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Fusione, ci siamo quasi?

17 Feb

La chimera della produzione di energia attraverso processi nucleari e’ senza ombra di dubbio la fusione. Come sappiamo, detto in modo improprio, possiamo pensare a questo processo come qualcosa di inverso alla Fissione. Se in quest’ultimo caso, un nucleo atomico viene spezzato in due nuclei piu’ piccoli liberando energia, nella fusione abbiamo due elementi piu’ leggeri che vengono uniti in uno piu’ grande. Anche in questo caso, nel processo c’e’ un eccesso di energia che viene liberato verso l’esterno. Non si tratta di magia ma del bilancio energetico delle reazioni, facilmente calcolabile utilizzando i principi base della fisica nucleare.

Per la fissione, il processo e’ relativamente semplice ed in grado di autosostenersi. Quest’ultimo aspetto e’ fondamentale quando si considerano processi di questo tipo. Detto in altri termini, basta dare il “la” alla reazione per avere qualcosa in grado di autosostenersi autonomamente e continuare cosi’ a produrre energia. Come noto, siamo in grado di utilizzare questo processo molto bene sia con reazioni controllate nei reattori a fissione sia in modo non controllato attraverso la bomba atomica.

E per la fusione?

Qui il discorso e’ diverso. A partire dagli anni ’50, abbiamo iniziato a studiare queste reazioni per cercare di ottenere un bilancio positivo. Cosa significa? Prendete due nuclei leggeri. Per far avvenire la fusione dovete avvicinarli tra loro fino a formare qualcosa di piu’ grande. Semplice ma non scontato. Prendiamo il discorso in modo improprio ma comprensibile. Nei nuclei avete protoni e neutroni. Come ci hanno insegnato a scuola, se proviamo ad avvicinare cariche di uguale segno queste si respingono attraverso la forza coulombiana. Ma allora, perche’ nel nucleo i protoni sono fermi e tutti vicini tra loro? Avvicinando due particelle come i protoni, inizialmente avete la repulsione coulombiana dovuta alle cariche elettriche che tende ad allontanarle. Se resistete opponendovi a questa forza, vi accorgete che sotto una certa distanza interviene un’altra forza, questa volta attrattiva e molto piu’ intesa di quella dovuta alle cariche elettriche, la forza nucleare forte. Si tratta solo di un’altra interazione che pero’ agisce a distanze molto corte tra i nucleoni. La presenza dei neutroni nel nucleo serve proprio a tenere unito il nucleo stesso. Poiche’ i neutroni non hanno carica elettrica, non subiscono repulsione coulombiana mentre esercitano e subiscono l’interazione forte. Detto in altri termini, i neutroni fanno da collante per far si che la forza forte, attrattiva, vinca su quella coulombiana, repulsiva.

Bene, lo scopo del gioco della fusione e’ proprio questo. In qualche modo dobbiamo avvicinare i nuclei spingendoli fino a che la forza forte non diventi piu’ intensa di quella coulombiana. Sotto questo limite, ci sara’ un’attrazione spontanea che portera’ alla formazione di un nucleo piu’ pensate, rilasciando energia.

Qual e’ il limite nella produzione di energia da fusione? Ovviamente, dovete fare in modo che l’energia spesa per avvicinare i nuclei sia minore di quella che viene ceduta dopo la fusione. Questo e’ il famoso bilancio positivo di cui tanti parlano ma, lasciatemi dire, in pochi hanno veramente capito.

Di questi processi abbiamo parlato in diversi articoli mostrando le diverse tecniche che si stanno sperimentando nel mondo:

Sole: quanta confusione!

La stella in laboratorio

Studiare le stelle da casa!

Contrapposti a questi, ci sono poi i diversi esperimenti per creare quella che viene definita “fusione fredda” e su cui tanta speculazione e’ stata fatta negli ultimi anni:

E-cat meraviglia o grande bufala?

Ancora sulla fusione fredda

Come detto e ripetuto piu’ volte, dobbiamo essere aperti di mente nei confronti di questi processi che pongono le loro radici in metodi scientifici conosciuti. Quello che pero’ manca, e’ una dimostrazione oggettiva che questi apparecchi, esempio su tutti l’E-Cat, siano veramente in grado di produrre energia in quantita’ maggiore di quella data in ingresso.

Perche’ torno nuovamente su questi argomenti?

Come forse avrete letto, solo pochi giorni fa e’ stato fatto un nuovo anuncio riguardante la ricerca sulla fusione nucleare. In un articolo pubblicato sulla rivista Nature, il NIF, National Ignition Facility, della California ha annunciato di aver ottenuto un bilancio positivo della reazione di fusione di isotopi di idrogeno in elio.

Del NIF abbiamo gia’ parlato nei precedenti articoli riportati sopra. Come sappiamo, in questo caso si utilizzano quasi 200 fasci laser per comprimere, mediante oro, atomi e isotopi di idrogeno, deuterio e trizio, per formare elio. Nel processo viene rilasciata l’energia della fusione.

Come capite bene, in questo caso il bilancio positivo si ha se l’energia rilasciata e’ maggiore di quella necessaria per far sparare nello stesso istante tutti i laser.

Nei primi anni di vita, il NIF ha rappresentato una grande speranza per la ricerca della fusione, attirando grandi finanziamenti. Finanziamenti che poi sono diminuiti quando i risultati ottenuti erano notevolmente inferiori alle aspettative.

Oggi, il NIF e’ riuscito ad ottenere per la prima volta un bilancio positivo, anche se solo minore dell’1%, rispetto all’energia richiesta per far andare i laser. Se proprio vogliamo dirla tutta, non siamo ancora contenti di questo risultato e saranno necessari tantissimi altri studi prima di poter gridare vittoria e prima di poter vedere la fusione utilizzata per la produzione di energia.

Come detto nell’introduzione, lo scopo di questo gioco e’ quello di tenere in qualche modo gli atomi fermi mentre li comprimiamo fino alla fusione. Nel NIF questo confinamento avviene sfruttando l’inerzia dei nuclei stessi e proprio per questo motivo si parla di “confinamento inerziale”. Diversamente, ad esempio per ITER, si cerchera’ di utilizzare forti campi magnetici per tenere i nuclei uniti, parlando di “confinamento magnetico”. La trattazione di questo aspetto non e’ affatto banale e rappresenta, a questo livello, un contributo assolutamente non trascurabile nel bilancio energetico finale della reazione.

Perche’ dico questo?

I risultati ottenuti dal NIF sono assolutamente ragguardevoli e sono un ordine di grandezza maggiore rispetto ai migliori risultati precedenti. Il bilancio positivo dell’1% non tiene pero’ conto dell’energia spesa per il confinamento. Questo per far capire quanto lavoro e’ ancora necessario.

La comunita’ scientifica della fusione, pone tutte le sue speranze, nel progetto internazionale ITER. Come sapete bene, in questo caso si parla di un vero e proprio reattore prototipale per la produzione di energia per fusione. Anche in questo caso, ci saranno diverse sfide tecnologiche da vincere ma la strada segnata dai successi degli ultimi anni non puo’ che farci ben sperare.

 

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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Ritorno ai dirigibili?

23 Dic

Se proviamo a pensare ai trasporti, la nostra mente sarebbe necessariamente influenzata dall’ambiente in cui viviamo. Oggi, siamo abituati a poter raggiungere qualsiasi posto o citta’ mediante strade, autostrade, ferrovie o, per posti piu’ lontani, con l’aereo. Questo purtroppo non e’ sempre vero. Costruire infrastrutture di questo tipo costa moltissimo e una corretta valutazione costo/utilizzo viene sempre fatta per decidere la convenienza o meno di una nuova costruzione. Anche con l’aereo, il discorso e’ molto simile, solo per darvi un’idea, dovendo andare dal punto A al punto B, e’ necessario avere piste di decollo e atterraggio nei due punti.

Ora, sulla Terra esistono diverse zone, magari poco popolate, in cui queste infrastrutture non sono presenti. Proprio in virtu’ di questo, negli ultimi anni, sta tornando di moda il trasporto mediante dirigibile. I primi a ripensare a questo metodo, sono state le diverse compagnie minerarie e petrolifere che operano in zone molto disagiate e poco raggiungibili del pianeta. Esempio classico e’ quello delle zone della Siberia e della Russia Orientale, ricche di materie prime, ma poco servite da infrastrutture di trasporto. In questo caso, sono necessari costanti viaggi di rifornimento non solo per il trasporto del materiale per la creazione del sito produttivo, ma anche per l’approviggionamento di derrate alimentari e beni per i lavoratori del posto.

Leggendo questa notizie, non possono non venire in mente filmati in bianco e nero con questi enormi dirigibili che solcano i cieli. Perche’ pero’, ad un certo punto, il trasporto con dirigibili e’ stato quasi completamente abbandonato? Fino agli anni ’30 del secolo scorso, dirigibile e aereo si contendevano lo scettro di mezzo di trasporto piu’ sicuro e efficiente per viaggi a lunga distanza. Come spesso accade, quello che ha segnato la fine del dirigibile e’ stato un incidente. Il 6 maggio 1937, durante la fase di atterraggio, il dirigibile Hindemburg si incendio’ causando la morte di 35 delle 97 persone che erano a bordo. Ancora oggi, la reale causa dell’incidente non e’ stata ancora completamente spiegata. Secondo alcuni, l’incendio sarebbe stato provocato da una fuoriuscita di idrogeno presente nel pallone. Questo, a causa dell’elettricita’ accumulata sulla tela o forse a cusa di un fulmine, si incendio’ causando il disastro. Secondo altri ancora, l’ipotesi ragionevole e’ quella di un attentato terroristico. Anche se la causa non e’ stata determinata con precisione, il risultato di questo incidente fu quello gia’ introdotto, il completo abbandono del dirigibile nei confronti dell’aereo.

Ora pero’, a causa della, chiamiamola cosi’, colonizzazione da parte dell’uomo di qualsiasi angolo del pianeta, si e’ ricreata la necessita’ di ricorrere a questo innovativo/antico metodo. Come visto in precedenza, la possibilita’ di un decollo verticale e di atterraggio senza pista, fanno si che il dirigibile possa essere una scelta molto adatta in luoghi impervi. Oltre alle gia’ citate compagnie di estrazione, l’idea e’ quella di utilizzare questo mezzo per le missioni artiche o anche per campagne di raccolta dati scientifici. Gia’ negli anni scorsi, questi sistemi sono stati utilizzati, ad esempio, per raccogliere campioni di atmosfera a diversa altezza o anche per studiare i parametri ambientali su specifici punti del pianeta. Detto questo, capite bene come l’interesse sia assolutamente vivo e anche i possibili campi di applicazione non manchino.

Ora, ci sono gia’ diverse compagnie che si stanno attrezzando con questi sistemi. Come e’ noto, e solo per inciso, oggi si utilizza l’elio, piu’ leggero dell’aria, per far volare i dirigibili. Al contrario dell’idrogeno questo e’ un gas inerte e non infiammabile. Le soluzioni proposte sono essenzialmente di due tipi, uno per trasporto fino a 66 tonnellate e una che puo’ arrivare a trasportare merci per un peso complessivo fino a 250 tonnellate. Per darvi un’idea di questi numeri, un apparecchio del genere e’ in grado di trasportare carri armati, camion, macchinari pesanti e tutto quello che vi viene in mente. Immaginate il guadagno rispetto al dover costruire centinaia, se non migliaia, di kilometri di ferrovia in zone impervie.

A parte la salita del dirigibile, e’ interessante anche discutere i sistemi di movimentazine in orizzontale. Anche in questo caso, si sta lavorando per trovare nuove soluzioni, prima di tutto a basso costo ed alto rendimento e poi anche a basso impatto ambientale. In che modo? I sistemi gia’ proposti utilizzano motori a gasolio per far muovere il sistema parallelamente alla Terra. Al contrario, alcune compagnie stanno lavorando alla realizzazione di teli semirigidi per il dirigibile coperti da panneli solari ricurvi. L’energia prodotta in questo modo servirebbe per alimentare motori elettrici o ibridi ad alta efficienza.

Concludendo, i cari vecchi dirigibili erano stati messi da parte in seguito al terribile incidente del 1937. Oggi pero’, si sta di nuovo accendendo una corsa a questi sistemi a causa dell’impossibilita’ di raggiungere alcune zone specifiche della Terra mediante sistemi, diciamo cosi’, tradizionali. In questo caso, piu’ che di un’idea, parliamo di sistemi gia’ in avanzato stato di realizzazione con diverse grandi compagnie presenti sul mercato. Oltre al trasporto pesante, ci sono gia’ alcune organizzazioni che publicizzano giri turistici in dirigibile per visitare dall’alto zone spettacolari del nostro pianeta.

 

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

La stella in laboratorio

3 Ott

Attraverso le pagine del forum di Psicosi 2012:

Psicosi 2012, forum

mi e’ stato segnalato un articolo molto interessante. Perche’ lo definisco in questo modo? Semplice, l’articolo e’ talmente assurdo che merita di essere presentato qui sul blog.

Come diceva un proverbio: “Dagli amici mi guardi Dio perche’ da nemici mi guardo io”. Cosa significa? Mentre siamo guardinghi nei confronti dei nostri nemici,  ci sentiamo tranquilli verso gli amici. A volte questo puo’ creare la condizione per poter essere, come si dice, accoltellati alle spalle.

Cosa voglio dire con queste parole? Mentre ormai abbiamo capito bene quali sono i siti complottisti e catastrofisti e, almeno spero, abbiamo imparato a leggerli con occhio attento e guardingo, a volte quelli che dovrebbero essere siti seri e scientifici si lasciano prendere un po’ troppo la mano.

Questo e’ purtroppo il caso di una notiizia apparsa su ben due noti giornali online nazionali che, copiandosi spudoratamente tra di loro, hanno finito per sparare cavolate veramente fuori dalla grazia del Signore.

Prima di tuttto, vi segnalo gli articoli in questione:

Articolo 1

Articolo 2

Potete anche leggerne uno solo, tanto le parole utilizzate sono le stesse, ergo, non so chi dei due, ha fatto copia/incolla.

Avete letto bene? I ricercatori dell’istituto americano NIF, stanno per accendere una stella in laboratorio. Una stella? Proprio cosi’ dicono gli articoli. Si tratta di un esperimento di fusione in cui sono stati utilizzati laser con una potenza di 500 Tera Watt, 500 mila miliardi di watt di potenza. Come recita l’articolo, questa potenza e’ pari a 1000 volte quella che gli Stati Uniti stanno consumando in quel momento.

Signori, scusate le sfogo, ma questa e’ disinformazione scientifica sulle pagine di giornali nazionali che pretendono di avere una sezione di scienze! Poi, non ci sorprendiamo quando le persone pensano che al CERN si creeranno buchi neri che distruggeranno la Terra. Dall’altra parte dell’oceano stanno creando una stella in laboratorio.

Finito il mio piccolo sfogo personale, vorrei passare a commentare questa notizia. Al contrario di quanto fatto sui giornali citati, per poter capire questa notizia, e’ necessario capire bene il campo in cui ci andiamo a muovere, cioe’ la fusione nucleare.

Cercando di mantenere un approccio semplice e divulgativo, tutti conoscono le centrali nucleari per la produzione di energia elettrica. Questi reattori funzionano attraverso la fissione nucleare, cioe’ la scissione di un nucleo pesante, il combustibile, in nuclei piu’ leggeri. Questo processo, oltre ai due nuclei figli, produce un eccesso di energia. Il processo si dice dunque esoenergetico perche’ rilascia energia.

Detto in modo molto improprio, il processo inverso a quello di fissione nucleare e’ quello di fusione. In questo caso, si prendono due nuclei leggeri per fonderli insieme e formare un nucleo piu’ pesante. Questo processo e’ conveniente solo per nuclei molto leggeri, in linea di principio fino al ferro. Come viene fatto il processo? Quelli che dovete avvicinare sono degli atomi. Come sapete, nel nucleo sono presenti protoni con carica positiva. Avvicinando tra loro due cariche di segno uguale, queste si respingono tra loro con una forza che aumenta al diminuire della distanza. Sotto una certa distanza pero’, la forza coulombiana repulsiva, cioe’ quella tra cariche elettriche, diviene piu’ piccola della cosiddetta forza nucleare forte. Questa interazione e’ molto intensa, ma solo a distanze molto piccole. Detto in altri termini, dovete comprimere molto i nuclei tra loro, fino ad arrivare al punto in cui questi si attirano grazie alla forza forte.

Questa caratteristica rende il processo di fusione nucleare molto difficile da realizzare o meglio, molto difficile da sfruttare. Come anticipato, si tratta di un processo che rilascia energia. Per poter comprimere i nuclei tra loro dovete pero’ spendere un certo quantitativo di energia in qualche forma. Bene, per poter sfruttare questo processo, o meglio per guadagnarci, dovete fare in modo che l’energia spesa per attivare il processo, quella di compressione, sia minore di quella che poi viene rilasciata dai nuclei che si fondono.

Una delle possibili e piu’ studiate reazioni di fusione nucleare e’ quella del deuterio con il trizio:

D + T → 4He (3,5 MeV) + n (14,1 MeV)

In questa reazione i due reagenti, che altro non sono che isotopi piu’ pesanti dell’idrogeno, vengono fusi per formare un nucleo di elio, detto anche particella alfa, liberando anche un neutrone di una certa energia.

Vedete bene il processo. Indipendentemente da quello che ognuno di noi pensa delle centrali nucleari a fissione, il processo di fusione risolve automaticamente il problema delle scorie. In questo caso, non abbiamo sottoprodotti radioattivi a lunga vita media. Proprio per questo motivo, la costruzione di centrali di questo tipo e’ vista come la chimera della fisica nucleare e da diversi anni sono in corso ricerche per cercare di rendere il processo di fusione conveniente dal punto di vista energetico.

Il punto cruciale di questi studi e’ ovviamente come innescare il processo, cioe’ come far avvicinare tra loro i nuclei per far partire la fusione. Il caso visto negli articoli da cui siamo partiti e’ il cosiddetto confinamento inerziale ad ignizione laser. Detto in parole semplici, si utilizzano fasci laser per riscaldare e comprimere i nuclei e far partire la fusione.

Bene, a questo punto siamo in grado di rileggere gli articoli e di capire veramente quello che e’ successo nei laboratori del NIF.

Il laboratorio in questione utilizza 192 fasci laser per riscaldare e comprimere un sferetta di deuterio-trizio. Il numero elevato di laser serve prima di tutto per avere l’energia necessaria ma anche per poter riscaldare uniformemente la sfera di combustibile. Ovviamente, non serve irradiare continuamente il composto, ma e’ necessario che in un tempo molto breve l’energia arrivi tutta insieme sul campione. Quindi, proprio per questo si utilizzano fasci impulsati, cioe’ raggi molto intensi ma molto brevi nel tempo. Questo spiega l’enorme potenza in gioco. Data un’energia del fascio, tanto piu’ corto e’ il raggio, maggiore sara’ la potenza in gioco. Esattamente come in fisica definite la potenza come il rapporto tra lavoro e tempo per compierlo. Capite dunque da dove viene fuori quel valore enorme di 500 terawatt di potenza. Secondo voi, se fosse necessario avere 1000 volte la potenza che gli USA stanno consumando in quell’istante, chi sarebbe in grado di alimentare i laser? Nella migliore delle ipotesi, acceso il sistema salterebbe la corrente a tutti gli Stati Uniti. Direi che quanto affermato e’ quantomeno azzardato e dimostra la totale non conoscenza di quello che si sta raccontando.

Poi, cosa dice l’articolo? A questo punto, il sistema implode e si accende una stella.

Capiamo bene, perche’ implode? Lo schema semplificato del processo di fusione che avviene e’ questo:

Il meccanismo di ignizione laser per la fusione nucleare

Il meccanismo di ignizione laser per la fusione nucleare

Per compressione interna, si ha un implosione cioe’ un collassamento dei nuclei verso l’interno. Da come viene raccontato nell’articolo, sembra che ci sia una deflagrazione in laboratorio.

Poi si accende una stella ….

Perche’? Anche qui, si tratta di un’assurdita’ letta scopiazzando in giro. Il processo di fusione e’ quello grazie alla quale, ad esempio, le stelle producono la loro energia. Il nostro sole “funziona” grazie alla fusione degli atomi di idrogeno in elio. Quando si parla di processo vitale del sole e di passaggio allo stadio successivo, ci si riferisce proprio al momento in cui il combustibile finira’. Inoltre, se si vede la pagina Wikipedia dedicata al NIF:

Wikipedia, NIF

si legge una frase molto importante:

Oltre allo studio della fusione nucleare in campo energetico, al NIF si studieranno anche i segreti delle stelle; infatti quello che si sta tentando di fare è riprodurre il fenomeno della fusione dell’idrogeno che avviene sul Sole e su tutte le altre stelle.

Ecco da dove e’ nata l’idea che in laboratorio venga “accesa una stella”. Come vedete, l’autore dell’articolo ha provato a documentarsi sulla rete, ma non ha capito proprio il senso della frase riportata.

A questo punto, credo che l’assurdita’ di tali articoli sia evidente a tutti.

Tornando di nuovo a cose serie, perche’ e’ stata data questa notizia? Il motivo principale, e molto importante, e’ che, per la prima volta, e’ stato raggiunto il pareggio energetico. Cosa significa? Per la prima volta, si e’ riusciti ad ottenere la stessa quantita’ di energia che e’ stata necessaria per attivare il processo. Se prima l’energia per accendere la reazione era molto maggiore di quella che poi veniva prodotta, ora siamo in pareggio. Si tratta di un risultato molto importante, che dimostra i notevoli passi avanti fatti in questo campo. Certo, e’ vero che al momento non stiamo guadagnando nulla, ma prima, con lo stesso processo, ci rimettevamo tantissimo. Diciamo che il trend e’ dunque molto positivo.

Ovviamente, allo stato attuale, siamo ancora in un campo pioneristico. Magari, andando avanti, ci potremmo accorgere che si sono dei limiti alla produzione di energia che non siamo in grado di superare. Speriamo questo non avvenga e si riesca, in tempi rapidi, a spostare il bilancio energetico a nostro favore. Come detto prima, questa e’ la condizione per poter sperare nella realizzazione di centrali nucleari a fusione per la produzione di energia.

 

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

Fiocco rosa per il delfino

22 Ago

Come sempre accade, il nostro universo e’ in grado di regalarci degli spettacoli gratuiti assolutamente non paragonabili con nient’altro. Da pochi giorni, abbiamo avuto l’appuntamento annuale con le “lacrime di San lorenzo” che da sempre affascinano e tengono molte persone con il nasu all’insu’ tutta la notte.

Proprio pochi giorni dopo il picco delle stelle cadenti, precisamente il 14 agosto, un astrofilo giapponese, mentre era intento ad osservare il cielo, ha notato una stella nella costellazione del cigno che non conosceva e che non gli sembrava ci fosse nei giorni precedenti. La segnalazione dell’astrofilo ha ovviamente mobilitato gli astronomi di mezzo mondo che osservando il cielo hanno potuto constatare la presenza di una cosiddetta “stella nova”.

Nova Delfini 2013

Nova Delfini 2013

Cosa sarebbe una stella nova?

Non lasciativi confondere dal nome. L’aggettivo “nova” non c’entra nulla ne’ con supernova ne’ tantomeno con nuova. Si tratta di un fenomeno conosciuto nel nostro universo e che ogni tanto e’ possibile osservare. La stella nova in questione e’ dovuta ad un sistema binario visibile nella costellazione del cigno. In questa coppia, una delle due stelle e’ una nana bianca. Come sapete, questo e’ uno stadio particolare dell’evoluzione delle stelle che, una volta esaurito il combustibile nucleare, si contraggono gravitazionalmente mantenendo la stessa massa, paragonabile a quella del sole, ma raggiungendo diametri piu’ simili a quelli della Terra.

Un sistema di stelle doppie e’ ovviamente influenzato dai campi gravitazionali dei membri. Ciascuna stella esercita e subisce la forza di attrazione della compagna. In questa configurazione e’ possibile che la nana bianca assorba idrogeno dall’altra stella riuscendo in questo modo ad innescare un’esplosione di tipo nucleare grazie alla fusione degli atomi.

Detto questo, una stella nova altro non e’ che l’esplosione della nana bianca che, a differenza di quanto accade nelle supernove, non viene assolutamente distrutta ma rimane intatta. Capite anche che questo e’ un fenomeno transitorio che si esaurisce nel giro di poco tempo terminata l’esplosione.

Bene, la stella individuata il 14 agosto, e ora chiamata Nova Delfini 2013, si trova, come anticipato, nella costellazione del cigno ed e’ visibile anche dall’Italia.

Particolarita’ di questa nova e’ l’aumento di luminosita’ che ha fatto registrare passando da magnitudine +13 a +6,8 fino a +4 nei giorni scorsi. Come detto in altri articoli, minore e’ la magniturdine, che puo’ assumere anche valori negativi, maggiore e’ la luminosita’ della stella.

Come detto, Nova Delfini 2013 e’ visibile anche dall’Italia. Per individuarla potete fare riferimento a questa mappa stellare:

Posizione di Nova Delfini nel cielo

Posizione di Nova Delfini nel cielo

Avendo una magnitudine di +4, dalle citta’ con inquinamento luminoso piu’ elevato e’ consigliabile munirsi anche solo di un semplice binocolo. La stella e’ invece perfettamente visibile dalla campagna o dai luoghi meno illuminati.

Dal punto di vista astronomico, la stella si trova a 97 anni luce da noi. In passato sono gia’ state osservate stelle nove anche a magnitudine minore, ad esempio nova Scorpio nello scorpione. Eventi di questo tipo sono comunque sempre spettacolari e ci permettono di capire come il nostro universo non sia assolutamente statico ma possa essere visto come un sistema vivo e mutabile nel tempo.

 

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La nebulosa che muore

17 Lug

In questi giorni, molti giornali e siti internet stanno pubblicando delle foto, lasciatemi dire spettacolari, scattate dalle sonde Chandra e Hubble. Le immagini sono relative ad una cosiddetta “nebulosa planetaria”, chiamata NGC2392, distante da noi circa 4200 anni luce.

Cosa ha dispeciale questa nebulosa?

La particolarita’ di questo oggetto e’ che la nebulosa e’ ormai giunta vicino al termine della sua vita. Anche se il nome potrebbe confondere, questi corpi non hanno nulla a che fare con i pianeti. L’origine del nome viene inizialmente dal fatto che le nebuose planetarie erano visibili come dischi compatti, cosi’ come appaiono i pianeti. In seguito poi, il nome venne lasciato perche’ si pensava che il disco formante la nebulosa fosse simile al disco di accrescimento da cui vengono originati i pianeti.

Studiare l’evoluzione di questa nebulosa e’ importante prima di tutto per ragioni scientifiche e per studiare in dettaglio gli stadi di evoluzione delle stelle. Oltre a questo, il comportamento della NGC2392 ci fa capire quello che potrebbe accadere al nostro Sole quando, esaurito il combustibile nucleare che brucia, si espandera’ fino a sovrapporsi a diversi pianeti del Sistema Solare centrale. Tranquilli, il mio non vuole assolutamente essere un messaggio profetico ne tantomeno catastrofista. Questo momento non avverra’ prima di 5 miliardi di anni.

Se osservata con un telescopio di modeste dimensioi, la NGC2392 appare come un disco compatto circondato da un anello piu’ chiaro. Proprio per questo motivo, questo oggetto e’ anche noto con il nome di Nebulosa dell’Eschimese, dall’inglese Eskimo Nebula.

Come anticipato, il corpo si trova a piu’ di 4000 anni luce da noi ed e’ molto ben visibile dal nostro emisfero. Per poter vedere la sua particolare forma ad eschimese, non e’ assolutamente necessario un telescopio molto costoso. Proprio per questo motivo, la NGC2392 e’ uno dei corpi maggiormente osservati dagli astrofili di tutto il mondo.

Cosa hanno di tanto speciale le foto che girano su internet?

Utilizzando telescopi di dimensioni maggiori e dunque con potere risolutivo piu’ spinto, e’ possibile osservare come in realta’ sia il centro che l’anello della nebulosa presentino delle strutture molto particolari e affascinanti. La differenza principale tra Chandra e Hubble e’ che il primo osserva il cielo nel visibile, mentre la seconda sonda e’ in grado di osservare lo spazio nello spettro dei raggi X.

Prima di continuare nella descrizione, vi mostro le immagini di cui vi sto parlando.

Questa e’ la foto nel visibile scattata da Hubble:

La NGC2392 ripresa da Hubble

La NGC2392 ripresa da Hubble

Mentre questa e’ quella nei raggi X di Chandra:

La NGC2392 ripresa da Chandra

La NGC2392 ripresa da Chandra

Osservate la bellezza di queste immagini. I diversi colori che compaiono sono ovviamente spceifici delle emissioni nei vari spettri della nebulosa.

Perche’ troviamo questo aspetto?

Mentre nella parte centrale il nucleo molto caldo della stella morente espelle particelle ad altissima velocita’, nella parte esterna troviamo flussi con velocita’ molto ridotta.

La colorazione della parte centrale e’ dunque dovuta a quella che possiamo vedere come l’emissione primaria ad alta velocita’ di particelle verso l’esterno. Quando queste particelle si trovano nella parte esterna, lo scontro con i flussi piu’ lenti forma il guscio che vediamo. La fuoriuscita di particelle verso l’esterno e’ facilitata ai poli della nebulosa dove infatti si notano delle strutture piu’ compatte con dei filamenti che arrivano fino all’esterno.

Come anticipato, questo spettacolo cosmico sara’ del tutto equivalente a quello che spettera’ al nostro Sole nel giro di 5 miliardi di anni. Purtroppo, non ci sara’ nessuno spettatore in grado di poterlo osservare da Terra.

Concludendo, ad un’osservazione migliore, quello che potrebbe sembrare un semplice disco compatto circondato da uno strato esterno, mnostra tutta la sua affascinante bellezza. La NGC2392, anche nota come Nebulosa Eschimese e’ una nebulosa planetaria ormai giunta alla fine del suo stadio vitale. Questo momento della stella offre uno spettacolo davvero interessante e che ci fa capire, oltre all’evoluzione delle stelle, quello che accadra’ al nostro Sole quando l’idrogeno al suo interno sara’ stato completamente bruciato.

 

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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.

 

UFO esplode a Sacramento

8 Gen

Alla questione avvistamenti UFO abbiamo dedicato qualche post in passato:

Lens Flare e avvistamenti UFO

Palla di fuoco nei cieli del Sud Italia

Misteriose sfere di luce

Curiosity e gli UFO

Curiosity e gli UFO: dopo le foto, il video

Come sapete, tolti i video spudoratamente falsi che ogni giorno vengono caricati su youtube, a volte e’ interessante commentare queste testimonianze dal momento che ci permettono di esplorare concetti scientifici poco conosciuti.

Proprio per questo motivo, ha attirato la mia attenzione un video di pochi giorni fa, ripreso a Sacramento in California, in cui si vede un presunto UFO nell’alta atmosfera che improvvisamente esplode. Il video in questione sarebbe stato ripreso con un telescopio da un giovane astrofilo americano.

Attenzione, sicuramente il fatto che il testimone sia un astrofilo potrebbe essere un sigillo di garanzia. Un appassionato di stelle dovrebbe conoscere, piu’ o meno, gli oggetti che puo’ osservare in cielo e dunque escludere cose note che potrebbero trarre in inganno non esperti del settore.

Premesso questo, vi riporto il video:

La immagini iniziali sono riprese addirittura da un network americano e inizialmente viene anche intervistato l’astrofilo che per primo ha osservato l’oggetto. Il presunto UFO sarebbe formato da un oggetto centrale e da un altro puntino, molto piu’ piccolo, che, a detta anche dell’astrofilo, sembrerebbe ruotare intorno al corpo centrale. Improvvisamente, come si vede dalla immagini, l’oggetto centrale esplode.

Di cosa si tratta? E’ possibile che si tratti realmente di un UFO?

Ovviamente, ma questo gia’ lo sapevate, la risposta e’ NO.

Cerchiamo di capire il perche’.

Con ottima probabilita’, il corpo centrale che si vede nelle immagini e’ un pallone sonda. Di cosa si tratta? Un pallone sonda e’ uno speciale pallone aerostatico di dimensioni ridotte, che viene utilizzato per portare della strumentazione in quota con lo scopo di fornire dati utili. Una delle applicazioni principali di questi oggetti e’ per misure meteorologiche, permettendo infatti di misurare i parametri atmosferici direttamente in quota. L’elettronica con cui vengono equipaggiati e’ ovviamente corredata di un GPS per seguirne gli spostamenti e di un sistema di trasmissione dei dati,  in genere via sms o via onde radio.

Non ci credete? Su youtube, ma questo ovviamente i tanti siti che ne parlano non ve lo dicono, e’ stato caricato solo pochi giorni dopo, un altro video che mostra l’esplosione di un pallone sonda e viene fatto il confronto diretto proprio con il caso di Sacramento. Ecco il video, giudicate voi:

Cosa ne pensate? Dal mio punto di vista, le due esplosioni sono completamente paragonabili.

Schema di massima di un pallone sonda

Schema di massima di un pallone sonda

Non contenti, cerchiamo di capire meglio come funziona un pallone sonda per spiegare il comportamento di questi oggetti dopo il lancio.

Il pallone aerostatico viene costruito in genere con lattice o cloroprene, un particolare tipo di gomma sintetica, e riempito con Elio. Questo gas, piu’ leggero dell’aria, consente, grazie alla differenza di peso, al pallone di salire in quota.

Come vedete dal disegno riportato, al pallone viene collegato un generatore solare, un pacco batterie, l’elettronica di lettura e un riflettore radar. Quest’ultimo, in particolare, e’ formato da una serie di specchi collegati tra loro ed e’ utile per aumentare l’eco dei segnali. Ovviamente, gli specchi possono molto facilmente riflettere anche la luce solare o la luce di led o spie che sono poste sull’elettronica.

Molto spesso, visti da terra, i palloni sonda risultano molto luminosi proprio grazie alla presenza di questo riflettore.

Come funziona un pallone sonda? Detto in parole povere, anche se i materiali sono diversi, si comporta esattamente come un palloncino che lasciate libero di volare. Sicuramente, molte volte da bambini vi sarete chiesti che fine fanno i palloncini che lasciate volare. Il pallone sonda, cosi’ come i comuni palloncini, sono riempiti di elio. Man mano che aumenta la quota, la pressione dell’aria diminuisce e, per compensazione, aumenta quella interna del pallone. Arrivati ad una certa quota, il materiale che costituisce il pallone non e’ in grado di reggere la pressione e scoppia in volo.

Questa e’ generalmente la fine che fanno sia i palloni sonda che i palloncini, questi ultimi in particolare scoppieranno ad altezze nettamente inferiori a causa dei materiali meno resistenti.

Che altezza puo’ raggiungere un pallone sonda? Ovviamente questo valore dipende da molti parametri, oltre a quelli costruttivi, sara’ funzione anche della quantita’ di elio che pompate all’interno. Comunque, per darvi un’idea, l’esplosione, e dunque la fine della misura, arriva generalmente intorno ai 25000-30000 metri da Terra. Guarda caso, proprio piu’ o meno l’altezza a cui l’astrofilo americano dice di aver filmato l’esplosione dell’UFO.

A questo punto pero’, potrebbe sorgere una domanda lecita. Se la fine della missione e’ decretata dall’esplosione della sonda, e dunque dalla sua perdita, quanti palloni vengono lanciati in atmosfera? In realta’, questo genere di lanci vengono fatti tutti i giorni, anche per scopi diversi da quelli metereologici.

E’ vero che una volta lanciato, il pallone e’ destinato a perdersi, ma il costo di questo “vettore” atmosferico e’ veramente irrisorio. A riprova di questo, vi segnalo un sito molto interessante:

Vendita Palloni Sonda

Avete visto i prezzi? Come vedete il tipo di pallone da prendere dipende dal peso che volete trasportare. Parliamo comunque di cifre che vanno dai 5 euro per quelli meteo, fino ai 150 per quelli in grado di portare in quota fino a 2 Kg di carico. Possiamo definirli prezzi davvero popolari e sostenibili pensando di dover perdere il pallone dopo il lancio.

A questo punto, non mi sembra che ci sia assolutamente nulla da aggiungere sul video di Sacramento. Come anticipato, e’ stato utile discuterne dal momento che ci ha permesso di affrontare temi interessanti e legati alle misurazioni in atmosfera tramite palloni sonda.

 

 

 

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

Due parole sull’antimateria

24 Dic

A pochissime ore dal tanto atteso 21/12, ci siamo divertiti a passare in rassegna le ultimissime catastrofi annunciate, mostrando la completa assurdita’ dal punto di vista scientifico.

In particolare, in questo post:

Lotteria profetica 2012

abbiamo parlato del racconto del presunto Maya circa la possibilita’ che in un collisore di particelle venissero formate particelle in grado di innescare terremoti.

Questo racconto ci offre lo spunto per parlare di due aspetti della scienza molto importanti e spesso poco conosciuti dal grande pubblico: l’antimateria e gli acceleratori di particelle. In questo primo post, vorrei parlarvi appunto delle antiparticelle e dell’antimateria, argomenti che spesso offrono importanti spunti per scenari complottisti e per film di fantascienza, rimandando ad un successivo post la trattazione degli acceleratori di particelle.

Ovviamente cercheremo di dare un’infarinatura di base comprensibile a tutti, senza scendere in particolari troppo avanzati che rischierebbero di annoiarvi.

In questo post:

Piccolo approfondimento sulla materia strana

abbiamo gia’ parlato di Modello Standard, mostrando come le particelle fondamentali, che altro non sono che i costituenti di tutto quello che vediamo o anche i responsabili delle interazioni, sono in realta’ in numero molto ridotto. Abbiamo in particolare diviso queste particelle in famiglie, parlando di leptoni, quark, neutrini e bosoni messaggeri.

Ora, come entrano in questo discorso le antiparticelle?

Particelle e antiparticelle: quarks e leptoni

Particelle e antiparticelle: quarks e leptoni

Cerchiamo di prendere il discorso alla larga. Le particelle elementari, opportunamente combiate tra loro, formano la materia. Questo ci dovrebbe mettere sulla strada giusta. L’antimateria dunque sara’ ottenuta combinando in modo opportuno antiparticelle. Di nuovo, cosa sono le antiparticelle?

Nel modello standard, per ogni particella esiste una sua antiparticella. Quali sono le differenze tra una particella e la sua antiparticella?

Ciascuna particella e’ caratterizzata da quelli che vengono detti numeri quantici. Sicuramente tutti conoscono la carica elettrica. Bene, questo e’ il primo numero quantico, ma non il solo. Immaginate l’insieme dei numeri quantici come la carta d’identita’ delle particelle. Se volete descrivere una persona a qualcuno che non la conosce, cosa gli dite? E’ alto cosi’, ha i capelli di questo colore, carnagione cosi’, corporatura, ecc. Per descrivere una particella, si utilizzano i numeri quantici. Il set di numeri quantici utilizzato descrive completamente una particella.

Bene, senza scomodare tutti i numeri quantici, particella e corrispondente antiparticella hanno la stessa massa ma carica elettrica opposta. In alcuni casi, particella e antiparticella possono essere la stessa cosa, come nel caso del fotone in cui fotone e antifotone sono la stessa particella, molte volte invece si tratta di due entita’ distinte.

Se siamo giunti fino a questo punto, ormai la strada e’ in discesa.

Esistono le antiparticelle? Sono pericolose? Sono mai state osservate?

La antiparticelle sono una realta’ fisica. La prima osservazione avvenne nel 1932 quando Anderson trovo’ nei raggi cosmici gli antielettroni, anche detti positroni. Da li in avanti, molte altre particelle vennero osservate. Pensate che al giorno d’oggi le antiparticelle vengono prodotte tranquillamente nei nostri laboratori. Molti degli acceleratori nel mondo, fanno scontrare fasci di particelle con le corrispondenti antiparticelle. In questo senso, potete trovare collisori elettrone-positrone, protone-antiprotone, ecc.

Capito il discorso antiparticelle, torniamo a parlare di antimateria. Come detto sopra, se la materia e’ composta da particelle, l’antimateria sara’ composta da antiparticelle.

Facciamo un esempio molto semplice. Immaginate di voler realizzare un atomo di elio. In questo caso, basta prendere due neutroni e due protoni per fare il nucleo e due elettroni da mettere in rotazione. Se ora volessimo realizzare un atomo di antielio? Dobbiamo prendere due antiprotoni, due antineutroni e due positroni (come detto, antielettroni). In questo caso, invece di un atomo di materia ne avreste uno di antimateria.

Esiste l’antimateria?

Le antiparticelle possono essere osservate in natura come prodotti di decadimento di particelle o anche essere prodotte in laboratorio. Sempre in laboratorio, negli acceleratori, e’ stato possibile produrre antiatomi molto leggeri. La domanda dunque e’: in natura dove si trova l’antimateria?

La risposta in questo caso non e’ semplice. Secondo la teoria scientificamente piu’ probabile, nel big bang, l’antimateria e’ scomparsa lasciando il posto solo alla materia. Quest’ultima poi, secondo vari meccanismi, durante l’espansione ha poi formato le stelle, le galassie, i pianeti, ecc. Esistono teorie secondo le quali tracce di antimateria sarebbero ancora presenti da qualche parte. Nella nostra galassia non si e’ osservata antimateria.

Il perche’ di questo punto e’ facilmente comprensibile. Entrando in contatto, materia e antimateria danno luogo alla cosiddetta “annichilazione”, processo in cui particella e antiparticelle scompaiono producendo fotoni ed energia.

Ora, questo ragionamento vi fa capire varie cose. Tornando al discorso “lotteria profetica”, capite subito l’impossibilita’ di avere un pianeta di antimateria in rotta di collisione con le Terra.

Inoltre, capite bene anche un’altra cosa, cioe’ l’assurdita’ scientifica proposta dal film “Angeli e Demoni” in cui al CERN di Ginevra si producevano provette con dentro “antimateria”.

Concludendo, abbiamo finalmente capito cosa si intende parlando di antiparticelle e antimateria. Non c’e’ assolutamente nulla di sconvolgente nel parlare di questi argomenti. Capite bene come le ipotesi complottiste e catastrofiste create intorno a questi argomenti sono soltanto frutto di fantasie dettate da scenari fantascientifici o da qualcuno dotato di troppa fantasia.

 

 

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 se domani sorgessero due soli?

18 Dic

Il titolo la dice lunga, una delle ipotesi catastrofiste, molto proposta in rete in queste ultime ore, e’ proprio il sorgere di due Soli il 21 Dicembre 2012.

Al contrario di molte altre profezie di cui abbiamo parlato, questa non e’ un’ipotesi del tutto campata in aria, ma che merita un approfondimento attento.

Anche se molti di voi avranno subito pensato a Nibiru, non ci stiamo affatto riferendo a questo fantomatico decimo pianeta del Sistema Solare, di cui abbiamo parlato, smentendo la sua esistenza, in diversi post:

Asteroide Nibiru: considerazioni scientifiche

Finalmente le foto di Nibiru

La NASA torna a parlare di Nibiru

Evidenze di un decimo pianeta?

Nibiru e la deviazione delle Pioneer

Nibiru e’ monitorato dall’osservatorio di Arecibo?

Storia astronomica di Nibiru

Secondo le ipotesi, il secondo Sole in cielo sarebbe invece la stella Betelgeuse.

Cerchiamo di andare con ordine.

Betelgeuse e’ la seconda stella piu’ luminosa nella costellazione di Orione e distante, secondo gli ultimi calcoli, circa 640 anni luce dalla Terra. Per i non esperti vi ricordo che l’anno luce e’ soltanto un modo astronomico di misurare le distanze e che corrisponde alla distanza percorsa dalla luce in un anno. Dunque, sapendo che la luce si muove nel vuoto ad una velocita’ di 300000 Km/s, l’anno luce corrisponde ad una distanza di circa 10^13 Km, cioe’ 10000 miliardi di kilometri. Perche’ si usa l’anno luce? Semplicemente perche’ e’ piu’ pratico parlare di qualche anno luce, piuttosto che dire ogni volta milioni di miliardi di kilometri.

Betelgeuse e’ facilmente identificabile nel cielo stellato, cosi’ come l’intera costellazione di Orione, che, essendo posizionata vicino all’equatore celeste, risulta visibile da quasi ogni parte del mondo.

Ecco una foto delle costellazione di Orione, in cui la luce delle stelle formanti la figura e’ stata amplificata per renderla meglio visibile:

Foto di Orione amplificata con l'indicazione di Betelgeuse

Foto di Orione amplificata con l’indicazione di Betelgeuse

La stella indicata dalla freccia e’ proprio Betelgeuse.

Ora, veniamo alla profezia del 21 Dicembre. Betelgeuse e’ da sempre in quella posizione, perche’ mai il 21 Dicembre dovrebbe cambiare qualcosa e quella stella dovrebbe apparire come un secondo Sole?

La risposta che trovate online e’ molto semplice, perche’ Betelgeuse potrebbe esplodere in una supernova espandendo nell’universo la maggior parte della materia che la costituisce e apparire dunque come un oggetto molto luminoso.

La spiegazione sembra molto semplice, ma in realta’ per poterla comprendere a pieno e per capire se realmente esiste questa possibilita’, si devono introdurre dei concetti di scienza, e di astronomia in particolare, non troppo difficili ma che devono essere seguiti attentamente.

Cerchiamo di analizzare queste ipotesi, mantenendo sempre un approccio molto divulgativo e accessibile a tutti.

Come forse molti di voi gia’ sanno, le stelle non sono sempre costanti nel tempo, ma hanno un loro ciclo vitale. A cosa e’ dovuto il loro ciclo? Una stella funziona come una centrale a fusione nucleare. Al suo interno, gli elementi vengono fusi per formare atomi piu’ pesanti e in questo processo viene emessa energia. Questo e’ anche il processo grazie al quale viene prodotta luce, che poi altro non e’ che l’emissione verso l’esterno di questa energia.

Ora, immaginiamo la stella come un serbatoio di atomi. Man mano che li fondiamo, ne avremo sempre di meno a disposizione. Il paragone piu’ semplice e’ quello di una qualsiasi automobile. Quando la benzina finisce, la macchina si ferma. Analogamente, quando il combustibile nucleare si esaursisce, la stella si trasforma evolvendosi in qualcos’altro.

In realta’, il processo e’ solo leggermente piu’ complicato, dal momento che il combustibile primario e’ l’idrogeno che viene fuso per formare elio che a sua volta viene fuso per formare atomi piu’ pesanti, via via fino ad arrivare al Ferro che e’ un elemento stabile che non puo’ essere bruciato per fusione nucleare. Ma non preoccupiamoci di questo. Quello che ci interessa in questo contesto e’ capire di che morte muore una stella.

Dunque, siamo arrivati a capire che una stella avra’ un tempo di vita limitato dal combustibile a disposizione. Al termine di questo ciclo vitale, l’evoluzione allo stadio successivo non e’ univoca, ma dipende da alcuni parametri, primo tra tutti la massa della stella stessa. In astronomia, le stelle vengono ad esempio catalogate in base alla loro massa rispetto al nostro Sole. In questo contesto, a volte trovate scritto “e’ una stella di 10 masse solari”, o “di 0.1 masse solari” e cosi’ via.

Come anticipato, in base alla massa della stella, l’evoluzione naturale del ciclo vitale puo’ essere diverso da caso a caso. Betelgeuse e’ una stella di massa pari a circa 15-20 volte quella del nostro Sole ed e’ in uno stadio della sua evoluzione chiamato di “supergigante rossa”. Si tratta di uno stadio abbastanza avanzato del suo ciclo vitale, e presenta fluttuzioni di luminosita’ che fanno pensare che sia prossima a passare al gradino successivo della sua evoluzione.

Fin qui tutto bene. Betelgeuse e’ una supergigante rossa e potrebbe passare allo stadio successivo.

Qual’e’ questo stadio?

Le stelle di massa come Betelgeuse, al termine del loro ciclo vitale esplodono formando una brillantissima Supernova di tipo II. Anche qui andiamo con ordine. Una supernova e’ un’esplosione stellare, estremamente energetica, che costituisce uno stadio finale per stelle molto massive.

Cosa significa invece di tipo II? Semplicemente che l’esplosione si genera dal collasso interno di una stella con massa superiore a 9-10 volte quella del nostro Sole, come nel caso dunque di Betelgeuse. Durante il collasso in supernova, quasi tutta la materia contenuta all’interno della stella viene letteralmente “sparata” nello spazio circostante con emissione elevata di energia e dunque con luminosita’ molto elevate.

Come apparirebbe Betelgeuse se esplodesse in una supernova di tipo II? Come potete capire facilmente, la sua luminosita’ sarebbe molto elevata il che la renderebbe visibile tranquillamente anche ad occhio nudo ed anche in pieno giorno. Vi riporto una immagine ricostruita che mostra come apparirebbe Betelgeuse, all’interno di Orione, dopo il collasso:

Betelgeuse_supernova

Questo ci fa capire molto bene perche’ si parla di un secondo Sole.

Ora, la cosa piu’ importante da capire e’: ci sono possibilita’ che Betelgeuse esploda proprio il 21 Dicembre?

Ovviamente, in astronomia e’ impossibile fare previsioni precise per il giorno, ma sull’evoluzione di Betelgeuse non vi e’ un parere univoco degli astronomi. Secondo alcuni, per essere precisi i piu’, Betelgeuse sarebbe ancora in una fase poco avanzata dello stadio di supergigante rossa. Questo comporterebbe ancora un periodo, fino anche ad 1 milione di anni, prima di poter assistere a questo spettacolo naturale. Secondo altri, le fluttuazioni della luminosita’ indicherebbero uno stadio molto avanzato della vita della stella e dunque la possibilita’ di esplosione in tempi brevi. Fate attenzione, quando in astronomia si parla di tempi brevi, come in questo caso, ci si riferisce in un lasso di tempo di qualche secolo.

Esiste anche una terza ipotesi, dibattutta scientificamente, che vorrebbe la stella gia’ esplosa. In questo contesto, vediamo ancora Betelgeuse cosi’ com’e’ solo perche’, dopo l’esplosione, ci vogliono 640 anni prima di vedere l’evoluzione da Terra. Questo periodo e’ proprio dovuto alla distanza della stella da noi.

E’ necessario premettere prima di tutto che, scientificamente, questa terza ipotesi e’ quella meno probabile secondo la scienza, ma comunque presa in considerazione. Nonostante questo, capite bene che e’ del tutto impossibile stabilire esattamente il giorno in cui vedremo Betelgeuse esplodere in una supernova. Dunque, l’ipotesi di vedere l’evoluzione esattamente per il 21 Dicembre e’ del tutto campata in aria.

Nonostante questa conclusione, vorrei aprire una brevissima parentesi. Se anche vedessimo l’esplosione di una supernova in cielo, cosa comporterebbe questo per noi? Sarebbe la fine del mondo?

Anche in questo caso, potete dormire sonni tranquilli. Supernove che esplodono a centinaia di anni luce da noi, espellono verso lo spazio enormi quantita’ di materia, ma questa non arriva assolutamente fino a Terra. L’unico effetto reale a Terra, e’ un aumento del flusso di neutrini che attraversano il nostro pianeta e che vengono prodotti dalle reazioni nucleari durante l’esplosione. Solo per curiosita’, vi dico che queste particelle hanno una probabilita’ di interagire con la materia estremamente bassa e sono in grado di attraversare l’intera Terra senza interagire con nulla. Pensate che anche il nostro Sole produce un enorme flusso di neutrini che attraversano il nostro pianeta, senza nessuna conseguenza per gli esseri umani. Ovviamente il nostro Sole e’ dietro l’angolo se paragonato ad una supernova in una qualche parte della Via Lattea.

Questo ci fa capire bene che comunque non vi e’ nessun pericolo di “fine del mondo” in caso di un’esplosione di supernova.

Per darvi ancora un’altra prova, le cronache storiche sono piene di esplosioni di supernove nella nostra galassia, e osservate da Terra. La piu’ famosa e’ forse l’esplosione del 1054 che porto’ alla formazione della Nebulosa del Granchio e che venne opportunamente riportata nelle cronache cinesi. In ordine temporale, l’ultima supernova osservata nella Via Lattea e’ del 1604 osservata anche da Keplero. Vi sono poi altri casi piu’ recenti ma che non sono stati direttamente osservabili da Terra. Per darvi l’idea, di esplosioni di supernove nella nostra galassia, se ne contano piu’ o meno una ogni 50 anni, ovviamente senza nessuan conseguenza diretta per noi.

Concludendo, abbiamo capito il perche’ si parla di questa esplosione di Betelgeuse. Abbiamo visto come l’ipotesi di una supernova sia in realta’ possibile, ma assolutamente non aspettabile per  il 21 Dicembre. La cosa piu’ importante che abbiamo capito e’ che le esplosioni di Supernove nella nostra Galassia non sono un evento cosi’ raro, ma che comunque non comportano nessun problema a Terra e soprattutto sul genere umano.

Analizzare le profezie del 2012, significa affrontare temi sempre attuali della scienza e che spesso vengono poco divulgati ai non addetti ai lavori. Per un’analisi scientifica del 2012, ma soprattutto per leggere un libro di divulgazione chiaro ed accessibile a tutti, non perdete in libreria ”Psicosi 2012. Le risposte della scienza”.