel nostro universo ci sono masse distribuite qui a la in modo piu’ o meno uniforme. Se pensiamo solo alla forza di gravita’, una coppia qualunque di queste masse si attrae e quindi le due masse tenderanno ad avvicinarsi. Se anche pensiamo ad una spinta iniziale data dal Big Bang, ad un certo punto questa spinta dovra’ terminare controbilanciata dalla somma delle forze di attrazione gravitazionale. In altre parole, non e’ possibile pensare ad un universo che si espande sempre se abbiamo solo forze attrattive che lo governano.

Questo problema ha angosciato l’esistenza di molti scienziati a partire dai primi anni del ‘900. Lo stesso Einstein, per cercare di risolvere questo problema dovette introdurre nella Relativita’ Generale quella che defini’ una costante cosmologica, a suo avviso, un artificio di calcolo che serviva per bilanciare in qualche modo l’attrazione gravitazionale. L’introduzione di questa costante venne definita dallo stesso Einstein il piu’ grande errore della sua vita. Oggi sappiamo che non e’ cosi’, e che la costante cosmologica e’ necessaria nelle equazioni non come artificio di calcolo ma, in ultima analisi, proprio per giustificare la presenza di componenti non barioniche, energia oscura in primis, che consentono di spiegare l’espansione dell’universo. Se vogliamo essere precisi, Einstein introdusse la costante non per avere un universo in espansione bensi’ un universo statico nel tempo. In altre parole, la sua costante serviva proprio a bilanciare esattamente l’attrazione e rendere il tutto fermo. Solo osservazioni successive, tra cui quella gia’ citata dello stesso Hubble, confermarono che l’universo non era assolutamente statico bensi’ in espansione.

Ora, a questo punto, potremmo decidere insieme di suicidarci dal punto di vista divulgativo e parlare della metrica dell’universo, di coordinate comoventi, ecc. Ma questo, ovviamente, implicherebbe fogli di calcoli e basi scientifiche non banali. Abbiamo le prove che l’universo e’ in espansione, dunque, ad esempio, guardando dalla Terra vediamo gli altri corpi che si allontanano da noi. Come si allontanano? O meglio, di nuovo, che forma avrebbe questo universo?

L’esempio del palloncino fatto prima per spiegare l’espansione dell’universo, e’ molto utile per far capire questi concetti, ma assolutamente fuoriviante se non ci si riflette abbstanza. Molto spesso, si confonde questo esempio affermando che l’universo sia rappresentato dall’intero palloncino compreso il suo volume interno. Questo e’ concettualmente sbagliato. Come detto in precedenza, i punti si trovano solo ed esclusivamente sulla superficie esterna del palloncino che rappresenta il nostro universo.

A complicare, o a confondere, ancora di piu’ le idee c’e’ l’esempio del pane con l’uvetta che viene usato per spiegare l’espansione dell’universo. Anche su wikipedia trovate questo esempio rappresentato con una bella animazione:

Esempio del pane dell'uvetta utilizzato per spiegare l'aumento della distanza tra i punti

Esempio del pane dell’uvetta utilizzato per spiegare l’aumento della distanza tra i punti

Come vedete, durante l’espansione la distanza tra i punti cresce perche’ i punti stessi, cioe’ i corpi presenti nell’universo, vengono trascinati dall’espansione. Tornado alla domanda iniziale da cui siamo partiti, potremmo penare che in realta’ lo spazio resti a volume costante e quello che diminuisce e’ il volume della materia. Il lettore che ci ha fatto la domanda, mi ha anche inviato una figura esplicativa per spiegare meglio il concetto:

Confronto tra il modello di aumento dello spazio e quello di restringimento della materia

Confronto tra il modello di aumento dello spazio e quello di restringimento della materia

Come vedete, pensando ad una contrazione della materia, avremmo esattamente lo stesso effetto con la distanza mutua tra i corpi che aumenta mentre il volume occupato dall’universo resta costante.

Ragioniamo pero’ su questo concetto. Come detto, a supporto dell’espansione dell’universo, abbiamo la legge di Hubble, e anche altre prove, che ci permettono di dire che l’universo si sta espandendo. In particolare, lo spostamento verso il rosso della radiazione emessa ci conferma che e’ aumentato lo spazio tra i corpi considerati, sorgente di radiazione e bersaglio. Inoltre, la presenza dell’energia oscura serve proprio a spiegare questa evoluzione dell’universo. Se la condizione fosse quella riportata nell’immagine, cioe’ con la materia che si contrae, non ci sarebbe lo spostamento verso il rosso, e anche quello che viene definito Modello Standard del Cosmo, di cui abbiamo verifiche sperimentali, non sarebbe utilizzabile.

Resta pero’ da capire, e ritorno nuovamente su questo punto, che forma dovrebbe avere il nostro universo. Non sto cercando di volta in volta di scappare a questa domanda, semplicemente, stiamo cercando di costruire delle basi, divulgative, che ci possano consentire di capire questi ulteriori concetti.

Come detto, parlando del palloncino, non dobbiamo fare l’errore di considerare tutto il volume, ma solo la sua superificie. In particolare, come si dice in fisica, per capire la forma dell’universo dobbiamo capire che tipo di geometria assegnare allo spazio-tempo. Purtroppo, come imparato a scuola, siamo abituati a pensare alla geometria Euclidea, cioe’ quella che viene costruita su una superifice piana. In altre parole, siamo abituati a pensare che la somma degli angoli interni di un traiangolo sia di 180 gradi. Questo pero’ e’ vero solo per un triangolo disegnato su un piano. Non e’ assolutamente detto a priori che il nostro universo abbia una geometria Euclidea, cioe’ che sia piano.

Cosa significa?

Come e’ possibile dimostrare, la forma dell’universo dipende dalla densita’ di materia in esso contenuta. Come visto in precedenza, dipende dunque, come e’ ovvio pensare, dall’intensita’ della forza di attrazione gravitazionale presente. In particolare possiamo definire 3 curvature possibili in funzione del rapporto tra la densita’ di materia e quella che viene definita “densita’ critica”, cioe’ la quantita’ di materia che a causa dell’attrazione sarebbe in grado di fermare l’espasione. Graficamente, le tre curvature possibili vengono rappresentate con tre forme ben distinte:

Curvature possibili per l'universo in base al rapporto tra densita' di materia e densita' critica

Curvature possibili per l’universo in base al rapporto tra densita’ di materia e densita’ critica

Cosa significa? Se il rapporto e’ minore di uno, cioe’ non c’e’ massa a sufficienza per fermare l’espansione, questa continuera’ per un tempo infinito senza arrestarsi. In questo caso si parla di spazio a forma di sella. Se invece la curvatura e’ positiva, cioe’ la massa presente e’ maggiore del valore critico, l’espansione e’ destinata ad arrestarsi e l’universo iniziera’ ad un certo punto a contrarsi arrivando ad un Big Crunch, opposto al Big Bang. In questo caso la geometria dell’universo e’ rappresentata dalla sfera. Se invece la densita’ di materia presente e’ esattamente identica alla densita’ critica, in questo caso abbiamo una superficie piatta, cioe’ Euclidea, e l’espansione si arrestera’ ma solo dopo un tempo infinito.

Come potete capire, la densita’ di materia contenuta nell’universo determina non solo la forma di quest’ultimo, ma anche il suo destino ultimo in termini di espansione o contrazione. Fate pero’ attenzione ad un altro aspetto importante e molto spesso dimenticato. Se misuriamo questo rapporto di densita’, sappiamo automaticamente che forma ha il nostro universo? E’ vero il discorso sul suo destino ultimo, ma le rappresentazioni grafiche mostrate sono solo esplicative e non rappresentanti la realta’.

Perche’?

Semplice, per disegnare queste superifici, ripeto utilizzate solo per mostrare graficamente le diverse forme, come si e’ proceduto? Si e’ presa una superficie bidimensionale, l’equivalente di un foglio, e lo si e’ piegato seguendo le indicazioni date dal valore del rapporto di densita’. In realta’, lo spazio tempo e’ quadrimensionale, cioe’ ha 3 dimensioni spaziali e una temporale. Come potete capire molto facilmente, e’ impossibile sia disegnare che immaginare una superificie in uno spazio a 4 dimensioni! Questo significa che le forme rappresentate sono esplicative per far capire le differenze di forma, ma non rappresentano assolutamnete la reale forma dell’universo dal momento che sono ottenute eliminando una coordinata spaziale.

Qual e’ oggi il valore di questo rapporto di densita’? Come e’ ovvio, questo valore deve essere estrapolato basandosi sui dati raccolti da misure osservative nello spazio. Dal momento che sarebbe impossibile “contare” tutta la materia, questi valori vengono utilizzati per estrapolare poi il numero di barioni prodotti nel Big Bang. I migliori valori ottenuti oggi danno rapporti che sembrerebbero a cavallo di 1 anche se con incertezze ancora troppo elevate per avere una risposta definitiva.

Concludendo, affrontare queste tematiche in chiave divulgativa non e’ assolutamente semplice. Per quanto possibile, e nel limite delle mie possibilita’, spero di essere riuscito a farvi capire prima di tutto quali sono le verifiche sperimentali di cui disponiamo oggi e che sostengono le teorie di cui tanto sentiamo parlare. Queste misure, dirette o indirette che siano, ci permettono di capire che il nostro universo e’ con buona probabilita’ nato da un Big Bang, che sta attualmente espandendosi e questa espansione, almeno allo stato attuale, e’ destinata a fermarsi solo dopo un tempo infinito. Sicuramente, qualunque sia il destino ultimo del nostro universo, questo avverra’ in un tempo assolutamente molto piu’ grande della scala umana e solo la ricerca e la continua osservazione del cosmo ci possono permettere di fare chiarezza un poco alla volta.

 

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

L’universo e’ stabile, instabile o meta-stabile?

25 Mar

Negli ultimi articoli, complici anche i tantissimi commenti e domande fatte, siamo tornati a parlare di ricerca e delle ultime misure scientifiche che tanto hanno fatto discutere. Come fatto notare pero’, molto spesso, queste discussioni che dovrebbero essere squisitamente scientifiche lasciano adito ad articoli su giornali, anche a diffusione nazionale, che male intendono o approfittano del clamore per sparare sentenze senza senso e, lasciatemelo dire, assolutamente fuori luogo.

In particole, nell’articolo precedente, abbiamo discusso l’ultima misura della massa del quark top ottenuta mediante la collaborazione dei fisici di LHC e del Tevetron. Questo risultato e’ il piu’ preciso mai ottenuto prima e ci consente, di volta in volta, di migliorare la nostra conoscenza, come spesso ripeto, sempre troppo risicata e assolutamente lontana dalla comprensione del tutto.

Per discutere la misura della massa del top, siamo partiti da una notizia apparsa sui giornali che parlava di un universo pronto a dissolversi da un istante all’altro. Premesso che, come fatto notare, questa notizia era completamente campata in aria, su suggerimento di una nostra cara lettrice, ci e’ stato chiesto di discutere con maggior dettaglio quello che molti chiamano il destino ultimo del nostro universo. Come forse avrete sentito, su alcune fonti si parla spesso di universo stabile, instabile o meta-stabile farfugliando, nel vero senso della parola, come questa particolarita’ sia legata alla massa di qualche particella.

Cerchiamo dunque di spiegare questo importante e non banale concetto cercando sempre di mantenere un approccio quanto possibile divulgativo.

Per prima cosa, dobbiamo tornare a parlare del bosone di Higgs. Come forse ricorderete, in un articolo specifico:

Bosone di Higgs, ma che sarebbe? 

abbiamo gia’ affrontato la sua scoperta, cercando in particolare di spiegare il perche’ l’evidenza di questa particella sarebbe cosi’ importnate nell’ambito del modello standard e della fisica delle alte energie. Come fatto notare pero’, anche in questo caso, parliamo ancora di “evidenza” e non di “scoperta”. Visto che me lo avete chiesto direttamente, ci tengo a sottolineare questa importante differenza.

Come sapete, la fisica e’ detta una “scienza esatta”. Il motivo di questa definizione e’ alquanto semplice: la fisica non e’ esatta perche’ basata su informazioni infinitamente esatte, ma perche’ ogni misura e’ accompagnata sempre da un’incertezza esattamente quantificata. Questa incertezza, e’ quella che comunemente viene chiamato “errore”, cioe’ il grado di confidenza statistico che si ha su un determinato valore. Per poter parlare di evidenza, e’ necessario che la probabilita’ di essersi sbagliati sia inferiore di un certo valore, ovviamente molto basso. Per poter invece gridare alla scoperta, la probabiita’ statistica che quanto misurato sia un errore deve essere ancora piu’ bassa. Questo grado di confidenza, ripeto prettamente statistico, e’ quello che spesso sentiamo valutare riferendosi alla “sigma” o “all’incertezza”.

Bene, tornando al bosone di Higgs, perche’ si dice che ancora non c’e’ la sicurezza che quanto osservato sia proprio quell’Higgs che cerchiamo? Semplice, il grado di confidenza, non ci consente ancora di poter affermare con sicurezza statistica che la particella osservata sia proprio il bosone di Higgs che cerchiamo e non “un” bosone di Higgs o un’altra particella. Come ormai sappiamo, il bosone di Higgs tanto cercato e’ proprio quello relativo al campo di Higgs che determina la massa delle particelle. Per poter essere quel bosone, la particella deve essere, in particolare, scalare e con spin zero. Che significa? Praticamente, queste sono le caratteristiche che definiscono l’identikit dell’Higgs che cerchiamo. Se per quanto riguarda il fatto di essere scalare siamo convinti, per lo spin della particella, dal momento che decade in due fotoni, potrebbe avere spin 0 o 2. Per poter essere sicuri che lo spin sia proprio zero, sara’ necessario raccogliere ancora piu’ dati per determinare con sicurezza questa proprieta’ anche se statisticamente possiamo escludere con una certa incetezza che lo spin sia 2.

Detto questo, e supposto, con una buona confidenza statistica, che quanto trovato sia proprio il bosone di Higgs, sappiamo che la massa trovata per questa particella e’ 125.6 GeV con un un’incertezza totale di 0.4 GeV. Questo valore della massa ha pero’ aperto le porte per una discussione teorica molto accesa e di cui si inizia a parlare anche sui giornali non prettamente scientifici.

Perche’?

Come anticipato, la massa del bosone di Higgs determina la condizione di stabilita’ o instabilita’ del nostro universo. Perche’ proprio l’Higgs? Ovviamente, questo bosone e’ correlato con il campo scalare di Higgs, cioe’ quello che assegna la massa delle particelle. Ora pero’, nel modello standard, troviamo particelle che hanno masse anche molto diverse tra loro. Se osserviamo i quark, passiamo dall’up, il piu’ leggero, al top, il piu’ pesante, con una differenza di massa veramente enorme per particelle che appartengono alla stessa “famiglia”. Detto questo, per determinare la condizione di equilibrio, e tra poco spiegheremo cosa significa, del nostro universo, e’ possibile ragionare considerando proprio le masse dell’Higgs e del top.

In che modo?

Senza spendere troppe parole, vi mostro un grafico molto significativo:

 

Stabilita' dell'universo data dalla correlazione delle masse Top-Higgs

Stabilita’ dell’universo data dalla correlazione delle masse Top-Higgs

Cosa significa questo grafico? Come potete vedere, incrociando il valore della massa del top con quella dell’Higgs e’ possibile capire in quale zona ci troviamo, appunto: stabile, instabile o meta-stabile. Scientificamente, queste sono le condizioni in cui puo’ trovarsi quello che e’ definito vuoto quantomeccanico dell’universo. Se l’universo fosse instabile, allora sarebbe transitato in una successione di stati diversi senza poter formare strutture complesse dovute all’evoluzione. Come potete facilmente capire, in questo caso, noi oggi non saremo qui ad interrogarci su come e’ fatto l’universo dal momento che non avremmo avuto neanche la possibilita’ di fare la nostra comparsa. In caso di universo stabile invece, come il termine stesso suggerisce, tutto rimane in uno stato stazionario senza grosse modificazioni. Meta-stabile invece cosa significa? Questo e’ un termine ricavato direttamente dalla termodinamica. Detto molto semplicemente, un sistema meta-stabile si trova in una posizione di minimo di energia non assoluto. Cioe’? Detto in altri termini, il sistema e’ in uno stato di equilibrio, ma sotto particolari condizioni puo’ uscire da questo stato e scendere verso qualcosa di piu’ stabile ancora. Per capirlo meglio, immaginate di mettere una scodella sul pavimento con dentro una pallina. Se muovete di poco la pallina questa oscillera’ e ricadra’ sul fondo, posizione di equilibrio meta-stabile. Se date un colpo piu’ forte, la pallina uscira’ dalla scodella e andra’ sul pavimento. A questo punto pero’ il vostro sistema immaginario ha raggiunto la posizione piu’ stabile.

Ora, capite bene quanto sia importante e interessante capire che tipo di sistema e’ il nostro universo per determinare eventuali e future evoluzioni temporali che potrebbero avvenire. Come visto nel grafico precedente, per capire lo stato dell’universo possiamo valutare le masse del top e dell’Higgs.

Cosa otteniamo con i valori delle masse oggi conosciuti? Come potete vedere, come per un simpatico scherzo, la massa dell’Higgs ci posizione proprio nella strettissima zona di meta-stabilita’ del nostro universo. Come anticipato, il fatto di non essere nella zona di instabilita’ e’ assolutamente comprensibile pensando al fatto che noi oggi siamo qui. Certo, una massa superiore a 126 GeV ci avrebbe piazzato nella zona stabile dove, come si dice nelle favole, “vissero felici e contenti”. Cosa comporta il fatto di essere nella regione di meta-stabilita’? Come qualcuno, incurante della scienza, cerca di farvi credere, siamo in bilico su una corda. Il nostro universo da un momento all’altro potrebbe transitare verso uno stato piu’ stabile modificando radicalmente le proprieta’ del vuoto quantomeccanico. In questo caso, il nostro universo collasserebbe e segnebbe la nostra fine.

E’ vero questo?

Assolutamente no. Prima di tutto, cerchiamo di ragionare. Come detto, la massa attuale del bosone di Higgs e’ 125.6+/-0.4 GeV. Questo significa che entro una certa probabilita’, piu’ del 15%, la massa del bosone potrebbe essere maggiore di 126 GeV. In questo caso la misura sarebbe pienamente della regione “stabile” dell’universo. Ovviamente, per poter determinare con precisione questo valore e’ necessario ridurre l’incertezza che accompagna la misura in modo da “stringere” l’intervallo entro cui potrebbe essere compresa questa massa.

Se anche l’universo fosse in uno stato meta-stabile, non possiamo certo pensare che da un momento all’altro questo potrebbe uscire dallo stato di equilibrio e transitare verso altro se non in particolari condizioni. Vi ripeto nuovamente come in questo caso ci stiamo muovendo all’interno di ragionamenti prettamente teorici in cui gli stessi principi della fisica che oggi conosciamo potrebbero non essere validi. Secondo alcuni infatti, la stessa evoluzione dell’universo che ha portato oggi fino a noi potrebbe essere stata possibile proprio grazie alla natura meta-stabile del vuoto quantomeccanico.

Come ricorderete, in questi articoli:

Universo: foto da piccolo

Ascoltate finalmente le onde gravitazionali?

cosi’ come in tutti quelli richiamati a loro volta, abbiamo parlato dell’inflazione, cioe’ di quel particolare periodo nell’evoluzione dell’universo che ha portato ad una notevole espansione in tempi brevissimi. Conseguenza dell’inflazione e’ l’avere un universo omogeneo ed isotropo ed in cui le fluttuazione della radiazione di fondo sono molto ridotte. Bene, il bosone di Higgs potrebbe avere avuto un ruolo decisivo per l’innesco del periodo inflazionario. Secondo alcune teorie, infatti, le condizioni fisiche per poter accendere l’inflazione potrebbero essere state date da una particella scalare e l’Higgs potrebbe appunto essere questa particella. Se proprio devo aprire una parentesi, per poter affermare con sicurezza questa cosa, dobbiamo essere sicuri che la fisica che conosciamo oggi possa essere applicata anche in quella particolare fase dell’universo, cioe’ che i modelli attualmente conosciuti possano essere estrapolati a quella che viene comunemente definita massa di Planck dove tutte le forze fondamentali si riunificano. Ovviamente, per poter affermare con sicurezza queste teorie sono necessarie ancora molte ricerche per determinare tutti i tasselli che ancora mancano a questo puzzle.

Seguendo questa chiave di lettura, il fatto di essere in un universo meta-stabile, piu’ che un rischio potrebbe essere stata proprio la caratteristica che ha permesso l’evoluzione che poi ha portato fino ai giorni nostri, con la razza umana presente sulla Terra.

Altro aspetto curioso e importante della meta-stabilita’ dell’universo e’ la possibilita’ di includere i cosiddetti multiversi. Detto molto semplicemente, il fatto che l’universo sia meta-stabile apre gli scenari ad una serie di universi paralleli tutti uno di seguito all’altro caratterizzati da valori continui di alcuni parametri fisici. Non si tratta di racconti fantascientifici o di fantasia ma di vere e proprie teorie fisiche riguardanti il nostro universo.

Concludendo, la scoperta, o l’evidenza, del bosone di Higgs e’ stata sicuramente un ottimo risultato raggiunto dalla fisica delle alte energie, ma certamente non un punto di arrivo. La misura, ancora solo preliminare, della massa della particella apre le porte a scenari di nuova fisica o di considerazioni molto importanti circa la natura del nostro stesso universo. Come visto in questo articolo, quelli che apparentemente potrebbero sembrare campi del sapere completamente diversi e lontani, l’infinitamente piccolo e l’infinitamente grande, sono in realta’ correlati tra loro proprio da singole misure, come quella della massa dell’Higgs. A questo punto, capite bene come lo scneario si fa sempre piu’ interessante e sara’ necessario fare ancora nuove ricerche prima di arrivare a qualcosa di certo.

 

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

Universo: foto da piccolo

24 Mar

In questi ultimi giorni, tutti i giornali, i telegiornali, i siti internet specializzati, sono stati invasi da articoli scientifici riguardanti le ultime scoperte fatte con il telescopio Planck. I dati di questo telescopio, gestito interamente dalla nostra Agenzia Spaziale Europea, hanno mostrato una foto dell’universo quando aveva solo 380000 anni. Ecco la foto che sicuramente vi sara’ capitato di vedere:

L'universo alla tenera eta' di 380000 anni

L’universo alla tenera eta’ di 380000 anni

Si parla anche di risultati sconvolgenti: l’universo e’ piu’ vecchio di quello che si pensava fino ad oggi. Inoltre, la radiazione cosmica di fondo presenta delle differenze tra i due emisferi oltre a mostrare una regione fredda piu’ estesa di quella che si pensava.

Fantastico, direi io, questi risultati mi hanno veramente impressionato. Ora pero’, la domanda che mi sono posto e’ molto semplice, anche su giornali nazionali, ho visto articoli che commentavano questa foto parlando di CMB, anisotropie, fase inflazionistica. In pochissimi pero’, si sono degnati di spiegare in modo semplice il significato di questi termini. Purtroppo, spesso vedo molti articoli che ripetono a pappagallo le notizie senza neanche chiedersi cosa significano quei termini che stanno riportando.

Cerchiamo, per quanto possibile, di provare a fare un po’ chiarezza spiegando in maniera completamente divulgativa cosa significa: radiazione cosmica di fondo, periodo inflazionistitico, ecc.

Andiamo con ordine. La foto da cui siamo partiti ritrae l’universo quando aveva 380000 anni ed in particolare mostra la mappa della radiazione cosmica di fondo.

Prima cosa, come facciamo a fare una foto dell’universo del passato? In questo caso la risposta e’ molto semplice e tutti noi siamo in grado di sperimentarla facilmente. Quando alziamo lo sguardo e vediamo il cielo stellato, in realta’ e’ come se stessimo facendo un viaggio nel tempo. Se guardiamo una stella distante 100 anni luce da noi, significa che quell’immagine che osserviamo ha impiegato 100 anni per giungere fino a noi. Dunque, quella che vediamo non e’ la stella oggi, bensi’ com’era 100 anni fa. Piu’ le stelle sono lontane, maggiore e’ il salto indietro che facciamo.

Bene, questo e’ il principio che stiamo usando. Quando mandiamo un telescopio in orbita, migliore e’ la sua ottica, piu’ lontano possiamo vedere e dunque, equivalentemente, piu’ indietro nel tempo possiamo andare.

Facciamo dunque un altro piccolo passo avanti. Planck sta osservando l’universo quando aveva solo 380000 anni tramite la CMB o radiazione cosmica a microonde. Cosa sarebbe questa CMB?

Partiamo dall’origine. La teoria accettata sull’origine dell’universo e’ che questo si sia espanso inizialmente da un big bang. Un plasma probabilmente formato da materia e antimateria ad un certo punto e’ esploso, l’antimateria e’ scomparsa lasciando il posto alla materia che ha iniziato ad espandersi e, di conseguenza, si e’ raffreddata. Bene, la CMB sarebbe un po’ come l’eco del big bang e, proprio per questo, e’ considerata una delle prove a sostegno dell’esplosione iniziale.

Come si e’ formata la radiazione di fondo? Soltanto 10^(-37) secondi dopo il big bang ci sarebbe stata una fase detta di inflazione in cui l’espansione dell’universo ha subito una rapida accelerazione. Dopo 10^(-6) secondi, l’universo era ancora costituito da un plasma molto caldo di  fotoni, elettroni e protoni, l’alta energia delle particelle faceva continuamente scontrare i fotoni con gli elettroni che dunque non potevano espandersi liberamente. Quando poi la temperatura dell’universo e’ scesa intorno ai 3000 gradi, elettroni e protoni hanno cominciato a combianrsi formando atomi di idrogeno e i fotoni hanno potuto fuoriuscire formando una radiazione piu’ o meno uniforme. Bene, questo e’ avvenuto, piu’ o meno, quando l’universo aveva gia’ 380000 anni.

Capiamo subito due cose: la foto da cui siamo partiti e’ dunque relativa a questo periodo, cioe’ quando la materia (elettroni e protoni) hanno potuto separarsi dalla radiazione (fotoni). Stando a questo meccanismo, capite anche perche’ sui giornali trovate che questa e’ la piu’ vecchia foto che potrebbe essere scattata. Prima di questo momento infatti, la radiazione non poteva fuoriuscire e non esisteva questo fondo di fotoni.

Bene, dopo la separazione tra materia e radiazione, l’universo ha continuato ad espandersi, dunque a raffreddarsi e quindi la temperatura della CMB e’ diminuita. A 380000 anni di eta’ dell’universo, la CMB aveva una temperatura di circa 3000 gradi, oggi la CMB e’ nota come fondo cosmico di microonde con una temperatura media di 2,7 gradi Kelvin. Per completezza, e’ detta di microonde perche’ oggi la temperatura della radiazione sposta lo spettro appunto su queste lunghezze d’onda.

Capite bene come l’evidenza della CMB, osservata per la prima volta nel 1964, sia stata una conferma proprio del modello del big bang sull’origine del nostro universo.

E’ interessante spendere due parole proprio sulla scoperta della CMB. L’esistenza di questa radiazione di fondo venne predetta per la prima volta nel 1948 da Gamow, Alpher e Herman ipotizzando una CMB a 5 Kelvin. Successivamente, questo valore venne piu’ volte corretto a seconda dei modelli che venivano utilizzati e dai nuovi calcoli fatti. Dapprima, a questa ipotesi non venne dato molto peso tra la comunita’ astronomica, fino a quando a partire dal 1960 l’ipotesi della CMB venne riproposta e messa in relazione con la teoria del Big Bang. Da questo momento, inizio’ una vera e propria corsa tra vari gruppi per cercare di individuare per primi la CMB.

Penzias e Wilson davanti all'antenna dei Bell Laboratories

Penzias e Wilson davanti all’antenna dei Bell Laboratories

Con grande sorpresa pero’ la CMB non venne individuata da nessuno di questi gruppi, tra cui i principali concorrenti erano gli Stati Uniti e la Russia, bensi’ da due ingegneri, Penzias e Wilson, con un radiotelescopio pensato per tutt’altre applicazioni. Nel 1965 infatti Penzias e Wilson stavano lavorando al loro radiotelescopio ai Bell Laboratories per lo studio della trasmissione dei segnali attraverso il satellite. Osservando i dati, i due si accorsero di un rumore di fondo a circa 3 Kelvin che non comprendenvano. Diversi tentativi furono fatti per eliminare quello che pensavano essere un rumore elettronico del telescopio. Solo per darvi un’idea, pensarono che questo fondo potesse essere dovuto al guano dei piccioni sull’antenna e per questo motivo salirono sull’antenna per ripulirla a fondo. Nonostante questo, il rumore di fondo rimaneva nei dati. Il punto di svolta si ebbe quando l’astronomo Dicke venne a conoscenza di questo “problema” dell’antenna di Penzias e Wilson e capi’ che in realta’ erano riusciti ad osservare per la prima volta la CMB. Celebre divenne la frase di Dicke quando apprese la notizia: “Boys, we’ve been scooped”, cioe’ “Ragazzi ci hanno rubato lo scoop”. Penzias e Wilson ricevettero il premio Nobel nel 1978 lasciando a bocca asciutta tutti gli astronomi intenti a cercare la CMB.

Da quanto detto, capite bene l’importanza di questa scoperta. La CMB e’ considerata una delle conferme sperimentali al modello del Big Bang e quindi sull’origine del nostro universo. Proprio questa connessione, rende la radiazione di fondo un importante strumento per capire quanto avvenuto dopo il Big Bang, cioe’ il perche’, raffreddandosi, l’universo ha formato aggreggati di materia come stelle e pianeti, lasciando uno spazio quasi vuoto a separazione.

Le osservazioni del telescopio Planck, e dunque ancora la foto da cui siamo partiti, hanno permesso di scoprire nuove importanti dinamiche del nostro universo.

Prima di tutto, la mappa della radiazione trovata mostra delle differenze, o meglio delle anisotropie. In particolare, i due emisferi presentano delle piccole differenze ed inoltre e’ stata individuata una regione piu’ fredda delle altre, anche detta “cold region”. Queste differenze furono osservate anche con la precedente missione WMAP della NASA, ma in questo caso si penso’ ad un’incertezza strumentale del telescopio. Nel caso di Plack, la tecnologia e le performance del telescopio confermano invece l’esistenza di regioni “diverse” rispetto alle altre.

Anche se puo’ sembrare insignificante, l’evidenza di queste regioni mette in dubbio uno dei capisaldi dell’astronomia, cioe’ che l’universo sia isotropo a grande distanza. Secondo i modelli attualmente utilizzati, a seguito dell’espansione, l’universo dovrebbe apparire isotropo, cioe’ “uniforme”, in qualsiasi direzione. Le differenze mostrate da Planck aprono dunque lo scenario a nuovi modelli cosmologici da validare. Notate come si parli di “grande distanza”, questo perche’ su scale minori esistono anisotropie appunto dovute alla presenza di stelle e pianeti.

Ci sono anche altri importanti risultati che Planck ha permesso di ottenere ma di cui si e’ parlato poco sui giornali. In primis, i dati misurati da Planck hanno permesso di ritoccare il valore della costante di Hubble. Questo parametro indica la velocita’ con cui le galassie si allontanano tra loro e dunque e’ di nuovo collegato all’espansione dell’universo. In particolare, il nuovo valore di questa costante ha permesso di modificare leggermente l’eta’ dell’universo portandola a 13,82 miliardi di anni, circa 100 milioni di anni di piu’ di quanto si pensava. Capite dunque perche’ su alcuni articoli si dice che l’universo e’ piu’ vecchio di quanto si pensava.

Inoltre, sempre grazie ai risultati di Planck e’ stato possibile ritoccare le percentuali di materia, materia oscura e energia oscura che formano il nostro universo. Come saprete, la materia barionica, cioe’ quella di cui siamo composti anche noi, e’ in realta’ l’ingrediente meno abbondante nel nostro universo. Solo il 4,9% del nostro universo e’ formato da materia ordinaria che conosciamo. Il 26,8% dell’universo e’ invece formato da “Materia Oscura”, qualcosa che sappiamo che esiste dal momento che ne vediamo gli effetti gravitazionali, ma che non siamo ancora stati in grado di indentificare. In questo senso, un notevole passo avanti potra’ essere fatto con le future missioni ma anche con gli acceleratori di particelle qui sulla terra.

Una considerazione, 4,9% di materia barionica, 26,8% di materia oscura e il resto? Il 68,3% del nostro universo, proprio l’ingrediente piu’ abbondante, e’ formato da quella che viene detta “Energia Oscura”. Questo misterioso contributo di cui non sappiamo ancora nulla si ritiene essere il responsabile proprio dell’espansione e dell’accelerazione dell’universo.

Da questa ultima considerazione, capite bene quanto ancora abbiamo da imparare. Non possiamo certo pensare di aver carpito i segreti dell’universo conoscendo solo il 5% di quello che lo compone. In tal senso, la ricerca deve andare avanti e chissa’ quante altre cose strabilinati sara’ in grado di mostrarci in futuro.

 

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

Marconi, Tesla e l’evidenza aliena

23 Gen

Nel precedente post:

Black Knight e segnali dallo spazio

abbiamo parlato del presunto satellite alieno Black Knight e dell’ipotesi complottista che vorrebbe una massiccia operazione di copertura per impedire la diffusione delle prove dell’esistenza di forme di vita extraterrestre gia’ vicine a noi.

Come visto, anche in questo caso, si tratta di una montatura mediatica, in cui vengono messi insieme diversi elementi, anche relativi a periodi storici diversi, creando appunto una storia apparentemente credibile, ma che cede ad un’analisi cronologica dei fatti.

Nel precedente post, abbiamo pero’ lasciato un punto in sospeso. Resta da chiarire e discutere se veramente durante i primi esperimenti di ricezione e trasmissione di onde radio, fossero stati trovati segnali inspiegabili dal punto di vista naturale e imputabili a forme di vita non terrestre.

Solo per completezza di informazione, in alcuni casi si parla non solo di evidenza di segnali alieni, ma addirittura che Tesla e Marconi fossero in stretto contatto con queste forme di vita e che proprio da queste comunicazioni abbiano ottenuto l’ispirazione per le formidabili innovazioni scientifiche pensate in quegli anni.

Tralasciando queste ipotesi fantasiose, concentriamoci invece sui segnali.

Di Tesla abbiamo gia’ parlato in due post precedenti:

Il Raggio della Morte

Il Raggio del Dolore

Come detto in questo caso, Tesla rappresenta da sempre una delle figure piu’ amate e citate nelle teorie complottiste. Le sue innovazioni hanno spinto, a volte anche per colpa della disinformazione o anche della censura subita dallo scienziato, ipotesi incredibili di invenzioni miracolose e ancora oggi non del tutto capite. Come detto in precedenza, stiamo parlando di un grande scienziato, non capito al tempo, ma la cui memoria viene solo sporcata ulteriormente e coperta di ridicolo attraverso queste idee complottiste.

Fatta questa doverosa premessa, veniamo al dunque, cioe’ ai segnali captati sotto forma di onde radio.

Storicamente, sembrerebbe che entrambi gli scienziati abbiano evidenziato segnali non spiegabili mediante le loro apparecchiature. E’ possibile che si tratti veramente di segnali alieni? Qual’e’ l’origine di questi messaggi?

Prima di saltare a facili conclusioni, vi invito a fare una riflessione. Storicamente, siamo intorno ai primi anni del 1900. Questo solo per inquadrare il contesto storico anche in base alle conoscenze scientifiche che si avevano al tempo.

Concentrandoci su Marconi, a riprova di quanto affermato, vi mostro un articolo del 1920 del New York Times in cui si parla proprio di questi misteriosi segnali e della ricerca dell’origine aliena proposta dallo stesso Marconi:

Articolo storico del New York Times che parla dei segnali alieni di Marconi

Articolo del 1920 del New York Times che parla dei segnali alieni di Marconi

Come vedete, non stiamo parlando di falsita’ storiche. L’articolo e’ reale e il nostro Marconi aveva veramente formulato l’ipotesi che potesse trattarsi di un segnale di origine aliena, o meglio non di origine terrestre, non conoscendo sorgenti possibili in grado di produrre oscillazioni di questo tipo.

Per capire l’origine di questi segnali, dobbiamo ripensare al contesto storico in cui siamo inseriti.

Al tempo, non si aveva una conoscenza come quella attuale delle onde elettromagnetiche, ma soprattutto si ignoravano molte sorgenti, anche di onde radio, presenti a terra e nello spazio.

La prima ipotesi semplice che possiamo fare e’ che i segnali fossero codici Morse trasmessi da un altro punto della Terra. Nel 1920, questa tecnologia era gia’ conosciuta ed utilizzata, ma si ignorava che segnali di questo tipo potessero viaggiare anche per lunghe distanze attraverso la nostra atmosfera. Solo nel 1926 venne infatti scoperta la ionosfera.

Una prova di questo, potrebbe essere, come riportato anche nell’articolo del NYT, il fatto che di questi segnali non ve ne fosse traccia negli esperimenti di Eiffel. Vista anche la tecnologia del tempo, non possiamo certo escludere che si potesse trattare di un rumore di fondo presente nelle apparecchiature elettriche utilizzate.

Se proprio vogliamo uscire dai confini della Terra, oggi come oggi, sappiamo che il nostro universo non e’ affatto muto dal punto di vista delle onde radio. Esistono tantissime famiglie di oggetti in grado di emettere onde radio a frequenza e potenze diverse. Per chi lo ignorasse, esiste proprio una branca dell’astronomia che si chiama radio-astronomia. In questo contesto, si esplora proprio l’universo scadagliando e cercando emettitori di onde radio. L’esempio piu’ semplice e che forse ricorderete tutti, giusto per rimanere in tema, e’ il radio telescopio protagonista del film Contact.

Vediamo quali possono essere le sorgenti di onde radio anche vicine a noi.

Prima tra tutte, dobbiamo sicuramente annoverare Giove. Questo pianeta ha una magnetosfera, cioe’ la zona in cui fa sentire l’effetto del suo campo magnetico,  molto estesa e la cui ampiezza puo’ superare l’orbita di Saturno. Effetto di questo forte campo magnetico sono le persistenti aurore che si formano sui poli di questo pianeta e, appunto, le intense emissioni radio emesse verso lo spazio. Si pensi che in base a queste caratteristiche, Giove viene spesso indicato anche come una debole radio-pulsar, proprio per indicare l’emissione di segnali di questo tipo.

Per quanto riguarda i segnali captati da Tesla, con molta probabilita’ si trattava di segnali emessi da nuvole interstellari o da giganti rosse e captate nel suo laboratorio di Colorado Springs. Secondo lo scienziato, si trattava invece di segnali provenienti da Marte, ipotesi questa mai verificata dal punto di vista scientifico, anche alla luce delle attuali conoscenze.

Anche il nostro Sole e’ una sorgente radio, ed in particolare e’ la piu’ potente per lunghezze d’onda inferiori al metro. Storicamente, la prima radio sorgente venne individuata e studiata nel 1932, dunque successivamente agli anni di cui stiamo parlando, dall’astronomo Karl Jansky.

Per essere precisi, moltissime classi di corpi emettono onde radio. Il buco nero al centro della galassia, i resti delle supernove, le radio pulsar, alcune galassie, ecc. Nel nostro universo e’ anche presente una sorta di rumore di fondo, noto come “fondo di microonde cosmico” o CMB, che altro non e’ che il residuo dell’esplosione del Big Bang.

Dunque, il fatto che Tesla e Marconi avessero captato dei segnali ignoti nei loro strumenti e’ una verita’ storica. Cio’ che invece non e’ veritiera e’ la spiegazione aliena di queste onde radio. Come visto nell’articolo, la ionosfera puo’ essere utilizzata, come in realta’ facciamo oggi, come una guida d’onda per trasmettere segnali a lunga distanza. Il nostro universo, ma anche solo tanti corpi che popolano il nostro Sistema Solare, sono stati poi successivamente scoperti come forti emettitori di segnali di questo tipo. Alla luce di questo, ma soprattutto a causa della non evidenza di segnali anomali in altre apparecchiature dello stesso periodo, possiamo facilmente affermare che l’origine di questi presunti segnali e’ da ricercarsi in una qualche sorgente, anche non nota al tempo. L’ipotesi sbagliata nasce ovviamente dalle limitate conoscenze astronomiche degli anni che stiamo analizzando alla luce della novita’ tecnologica proposta proprio dagli scienziati in questione.

 

 

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