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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.

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E quindi uscimmo a riveder le stelle

10 Set

Nella sezione:

Hai domande o dubbi?

e’ stata fatta una richiesta davvero molto interessante. Come potete leggere, si chiede come vengano ricostruite le immagini astronomiche che spesso ci vengono mostrate e catturate dai tanti telescopi a terra e in orbita. Questa richiesta sembra apparentemente molto semplice, ma nasconde in realta’ una vera e propria professione. Oggi come oggi, molti astronomi dedicano il loro lavoro proprio alla visione e all’elaborazione di immagini astronomiche. Cerchiamo di capire meglio come funzionano queste tecniche per poter meglio apprezzare anche il lavoro che c’e’ dietro una bella immagine che troviamo sulla rete.

Come sapete bene, al giorno d’oggi, per esplorare l’universo non si utilizzano piu’ solo telescopi nel visibile. In questo caso, come facilmente immaginabile, questi sistemi catturano immagini esattamente come farebbe il nostro occhio. Oltre a questi, si utilizzano telescopi, sia a terra che in orbita, sensibili all’infrarosso, ai raggi X, all’ultravioletto, oltre ad enormi antenne pensate per catturare segnali radio provenienti dal cosmo.

Che differenza c’e’ tra queste radiazioni?

Per capire bene il concetto, vi mostro quello che normalmente si chiama lo spettro della radiazione elettromagnetica:

Spettro della radiazione elettromagnetica

Diverse lunghezze d’onda vengono accorpate in famiglie. Come vedete, la parte visibile, cioe’ quella a cui i nostri occhi sono sensibili, e’ in realta’ solo una strettra frazione dell’intero spettro. Per fare un esempio, tutti conosciamo le immagini infrarosse utilizzate per esempio per identificare le fonti di calore. Bene, questo e’ un esempio di immagine fuori dallo spettro visibile. Si tratta di particolari che i nostri occhi non sarebbero in grado di vedere, ma che riusciamo a visualizzare utilizzando tecnologie appositamente costruite. Non si tratta di immagini false o che non esistono, semplicemente, mediante l’ausilio di strumentazione, riusciamo a “vedere” quello che i nostri occhi non sono in grado di osservare.

Bene, il principio dietro l’astronomia nelle diverse lunghezze d’onda e’ proprio questo. Sfruttando parti dello spettro normalmente non visibili, si riesce ad osservare dettagli che altrimenti sarebbero invisibili.

Per dirla tutta, anche le normali immagini visibili, subiscono un’opera di elaborazione pensata per ricostruire i dettagli e per ottimizzare la visione. Cosa significa? Nella concezione comune, un telescopio nel visibile e’ paragonabile ad una normale macchina digitale. Questo non e’ esattamente vero. Molto spesso, le immagini catturate da questi sistemi sono ottenute mediante una sovrapposizione di dati raccolti utilizzando filtri diversi.

Cosa significa?

Prendiamo come esempio il telescopio Hubble. In questo caso, il sistema acquisisce immagini a diverse lunghezze d’onda, o isolando una particolare frequenza piuttosto che altre. Si tratta di immagini in bianco e nero che poi vengono colorate artificialmente e sovrapposte per formare l’immagine finale. Attenzione, non dovete pensare che la colorazione artificiale sia un trucco per far apparire piu’ belle le foto. Questa tecnica e’ di fondamentale importanza per far esaltare dei particolari che altrimenti verrebbero confusi con il resto. Questa tecnica si chiama dei “falsi colori”, proprio perche’ la colorazione non e’ quella originale ma e’ stata creata artificialmente.

Per capire meglio, proviamo a fare un esempio.

Prendiamo una delle foto piu’ famose di Hubble, quella della galassia ESO 510-G13:

ESO 510-G13 da Hubble

Questa immagine e’ ottenuta con la tecnica del “colore naturale”, cioe’ esattamente come la vedrebbero i nostri occhi se fossero potenti come quelli di Hubble. In questo caso dunque, la colorazione e’ quella che potremmo vedere anche noi ma anche questa immagine e’ stata ottenuta sovrapponendo singoli scatti ripresi dal telescopio.

In particolare, si sono sovrapposte tre immagini in bianco e nero, ognuna ottenuta selezionando solo la radiazione visibile blu, rossa e verde:

ESO 510-G13 immagini a colore singolo

Perche’ viene fatto questo?

Selezionando solo una piccola parte dello spettro visibile, cioe’ il singolo colore, e’ possibile sfruttare il sistema per catturare al meglio i singoli dettagli. In questo modo, come visibile nelle foto, ciascuna immagine e’ relativa ad un solo colore, ma al meglio della risoluzione. Sommando poi le singole parti, si ottiene il bellissimo risultato finale che abbiamo visto.

Analogamente, in alcuni casi, si amplificano determinate lunghezze d’onda rispetto ad altre, per rendere piu’ visibili alcuni dettagli. Anche in questo caso vi voglio fare un esempio. Questa e’ una bellissima immagine della Nebulosa dell’Aquila:

Nebulosa testa d'aquila

Cosa significa amplificare alcuni colori?

Nella foto riportata, oltre ad ammirarla, gli astronomi riescono a vedere le emissioni di luce da parte dei singoli gas costituenti la nebulosa. Questo studio e’ importante per determinare la concentrazione di singoli elementi, e dunque identificare particolari tipologie di corpi celesti. Per capire meglio, nella ricostruzione a posteriori dell’immagine, e’ stato assegnato il colore verde all’emissione degli atomi di idrogeno, il rosso agli ioni di zolfo e il blu alla luce emessa dall’ossigeno ionizzato. Perche’ questo artificio grafico? Se non venisse elaborata, nell’immagine la luce emessa dalla zolfo e dall’idrogeno sarebbero indistinguibili tra loro. Se ora rileggete l’assegnazione dei colori riportata e rivedete l’immagine della nebulosa, siete anche voi in grado di determinare quali gas sono piu’ presenti in una zona piuttosto che in un’altra. Ovviamente questi sono processi che devono essere fatti analiticamente, elaborando le informazioni di ogni singolo pixel.

Analogo discorso puo’ essere fatto per la radioastronomia. In questo caso, come sapete e come anticipato, quelli che vengono registrati sono dei segnali radio provenienti dai diversi settori in cui viene diviso l’universo. Non avendo delle immagini, nei radiotelescopi si hanno degli impulsi radio che devono essere interpretati per identificare il tipo di sorgente, ma soprattutto la zona da cui il segnale proviene.

Per farvi capire meglio questo concetto, vi racconto la storia dell’inizio della radioastronomia. Nel 1929 un radiotecnico americano che lavorava in una stazione di Manila, mentre era al lavoro per eliminare disturbi dalle trasmissioni, si accorse che vi era un particolare rumore di fondo che si intensifica in determinati momenti della giornata. Nello stesso anno, Jansky, un ingegnere della compagnia americana Bell, anche lui al lavoro per cercare di migliorare le comunicazioni transoceaniche, arrivo’ alla stessa conclusione del radiotecnico. L’ingegnere pero’ calcolo’ il momento preciso in cui questi disturbi aumentavano, trovando che il periodo che intercorreva tra i massimi corrispondeva esattamente alla durata del giorno sidereo, 23 ore e 56 minuti. Solo anni piu’ tardi, riprendendo in mano questi dati, ci si accorse che la fonte di questo disturbo era il centro della nostra galassia. I segnali radio captati erano massimi quando il ricevitore passava davanti al centro della galassia, emettitore molto importante di segnali radio.

Oggi, mediante i nostri radiotelescopi, riusciamo ad identificare moltissime sorgenti radio presenti nell’universo e, proprio studiando questi spettri, riusciamo a capire quali tipologie di sorgenti si osservano e da quale punto dell’universo e’ stato inviato il segnale. A titolo di esempio, vi mostro uno spettro corrispondente ai segnali radio captati nell’arco del giorno con un semplice radiotelescopio:

Spettro giornaliero di un radiotelescopio con antenna da 3.3 metri. Fonte: Univ. di Pisa

Come vedete, sono chiaramente distinguibili i momenti di alba e tramonto, il passaggio davanti al centro galattico e quello corrispondente al braccio di Perseo. Come potete facilmente capire, si tratta di misure, chiamiamole, indirette in cui i nostri occhi sono proprio le antenne dei telescopi.

Concludendo, ci sono diversi metodi per pulire, migliorare o amplificare le immagini raccolte dai telescopi sia a terra che in orbita. Quello che facciamo e’ amplificare la nostra vista o utilizzando sistemi molto potenti, oppure ampliando lo spettro delle radiazioni che altrimenti non sarebbero visibili. I telescopi divengono dunque degli occhi sull’universo molto piu’ potenti e precisi dei nostri. Metodi diversi, ottico, UV, IR, radio, ecc, possono aiutare a capire dettagli o strutture che altrimenti sarebbero invisibili in condizioni normali. Detto questo, capite quanto lavoro c’e’ dietro una bella immagine che trovate su internet e soprattutto perche’ la foto ha una specifica colorazione o particolari sfumature.

 

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

Egitto: gioielli dallo spazio!

21 Ago

Un nostro sempre attento utente del forum:

Psicosi 2012 forum

mi ha segnalato una notizia davvero molto interessante e che credo sia il caso di riportare.

Di cosa si tratta?

Invece di partire dalla notizia, che se vogliamo e’ la conclusione, partiamo dall’inizio della storia. Nel 1911 venne trovato un antico cimitero egizio nella localita’ di Gerzeh, circa 70 Km a sud del Cairo. In questo luogo vennero individuate 67 tombe in totale, molte delle quali, per fortuna, non toccate dai tombaroli che gia’ nell’antico Egitto erano un problema. All’interno di queste tombe, vennero rinvenuti diversi oggetti e ornamenti, molti dei quali caratteristici delle sepolture all’epoca dei faraoni.

Tra gli ornamenti trovati, c’era anche una collanina. Una semplice collanina realizzata mettendo insieme una sorta di perline tubolari in ferro, come mostrato nella foto:

I tubicini in ferro e una delle collanine che li conteneva

I tubicini in ferro e una delle collanine che li conteneva

Cosa aveva di tanto speciale questa collanina? Dalla datazione, si vide come quell’antico ornamento era stata realizzato ben 5000 anni fa. Questo rendeva le perline il piu’ antico manufatto in ferro mai rinvenuto.

E allora? Tutto qui?

Assolutamente no. La peculiarita’ di questo oggetto e’ che gli egiziani iniziarono a lavorare il ferro soltanto nel VI secolo a.C.. Per dirla tutta, erano gia’ stati rinvenuti oggetti ferrosi precedenti alla cosiddetta epoca del ferro, ma mai cosi’ antichi.

Capite dunque come si cominci a delineare un mistero.

Da una prima analisi del ritrovamento, si vide come la percentuale di Nichel contenuta nel tubicino era estremamente alta, non compatibile con i materiali realizzati in seguito da queste popolazioni. Gia’ intorno al 1930, si era avanzata l’ipotesi che il ferro utilizzato per la collana, non fosse di origine terrestre, bensi’ proveniente dallo spazio.

Immaginate nel 1930 la reazione della comunita’ archeologica ad un’idea del genere.

Intorno al 1980 infatti, nuove analisi vennero condotte sul reperto e si avanzo’ l’ipotesi che il materiale fosse in realta’ di origine terrestre, ma ottenuto, casualmente e ben prima dello sviluppo di questa tecnica, da una fusione con elementi sbagliati.

Solo in questi giorni, e’ arrivata la soluzione di questo mistero durato quasi un secolo. Su una rivista specializzata, e’ infatti comparso l’articolo realizzato da vari ricercatori inglesi, in cui si dimostra l’origine cosmica del ferro della collana.

Come e’ stato possibile arrivare a questa conclusione?

Ovviamnete, sono state condotte nuove analisi. Su un reperto del genere, non si puo’ certo pensare di tagliarlo per visionare l’interno. Su questo problema sono pero’ giunte in aiuto le nuove tecniche sviluppata dalla scienza. Il tubicino di ferro e’ infatti stato ispezionato utilizzando la tomografia computerizzata e il microscopio elettronico. Tecniche ovviamente non disponibili al tempo delle prime analisi.

Struttura interna di un tubicino. Le aree blu indicano la presenza di Nichel

Struttura interna di un tubicino. Le aree blu indicano la presenza di Nichel

Gli studi condotti hanno mostrato come la percentuale di Nichel contenuta nel ferro sia molto alta, anche fino al 30%, ma soprattutto nella parte interna. Mentre e’ molto minore la percentuale sulla superficie esterna. Oltre al Nichel, piu’ abbondante, sono state trovate tracce di cobalto, germanio e fosforo. Tutti questi elementi sono compatibili con la composizone delle meteoriti di natura ferrosa.

Cosa significa questo?

Semplicemente che la materia prima utilizzata per ottenere l’ornamento e’ stata ricavata da un meteorite caduto in Egitto. Gli antichi egiziani hanno dunque raccolto il sasso cosmico e hanno lavorato il ferro contenuto martellando fino ad ottenre sottili lamine. Vista la durezza del materiale, aumentata dalla composizione chimica, il lavoro deve aver richiesto un tempo molto lungo. Una volta ottenute le lamine, si sono arrotolate per ottenre il tubicino che faceva da ornamento alla collana.

Le analisi condotte hanno inoltre consentito di ricostruire una struttura molto particolare nota come figure di Widmanstätten. Si tratta semplicemente di aperture sulla superficie causate dal lento raffreddamento del meteorite. Dunque, sia la composizione chimica che quella fisica della struttura confermano l’origine etraterrestre del materiale con cui era realizzato il manufatto.

Ovviamente, anche se sporadiche, non sono mancate le speculazioni sul web. Come potete immaginare, non e’ mancato chi ha visto in questa scoperta finalmente la connessione tra antico egizio e visitatori venuti dallo spazio. Come detto in precedenza, la notizia riguarda solo ed esclusivamente l’origine cosmica della materia prima utilizzata.

Storicamente, quanto scoperto e’ compatibile con la cultura del popolo. Come anticipato, anche secoli prima dell’inizio dell’era del ferro, erano stati realizzati manufatti di questo minerale. Ovviamente, questi sono stati ritrovati all’interno di importanti tombe, come ad esempio in quella del faraone Tutankhamon. Dal momento che gli egiziani avevano una forte venerazione per il cielo, considerato come la casa degli Dei, e’ presumibile che ogni oggetto proveniente dal cielo potesse essere visto come un segno di benevolenza divina.

Nei secoli successivi poi, come riportato da numerose iscrizioni, gli egiziani svilupparono una sorta di venerazione per il ferro, visto come un minerale divino e indistruttibile. Tra l’altro, secondo la cultura egizia, di ferro erano le ossa degli Dei, fatte appositamente per essere eterne.

Concludendo, le nuove analisi condotte hanno permesso di risolvere il mistero dell’origine dei manufatti trovati nel 1911 ma realizzati secoli prima che gli egiziani imparassero a lavorare il ferro. In questo caso, intervento decisivo e’ stato quello delle nuove tecniche di diagnostica sviluppate dalla ricerca. Tecniche non invasive che hanno consentito, praticamente senza toccarlo, di scansionare la struttura dell’oggetto nel suo insieme in modo preciso e affidabile. Ovviamente, le storielle che leggete sul web circa la connessione tra egiziani e alieni sono del tutto false e assolutamente non confermate da questa ricerca. L’articolo di oggi ci ha invece permesso di capire meglio la concezione divina nell’antico Egitto e le diverse tecniche utilizzate nei secoli per produrre monili e oggetti per tutti i giorni.

 

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

Le spettacolari Roll Clouds

9 Lug

Uno dei laboratori scientifici frequentabili da tutti e’ sicuramente il cielo. Leggendo questa frase, il primo pensiero che viene in mente e’ sicuramente quello di un bel cielo stellato. Miliardi di piccoli puntini luminosi che, dietro un apparente calma e staticita’, nascondono dinamiche, a volte anche violente, di un universo “vivo” che si modifica nel tempo. Ora pero’, senza dover chiamare in causa argomenti astronomici, il cielo sulla nostra testa e’ anche l’atmosfera. Come sappiamo bene, anche qui parliamo di un ecosistema vivo e che puo’, in alcuni casi, riservarci spettacoli tali da lasciarci a bocca aperta.

Molte volte su questo blog abbiamo parlato di nuvole:

Una nuvola che fa pensare alla fine del mondo

Altra strana nube, questa volta in Giappone

Altra strana nube a Tulsa

Nuvole sismiche

Scoperta nuova nuvola?

Perche’ lo abbiamo fatto? Come visto, esistono diverse tipologie di nuvole, alcune piu’ comuni altre molto meno. In questo contesto storico/mediatico di una continua ricerca di segni premonitori o di qualche fine del mondo pronta ad intervenire, osservare una formazione nuvolosa “strana” non puo’ che accendere gli animi catastrofisti di molti siti, pronti a speculare su queste osservazioni. Negli articoli precedenti, abbiamo in particolare parlato di tantissime formazioni nuvolose poco note e che, ogni volta che sono comparse, hanno fatto il giro del web in pochissimo tempo, utilizzate per far credere di essere in presenza di un segnale antecedente a qualcosa di “pericoloso” in arrivo.

Come avrete gia’ capito, stiamo per tornare a parlare proprio di nubi.

Piccolo preambolo, la NASA ogni giorno pubblica una foto scelta tra le tante in loro possesso, per mostrarla su un sito appositamente creato. Il titolo di questa pagina e’ “Astronomy Picture of the day”, cioe’ la foto astronomica del giorno. Questa pagina e’ raggiungibile da questo link:

NASA, APOD

Giorno per giorno, vengono pubblicate immagini bellissime, relative al cosmo o a qualche raro fenomeno naturale, sempre accompagnate da una breve descrizione scientifica.

Proprio su questo sito, pochi giorni fa e’ stata pubblicata la foto che vi mostro:

Roll Cloud a Maldonado in Uruguay

Roll Cloud a Maldonado in Uruguay

Cosa sarebbe questa strana formazione che si vede nell’immagine?

“Apparentemente” sembra una nuvola, ed infatti lo e’. Ma prima di spiegare di cosa si tratta, come nostra abitudine, vi parlo delle spiegazioni fantasiose che si trovano in rete. Secondo molti siti, si trattarebbe di un fenomeno assolutamente non naturale. Per alcuni il fenomeno sarebbe legato alle scie chimiche. Questa specie di rotolo che si vede sarebbe appunto una nuova tipologia di scia chimica, ovviamente concepita per sterminare la razza umana. Su questo fronte la fantasia non e’ mai troppa. Altri ancora parlano invece di una porta di collegamento dimensionale tra il nostro mondo ed uno ad esso parallelo. Anche in questo caso, sarebbe il caso di smettere di guardare film di fantascienza. Secondo altri ancora, la nube osservata sarebbe una corsia preferenziale per i soliti alieni che non vedono l’ora di invadere il nostro mondo.

Per dovere di cronaca, abbiamo visto le ipotesi catastrofiste, ora pero’ parliamo di scienza.

Negli articoli precedenti, abbiamo gia’ visto il fenomeno delle nubi ad arco. Quella che si vede nella nostra attuale foto, e’ proprio una manifestazione particolare di nube ad arco, chiamata, come poteva essere diversamente, “Roll Cloud”, cioe’ nube arrotolata.

Cosa sarebbe una roll cloud?

Si tratta di un fenomeno abbastanza raro, ma su cui e’ comunque presente una discreta quantita’ di immagini su web. In presenza di un fronte temporalesco in avanzamento, in alcuni casi si possono avere correnti fredde discendenti che arrivano quasi a livello della superficie. Ora, queste correnti possono incontrare aria piu’ calda e umida che viene dunque spinta verso l’alto. Salendo, la temperatura dell’aria diminuisce e potrebbe scendere al di sotto del punto di rugiada, formando appunto una nube. Queste sono appunto le condizioni per la formazione della Roll Cloud.

Come e’ facilmente intuibile, se il fronte avanza in modo regolare, si possono formare nubi lunghe anche centinaia di kilometri. Proprio il continuo movimento di aria discendente, fredda, e ascendente, umida, puo’ formare una struttura arrotolata come quella mostrata nella foto.

Cosa si nota dalla foto?

Osserviamo per prima cosa che la foto e’ stata scattata in riva al mare. Questo e’ sicuramente il posto ideale per avere masse di aria umida a livello del terreno da spingere verso l’alto. L’immagine in questione e’ stata scattata da Daniela Mirner Eberl sulla spiaggia di Las Olas a Maldonado in Uruguay.

Dove si trova il fronte temporalesco?

In realta’, il fronte vero e proprio e’ gia’ passato. Quello che rimane, nelle condizioni giuste, e’ soltanto questo spettacolo naturale, ovviamente con una durata nel tempo ristretta.

In realta’, si tratta di una foto del 2009 che, vista la sua bellezza, viene spesso riproposta da qualche sito. Purtroppo, ogni volta che questo avviene, la foto salta subito agli onori delle cronache con le spiegazioni piu’ assurde.

Come anticipato, queste nuvole sono gia’ conosciute e la bibliografia e’ ricca di immagini scattate in giro per il mondo.

Questa che vi riporto e’, ad esempio, una foto scattata in Australia dal fotografo Rob Sharrock proprio sopra la sua abitazione:

Roll Cloud in Australia

Roll Cloud in Australia

Dunque? Da quanto detto, non vi e’ assolutamente nessun mistero riguardante la foto pubblicata dalla NASA. Si tratta di un fenomeno noto e conosciuto con il nome di Roll Cloud. I meccanismi alla base di queste formazioni sono del tutto noti e non necessitano certo di spiegazioni fantasiose.

Purtroppo, tipologie particolari di nuvole non possono che richiamare l’attenzione dei tanti siti catastrofisti che, negli ultimi giorni, sono un po’ carenti di argomenti su cui speculare!

 

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

E parliamo di questo Big Bang

9 Apr

Dal momento che, in questo post:

Il primo vagito dell’universo

e in molti altri ancora, abbiamo parlato di nascita ed evoluzione del nostro universo, credo sia giunto il momento di dedicare un articolo apposito su questi concetti. Premetto, che cerchero’ di matenere un profilo piu’ semplice e divulgativo possibile, anche se ci stiamo addentrando in teorie, e spesso anche supposizioni, fisiche non del tutto banali. In questo senso, cerchero’ il piu’ possibile di utilizzare esempi anche volutamente forzati proprio per rendere il tutto maggiormente accessibile a tutti.

Partiamo dalle basi. Allo stato attuale della nostra conoscenza, la teoria maggiormente accettata all’orgine dell’universo e’ quella per cui il tutto si sarebbe formato da un’esplosione iniziale chiamata appunto Big Bang. Come visto nell’articolo precedentemente riportato, non dobbiamo immaginare questo evento come un classico boato, da cui tutti si sarebbe formato, bensi’ come un processo di espansione, anche non costante e molto veloce in alcuni istanti, ma che dura tutt’ora.

Perche’ e’ avvenuto il Big Bang?

Immaginiamo di fissare una scala temporale all’istante iniziale, cioe’ nel momento stesso in cui e’ iniziato il Big Bang. Per dirlo con parole semplici, immaginate di avere un cronometro e di farlo partire nel mometo in cui inizia questa espansione. Secondo la teoria, prima che iniziasse il big bang, materia e antimateria convivevano insieme in una singolarita’, cioe’ costituivano un volume, al limite occupante un punto, estremamemente denso e a temperatura elevatissima. Nella concezione fisica, in questa fase non esistevano le particelle, il tempo e le forze.

Poi cosa e’ successo?

Quando il sistema e’ divenuto instabile, dopo un tempo pari a 10^(-43) secondi, e’ avvenuta quella che si chiama la prima transizione di fase. Cosa significa? Le particelle si sono formate da questo plasma iniziale e ognuna di loro aveva un’energia molto elevata detta “energia di Planck”. In questa fase, detta di Grande Unificazione, tutte le forze, compresa quella gravitazionale, erano unificate, cioe’ si manifestavano come un’unica interazione.

Bene, fermiamoci un attimo e cerchiamo di capire meglio. Al punto in cui siamo arrivati, il big bang e’ gia iniziato. Le particelle cosi’ come le forze, anche se ancora unificate, si sono formate. Riprendiamo dall’inizio. Al tempo iniziale, cioe’ prima che iniziasse l’espansione, materia e antimateria convivano insieme. Dopo un tempo brevissimo, quando si formano le particelle, dopo 10^(-43) secondi, ci sono ancora materia e antimateria, appena 10^(-6) secondi dopo l’inizio, rimane solo materia.

Dove e’ finita l’antimateria?

Per chi lo avesse perso, abbiamo parlato in dettaglio di antimateria in questo post:

Due parole sull’antimateria

Il nostro attuale universo e’ formato solo da materia. L’antimateria e’ scomparsa. Perche’? Affiche’ questo sia possibile, e dunque sia iniziato il big bang, la fisica ci dice che devono essere state verificate le 3 condizioni di Sakharov. Senza entrare troppo nel dettaglio, in questa ipotesi, ci deve essere stata un’asimmetria tra materia e antimateria, che ha portato allo squilibrio che vediamo oggi. In particolare, in questo contesto si parla appunto di violazione di CP, cioe’ proprio di squilibrio della simmetria materia-antimateria nell’universo.

E’ possibile che siano rimaste delle sacche di antimateria da qualche parte oppure che l’universo sia formato da due distinte zone, una di materia ed una di antimateria?

La risposta e’ no. Capiamo il perche’. Quando entrano in contatto, materia e antimateria si annichilano, cioe’ ineragiscono distruggendosi a vicenda, e producendo radiazione gamma, cioe’, in linea di principio forzando l’esempio, luce. Se esistessero zone ben delimitate di materia e antimateria, nel punto di separazione tra di esse, si avrebbe annichilazione con la conseguente produzione di raggi gamma. Di questa radiazione non vi e’ nessuna evidenza ne’ dagli osservatori a Terra, ne’ dai satelliti, ne’ tantomeno dalle missioni esplorative che abbiamo mandato nello spazio.

Le condizioni di Sakharov offrono dunque un modello teorico in grado di spiegare perche’ potrebbe essere avvenuto questo squilibrio e quindi sia iniziato il big bang. Dico “potrebbe” perche’ al momento non tutte le condizioni sono state verificate e grande aiuto in questo senso dovrebbe venire dallo studio della fisica delle particelle agli acceleratori. Aprendo una piccola parentesi, quando in un acceleratore facciamo scontrare due fasci, questi interagiscono tra loro ad altissima energia. Man mano che aumentiamo l’energia, utilizzando sistemi sempre piu’ potenti, e’ come se andassimo indietro nel tempo tendendo verso il big bang. Ovviamente le energie oggi disponibili sono ancora molto lontane da quella iniziale, ma questo genere di studi ci consentono di comprendere molte cose importanti sul mondo delle particelle elementari.

Dunque, ricapitolando, abbiamo un sistema iniziale materia-antimateria, intervengono le condizioni di Sakharov e il sistema inizia ad espandersi facendo scomparire l’antimateria. Inizialmente le forze erano tutte unificate e le particelle si scontravano tra loro ad altissima energia.

Dopo, cosa e’ successo?

Man mano che il tempo scorreva, si passo’ attraverso varie fasi, ognuna caratterizzata da una rottura di simmetria di qualche tipo. In tal senso, le forza si divisero tra loro, lasciando quelle che oggi indichiamo come forze fondamentali: forte, debole, elettromagnetica e gravitazionale. In particolare, quest’ultima fu la prima a separarsi non appena la temperatura inizio’ a scendere e le onde gravitazionali poterono propagarsi liberamente.

Qualche minuto dopo l’istante iniziale, le particelle, cioe’ protoni e neutroni, poterono iniziare a combianrsi formando nuclei di Deuterio ed Elio. Questa importante fase viene chiamata “nucleosintesi”.

La temperatura dell’universo era pero’ ancora troppo elevata. Per osservare la formazione dei primi atomi, si dovette aspettare ancora circa 379000 anni, quando materia e radiazione finalmente si separarono e quest’ultima pote’ viaggiare libera nel cosmo. Di questo preciso istante, abbiamo anche parlato in questo post:

Universo: foto da piccolo

in cui, come visto, si ebbe la formazione della radiazione di fondo che oggi, alla temperatura attuale, e’ di 2.7K con uno spettro nelle microonde.

Dopo questa fase, gli addensamenti di materia cominciarono ad attrarsi gravitazionalmente, formando poi le galassie, le stelle, i pianeti, ecc, cioe’ , quello che vediamo oggi osservando l’universo.

Ma esistono delle prove di tutto questo? E se in realta’ il big bang non fosse mai avvenuto?

Come visto in altri post, ma anche come comprensibile da quanto detto, proprio la radiazione di fondo costituisce una prova del big bang. Detto in altri termini, la CMB non sarebbe altro che un’eco di quanto avvenuto, cioe’ un reperto fossile dell’esplosione iniziale.

Inoltre, la velocita’ di espansione delle Galassie, misurata per la prima volta da Hubble, costituisce un’altra prova a sostegno di questa teoria.

Partendo da quest’ultimo concetto, una domanda lecita che chiunque potrebbe farsi e’: “dove e’ avvenuto il Big Bang?”

Modello dell'espansione dal Big Bang

Modello dell’espansione dal Big Bang

In tal senso, se inizialmente si aveva un punto da cui poi tutto si e’ espanso, immaginando un rewind dovremmo essere in grado di identificare il punto iniziale del big bang. In realta’, non e’ cosi’. I fisici sono soliti dire che il Big Bang e’ avvenuto ovunque o anche che ogni punto dell’universo e’ un centro di espansione.

Che significa?

L’espansione dello spazio tempo avviene in piu’ di tre dimesioni, per cui non e’ facile immaginare a mente cosa sia avvenuto. Per capire questo concetto, immaginate l’universo come un palloncino inizialmente sgonfio. Ora, prendendo un pennarello, fate dei puntini sulla superificie. Se le pareti del palloncino sono l’universo che si espande, mentre gonfiate il palloncino, ciascun punto, tra quelli che avete disegnato, vedra’ gli altri allontarsi da lui. In questo contesto, ciascun punto e’ centro dell’espansione, cioe’ ogni punto vede gli altri punti allontarsi da lui in tutte le direzioni. L’animazione riportata potra’ aiutarvi a capire meglio questo discorso. Fissando un punto, tutti gli altri si allontanano da questo, indipendentemente da quello che scegliete come vostro centro. Dunque, se osservate l’universo dalla Terra, vedrete tutti gli altri corpi allontarsi da noi, come se la Terra fosse il centro dell’espansione.

Concludendo, esistono diverse prove sperimentali a sostegno del Big Bang, cioe’ di questa esplosione iniziale da cui, partendo da uno stato di equilibrio materia-antimateria, tutto si e’ formato passando attraverso diverse rotture di simmetrie. Ad oggi, o forse mai, nessuno potra’ spiegare perche’ questa materia e antimateria erano li o cosa c’era prima di questo equilibrio. Se volete, ognuno, con il suo pensiero e la sua convinzione, puo’ dare la sua spiegazione. I processi di evoluzione dal tempo zero, sono ipotizzati, ma ancora molto lavoro resta da fare per verificare queste teorie e capire a fondo perche’, come e con che intensita’ sino avvenuti determinati meccanismi. Insomma, di lavoro da fare ce n’e’ ancora molto.

 

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

 

Il segnale WOW!

25 Gen

In un precedente articolo, parlando di onde elettromagnetiche, ci siamo soffermati a discutere dei presunti segnali extraterrestri captati sia da Tesla che da Marconi. Come visto, in realta’, questi segnali, per quanto reali perche’ realmente osservati, con molta probabilita’ non erano affatto provenienti dal cosmo, ma bensi’ dalla Terra stessa:

Marconi, Tesla e l’evidenza aliena

Ora, rimanendo in tema, vorrei continuare a parlare di presunte evidenze di vita fuori dalla Terra mediante l’utilizzo di segnali elettromagnetici. In particolare, e’ molto interessante analizzare a fondo un episodio molto dibattutto e su cui molto si e’ speculato, il cosiddetto segnale WOW!.

Andiamo con ordine, capendo prima di cosa stiamo parlando.

Molti di voi gia’ conosceranno il progetto SETI, cioe’ l’attivita’ volta alla ricerca di eventuali segnali provenienti dallo spazio e che potrebbero indicare la presenza di forme di vita intelligenti aliene.

Bene, nel 1977, precisamente il 15 agosto, il radiotelescopio “Big Ear” (Grande Orecchio) dell’Universita’ dell’Ohio, ha captato proprio uno di questi segnali. Mentre era in ascolto dei segnali di fondo provenienti dallo spazio, il Prof. Ehman, ha osservato sul tabulato di Big Ear, qualcosa di diverso, un forte segnale, ben distaccato dal fondo.

Pensando subito ad un segnale di origine extraterrestre, il Prof. Ehman ha cerchiato il segnale sul tabulato, scrivendo a fianco una tipica espressione di sorpresa, appunto WOW!.

Questa riportata e’ una foto del tabulato con la nota a margine di cui stiamo parlando:

Il segnale del 1977 con la nota di Ehman

Il segnale del 1977 con la nota di Ehman

Proprio da questa espressione, a questo evento e’ stato dato il nome di “Segnale WOW!”.

Apriamo una piccola parentesi. La storia riportata ci fa capire subito il perche’ del nome di questo segnale. Spesso sulla rete si legge che gli alieni avrebbero inviato un segnale, in morse, in onde radio, o in altre ipotesi fantasiose, con scritto WOW!. Capite ovviamente che queste sono informazioni del tutto non veritiere ed altamente fantasiose.

Premesso questo, analizziamo questa storia. Le domande piu’ ovvie che possono venirci in mente sono: “da dove viene il segnale?”, “da chi e’ stato mandato?”, “come facciamo ad essere sicuri che non si tratti di un rumore di fondo, di un evento terrestre o di un problema del radiotelescopio?”. Tutte domande lecite e spontanee. Cerchiamo appunto di analizzare i fatti, ragionando su tutte le possibili risposte a queste domande.

La prima cosa da fare e’ capire come funziona Big Ear.

A differenza dei moderni radiotelescopi, a forma di parabola e orientabili nella direzione che vogliamo, Big Ear assomigliava piu’ ad un campo da football con due grandi antenne ai lati:

Il radiotelescopio Big Ear

Il radiotelescopio Big Ear

Come capite anche dalla foto, questo radiotelescopio non era orientabile, ma fisso sulla superficie terrestre. Proprio la rotazione del nostro pianeta, consentiva a Big Ear di spazzare diverse zone del cielo.

Bene, questo e’ un primo punto molto importante. Dal momento che la Terra si muove con un movimento continuo, Big Ear poteva “ascoltare” ciascuna porzione di cielo per un intervallo ben definito. Piu’ precisamente, l’apertura angolare, cioe’ la porzione di cielo visibile ad un preciso istante, fa si che ciascun punto poteva essere ossservato per un periodo di 72 secondi. Facciamo un esempio molto semplice, immaginate di essere in piedi e di ruotare lentamente su voi stessi. I vostri occhi sono il telescopio, voi siete la Terra che gira. ruotando a velocita’ costante, potete vedere ciascun oggetto intorno a voi per un tempi limitato, sempre tenendo la testa ferma. Bene, il funzionamento del radiotelescopio e’ esattamente questo. Dunque, un qualsiasi segnale proveniente dallo spazio sarebbe stato ascoltato per soli 72 secondi, se fosse durato di piu’ o di meno, avrebbe indicato una provenienza terrestre.

Fin qui dovrebbe essere tutto chiaro.

Grafico dell'intensita' del segnale in funzione del tempo

Grafico dell’intensita’ del segnale in funzione del tempo

Nell’immagine precedente, abbiamo visto il tabulato di Big Ear, ma cosa significano quei numeri e lettere? Senza spiegare per filo e per segno la corrispondenza esatta, il segnale WOW! aveva una durata di 72 secondi e una frequenza di 1420,356 MHz. Nella figura a lato viene riportato il segnale su un grafico intensita’ verso tempo, mostrando proprio la durata di 72 secondi.

E allora ci siamo, 72 secondi era proprio l’intervallo che stavamo cercando. Abbiamo la conferma?

Assolutamente no. Come detto, se il segnale fosse stato minore o maggiore di 72 secondi, sarebbe stata la condizione sufficiente a farci dire che l’origine non era extraterrestre. Avere un segnale esattamente di 72 secondi, e’ una condizione necessaria per affermare l’origine non terrestre, ma assolutamente non sufficiente. In parole povere, potrebbe essere ma non siamo ancora sicuri.

Facciamo dunque altre considerazioni.

Dall’immagine del segnale, vediamo un impulso che cresce, arriva ad un massimo e poi ridiminuisce seguendo quella che si chiama curva a campana. Anche questo spinge sull’origine extraterrestre, capiamo il perche’. Ripensando all’esempio della persona che gira su se stessa, un qualsiasi oggetto, durante la rotazione, entra nel campo visivo, poi si sposta esattamente di fonte a noi, e poi pian piano ne esce. Dal momento che Big Ear ruota insieme alla Terra, un segnale captato avrebbe proprio una forma a campana, dal momento che avrebbe un massimo in un solo istante, e intensita’ minore prima e dopo.

Ci sono stati altri segnali di questo tipo ricevuti da Big Ear? Assolutamente no. WOW! fu l’evento di intesita’ maggiore mai captato, circa 30 volte maggiore del rumore di fondo normalmente osservato. Questo ovviamente smentisce ulteriormente l’ipotesi terrestre. Se il segnale fosse prodotto in qualche modo sul nostro pianeta, magari sarebbe capitato altre volte.

Inoltre, il radiotelescopio usato, come e’ visibile dalla foto riportata, aveva due antenne distinte. Grazie a questa configurazione, un normale segnale terrestre, dunque continuo, appariva con uno sfasamento fisso per le due antenne indipendenti. WOW! venne percepito da una sola antenna, dunque possiamo escludere un ronzio fisso a discapito di un singolo segnale che viaggiava nello spazio.

Da dove proveniva il segnale WOW!?

Data la rotazione terrestre, il segnale proveniva, sempre che fosse prodotto nello spazio, da una regione a sud-est del Sagittario.

E se invece fosse di altra origine? Su questa domanda, del tutto lecita, sono state fatte molte ipotesi, cerchiamo di valutarle insieme:

Pianeti del sistema solare: questa ipotesi e’ da escludere. I pianeti emettono onde radio a causa del loro calore. Emissione non termiche sono state osservate da alcune lune di giove a causa di particelle che si muovono nel campo magnetico. La struttura di questi segnali e’ pero’ diversa da WOW! e in piu’ nel giorno e nella data del segnale, non erano presenti pianeti del sistema solare nella direzione esplorata.

Asteroidi: anche in questo caso, non c’erano asteroidi in zona. Inoltre, la ridotta dimensione di questi corpi non consente emissione di segnali di questo tipo.

Sono anche da scartare altre ipotesi cosmiche come la scintillazione interstellare o la lente gravitazionale, a causa della forma del segnale WOW! non compatibie con questi fenomeni.

E se invece il segnale fosse prodotto sulla Terra?

Per rispondere meglio a questa domanda, dobbiamo tornare a caratterizzare il segnale WOW!. Fino a questo punto, abbiamo parlato della sua intensita’ e della sua forma, e abbiamo detto che aveva una frequenza di 1420,356 MHz, per essere precisi era un segnale molto stretto tra 1420,356 e 1420,456 MHz.

Bene, questa frequenza e’ molto simile alla cosiddetta riga spettrale a 21 cm dell’idrogeno. Di cosa si tratta? L’atomo di idrogeno, composto da un protone e da un elettrone, puo’ emettere una radiazione dovuta alla variazione di alcuni parametri di queste particelle, ad una frequenza di 1420, 405 MHz, dunque molto simile a quella del segnale WOW!. Cosa significa questo? Dal momento che l’idrogeno e’ l’elemento piu’ leggero e piu’ abbondante dell’universo osservabile, e’ lecito pensare che la sua frequenza possa essere utilizzata da una civilta’ aliena intelligente per mettersi in contatto con altre forme di vita. Per darvi un’idea, in astronomia, proprio studiando questa riga di emissione, si e’ riusciti a determinare la forma a spirale della Via Lattea e la sua curva di rotazione. Questa particolare frequenza e’ importante anche per altri due motivi non trascurabili. Prima di tutto, un segnale con queste caratteristiche riesce a passare attraverso le nubi di polvere interstellare percorrendo lunghi tragitti senza essere assorbito, ma anche perche’ questa frequenza e’ vietata per i segnali trasmessi da Terra.

Cosa comporta quest’ultimo particolare, cioe’ che i trasmettitori a terra non possono utilizzare la frequenza in questione?

Questa considerazione ci consente di eliminare molte ipotesi sull’origine terrestre del segnale. Premesso che un trasmettitore a terra non avrebbe rilasciato, come detto in precedenza, un segnale di 72 secondi, questa ipotesi esclude anche che WOW! provenisse da un aereo, da un satellite artificiale o da qualche altro velivolo spaziale dal momento che la frequenza e’ vietata. Inoltre, nel momento in cui il segnale e’ stato ricevuto, nessun velivolo si trovava nell’area spazzata da Big Ear.

Attenzione pero’, apriamo una parentesi anche qui. Siamo nel 1977, anche in questo caso dobbiamo tornare a pensare alla guerra fredda. Come detto in altri post, in quegli anni, sia USA che URSS, avevano molti programmi segreti in via di sviluppo, ma anche tanti aerei top secret che giravano per i nostri cieli. Anche pensare che qualcuno di questi velivoli abbia violato le leggi utilizzando frequenze vietate, magari per sperimentazione, non e’ inverosimile. In questo caso pero’, difficilmente se ne potrebbe venire a capo a meno di dichiarazioni a distanza di 35 anni da parte dei soggetti interessati. Dichiarazione quantomeno improbabili dal momento che molti dei progetti dell’epoca sono ancora classificati come top secret.

A questo punto, la domanda e’, cosa e’ successo dopo il messaggio WOW!? Ovviamente molti astronomi hanno utilizzato Big Ear per riprovare ad ascoltare messaggi da quella zona lontana dell’universo, ma purtroppo invano. Non ci sono stati piu’ ulteriori messaggi. Negli anni successivi, in diverse occasioni e con altri radiotelescopi, si e’ tentata la stessa ricerca, ma WOW! e’ stato l’unico caso della storia di questo tipo.

Perche’ non ci sono stati altri messaggi? Se il segnale fosse stato prodotto da una civilita’ aliena, possibile che ne abbiano mandato soltanto uno?

Su queste domande, diverse ipotesi sono state fatte. La piu’ importante, a mio avviso, e’ quella data dallo stesso Frank Drake, uno dei fondatori del progetto SETI. Per poter mandare un segnale nel cosmo, cercando di raggiungere zone molto lontane, e’ necessario inviare segnali molto stretti, cioe’ in zone molto limitate dello spazio in modo da poter concentrare la maggior parte dell’energia in un punto evitando dispersioni. In questa ipotesi, ogni volta lanciate un segnale in direzioni diverse, e non e’ assolutamente detto che altri casi incrocino proprio la nostra Terra.

Il messaggio di Arecibo del 1974

Il messaggio di Arecibo del 1974

Questa ipotesi e’ verosimile. Anche gli essere umani hanno fatto una cosa simile, inviando in realta’ un solo segnale nello spazio. E’ il caso del famoso messaggio di Arecibo, inviato nel 1974 verso la galassia di Ercole distante da noi 25000 anni luce.

Secondo alcuni, il segnale WOW! potrebbe essere la risposta di civilta’ aliene a questo messaggio. Questa teoria e’ del tutto impossibile. Vi spiego il perche’. Prima di tutto, come detto, la galassia di Ercole si trova a 25000 anni luce, cioe’ il nostro segnale impiegherebbe 25000 anni per arrivare e altrettanti per farci arrivare la risposta. Anche l’ipotesi che il messaggio di Arecibo sia stato intercettato da qualche parte prima della galassia di Ercole e’ da scartare. Lungo quella direzione, e considerando l’ampiezza angolare del segnale, non ci sono corpi celesti su cui eventuali civilita’ aliene potrebbero vivere e da cui avrebbero ascoltato il nostro messaggio.

Dunque? Da cosa o da chi e’ stato prodotto il segnale WOW!?

Come visto nell’articolo, ci sono alcuni punti aperti, ma molte altre ipotesi conosciute sono state valutate e scartate. Ad oggi, il segnale WOW! rimane ancora un mistero senza spiegazione.

Cosa possiamo dunque concludere?Prima di tutto, questo e’ un chiaro esempio di mistero sia dal punto di vista antropologico che scientifico. Come vedete, in questo caso abbiamo presentato i fatti, li abbiamo analizzati e non ne siamo venuti a capo.

Il segnale WOW! e’ la chiara dimostrazione che esistono ancora dei fatti senza un’interpretazione scientifica, ma soprattutto che blog come questo non fanno disinformazione, come qualcuno pensa, ma semplicemente si limitano ad analizzare i fatti cercando di trarre conclusioni.

Proprio come ultimo punto, vorrei aprire una nuova ulteriore parentesi. Molte volte ci troviamo a discutere di improbabili video che girano in rete di avvistamenti di dischi volanti, di alieni ripresi in qualche foresta o su qualche letto per autopsie. Il 99% di questi video puo’ essere smascherato con semplici considerazioni. Perche’ spendere tanto tempo a creare prove improbabili, invece di ragionare su eventi come il segnale WOW!?

La ricerca scientifica puo’ aiutarci a trovare una risposta sull’origine del segnale. Magari non e’ stato prodotto da una civilita’ aliena ma solo da un aereo di qualche nazione che volava di nascosto usando frequenze vietate oppure da un fenomeno che ancora non conosciamo nel nostro universo e che produce segnali elettromagnetici di questo tipo. Ad oggi non abbiamo una risposta.

Solo per farvi capire meglio. Oggi Big Ear non esiste piu’. Al suo posto sono state costruite case, strade e supermercati, installazioni considerate migliori dal punto di vista economico. Ovviamente ci sono altri radiotelescopi in giro per il mondo, ma la ricerca scientifica in questa direzione deve assolutamente continuare. Forse quello che abbiamo captato era veramente un tentativo di contatto inviato da una civilita’ extraterrestre, non dobbiamo certamente ignorarlo per concentrare i nostri sforzi nella creazione di video fasulli da caricare su youtube.

 

 

 

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