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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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Flusso oscuro e grandi attrattori

28 Feb

Nella ormai celebre sezione:

Hai domande o dubbi?

in cui sono usciti fuori davvero gli argomenti piu’ disparati ma sempre contraddistinti da curiosita’ e voglia di discutere, una nostra cara lettrice ci ha chiesto maggiori lumi sul cosiddetto “dark flow” o flusso oscuro. Una richiesta del genere non puo’ che farci piacere, dal momento che ci permette di parlare nuovamente di scienza e, in particolare, di universo.

Prima di poterci addentrare in questo argomento scientifico ma, anche a livello di ricerca, poco conosciuto, e’ necessario fare una piccolissima premessa iniziale che serve per riprendere in mano concetti sicuramente conosciuti ma su cui spesso non si riflette abbastanza.

Per iniziare la discussione, voglio mostrarvi una foto:

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Quello che vedete non e’ un semplice libro, ma uno dei tre volumi che compongono il Philosophiae Naturalis Principia Mathematica o, tradotto in italiano, “I principi naturali della filosofia naturale”. Quest’opera e’ stata pubblicata il 5 luglio 1687 da Isaac Newton.

Perche’ e’ cosi’ importante questa opera?

Questi tre volumi sono considerati l trattato piu’ importante del pensiero scientifico. Prima di tutto, contengono la dinamica formulata da Newton che per primo ha posto le basi per lo studio delle cause del moto ma, soprattutto, perche’ contengono quella che oggi e’ nota come “Teoria della Gravitazione Universale”.

Sicuramente, tutti avrete sentito parlare della gravitazione di Newton riferita al famoso episodio della mela che si stacco’ dall’albero e cadde sulla testa del celebre scienziato. Come racconta la leggenda, da questo insignificante episodio, Newton capi’ l’esistenza della forza di gravita’ e da qui la sua estensione all’universo. Se vogliamo pero’ essere precisi, Newton non venne folgorato sulla via di Damasco dalla mela che cadeva, ma questo episodio fu quello che fece scattare la molla nella testa di un Newton che gia’ da tempo studiava questo tipo di interazioni.

Volendo essere brevi, la teoria della gravitazione di Newton afferma che nello spazio ogni punto materiale attrae ogni altro punto materiale con una forza che e’ proporzionale al prodotto delle loro masse e inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza. In soldoni, esiste una forza solo attrattiva che si esercita tra ogni coppia di corpi dotati di massa e questa interazione e’ tanto maggiore quanto piu’ grandi sono le masse e diminuisce con il quadrato della loro distanza.

Semplice? Direi proprio di si, sia dal punto di vista fisico che matematico. Perche’ allora chiamare questa legge addirittura con l’aggettivo “universale”?

Se prendete la male di Newton che cade dall’albero, la Luna che ruota intorno alla Terra, la Terra che ruota intorno al Sole, il sistema solare che ruota intorno al centro della Galassia, tutti questi fenomeni, che avvengono su scale completamente diverse, avvengono proprio grazie unicamente alla forza di gravita’. Credo che questo assunto sia sufficiente a far capire l’universalita’ di questa legge.

Bene, sulla base di questo, l’interazione che regola l’equilibrio delle masse nell’universo e’ dunque la forza di gravita’. Tutto quello che vediamo e’ solo una conseguenza della sovrapposizione delle singole forze che avvengono su ciascuna coppia di masse.

Detto questo, torniamo all’argomento principale del post. Cosa sarebbe il “flusso oscuro”? Detto molto semplicemente, si tratta del movimento a grande velocita’ di alcune galassie in una direzione ben precisa, situata tra le costellazioni del Centauro e della Vela. Questo movimento direzionale avviene con velocita’ dell’ordine di 900 Km al secondo e sembrerebbe tirare le galassie in un punto ben preciso al di fuori di quello che definiamo universo osservabile.

Aspettate, che significa che qualcosa tira le galassie fuori dall’universo osservabile?

Per prima cosa, dobbiamo definire cosa significa “universo osservabile”. Come sappiamo, l’universo si sta espandendo e se lo osserviamo da Terra siamo in grado di vedere le immagini che arrivano a noi grazie al moto dei fotoni che, anche se si muovono alla velocita’ della luce, si spostano impiegando un certo tempo per percorrere delle distanze precise. Se sommiamo questi due effetti, dalla nostra posizione di osservazione, cioe’ la Terra, possiamo vedere solo quello che e’ contenuto entro una sfera con un raggio di 93 miliardi anni luce. Come potete capire, l’effetto dell’espansione provoca un aumento di quello che possiamo osservare. Se l’universo ha 14.7 miliardi di anni, ci si potrebbe aspettare di poter vedere dalla terra la luce partita 14.7 miliardi di anni fa, cioe’ fino ad una distanza di 14.7 miliardi di anni luce. In realta’, come detto, il fatto che l’universo sia in continua espansione fa si che quello che vediamo oggi non si trova piu’ in quella posizione, ma si e’ spostato a causa dell’espansione. Altro aspetto importante, la definizione di sfera osservabile e’ vera per ogni punto dell’universo, non solo per quella sfera centrata sulla Terra che rappresenta cquello che noi possiamo vedere.

Bene, dunque si sarebbe osservato un flusso di alcune galassie verso un punto preciso fuori dall’universo osservabile. Proprio dal fatto che questo flusso e’ all’esterno del nostro universo osservabile, si e’ chiamato questo movimento con l’aggettivo oscuro.

Aspettate un attimo pero’, se le galassie sono tirate verso un punto ben preciso, cos’e’ che provoca questo movimento? Riprendendo l’introduzione sulla forza di gravitazione, se le galassie, che sono oggetti massivi, sono tirate verso un punto, significa che c’e’ una massa che sta esercitando una forza. Poiche’ la forza di gravitazione si esercita mutuamente tra i corpi, questo qualcosa deve anche essere molto massivo.

Prima di capire di cosa potrebbe trattarsi, e’ importante spiegare come questo flusso oscuro e’ stato individuato.

Secondo le teorie cosmologiche riconosciute, e come spesso si dice, l’universo sarebbe omogeneo e isotropo cioe’ sarebbe uguale in media in qualsiasi direzione lo guardiamo. Detto in altri termini, non esiste una direzione privilegiata, almeno su grandi scale, in cui ci sarebbero effetti diversi. Sempre su grandi scale, non esisterebbe neanche un movimento preciso verso una direzione ma l’isotropia produrrebbe moti casuali in tutte le direzioni.

Gia’ nel 1973 pero’, si osservo’ un movimento particolare di alcune galassie in una direzione precisa. In altri termini, un’anomalia nell’espansione uniforme dell’universo. In questo caso, il punto di attrazione e’ all’interno del nostro universo osservabile e localizzato in prossimita’ del cosiddetto “ammasso del Regolo”, una zona di spazio dominata da un’alta concentrazione di galassie vecchie e massive. Questa prima anomalia gravitazionale viene chiamata “Grande Attrattore”. In questa immagine si vede appunto una porzione di universo osservabile da Terra ed in basso a destra trovate l’indicazione del Grande Attrattore:

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Questa prima anomalia dell’espansione venne osservata tramite quello che e’ definito lo spostamento verso il rosso. Cosa significa? Se osservate un oggetto che e’ in movimento, o meglio se esiste un movimento relativo tra l’osservatore e il bersaglio, la luce che arriva subisce uno spostamento della lunghezza d’onda dovuto al movimento stesso. Questo e’ dovuto all’effetto Doppler valido, ad esempio, anche per le onde sonore e di cui ci accorgiamo facilmente ascoltando il diverso suono di una sirena quando questa si avvicina o si allontana da noi.

220px-Redshift_blueshift.svg

Bene, tornando alle onde luminose, se la sorgente si allontana, si osserva uno spostamento verso lunghezze d’onda piu’ alte, redshift, se si avvicina la lunghezza d’onda diminuisce, blueshift. Mediate questo semplice effetto, si sono potuti osservare molti aspetti del nostro universo e soprattutto i movimenti che avvengono.

Tornando al grnde attrattore, questa zona massiva verso cui si osserva un moto coerente delle galassie del gruppo e’ localizzato a circa 250 milioni di anni luce da noi nella direzione delle costellazioni dell’Hydra e del Centauro e avrebbe una massa di circa 5×10^15 masse solari, cioe’ 5 milioni di miliardi di volte il nostro Sole. Questa, come anticipato, e’ soltanto una anomalia dell’espansione dell’universo che ha creato una zona piu’ massiva in cui c’e’ una concentrazione di galassie che, sempre grazie alla gravita’, attraggono quello che hanno intorno.

Discorso diverso e’ invece quello del Dark Flow. Perche’? Prima di tutto, come detto, questo centro di massa si trova talmente lontano da essere al di fuori del nostro universo osservabile. Visto da Terra poi, la zona di spazio che crea il flusso oscuro si trova piu’ o meno nella stessa direzione del Grande Attrattore, ma molto piu’ lontana. Se per il Grande Attrattore possiamo ipotizzare, detto in modo improprio, un grumo di massa nell’universo omogeneo, il flusso oscuro sembrerebbe generato da una massa molto piu’ grande ed in grado anche di attrarre a se lo stesso Grande Attrattore.

Il flusso oscuro venne osservato per la prima volta nel 2000 e descritto poi a partire dal 2008 mediante misure di precisione su galassie lontane. In questo caso, l’identificazione del flusso e’ stata possibile sfruttando il cosiddetto effetto Sunyaev-Zel’dovich cioe’ la modificazione della temperatura dei fotoni della radiazione cosmica di fondo provocata dai raggi X emessi dalle galassie che si spostano. Sembra complicato, ma non lo e’.

Di radiazione di fondo, o CMB, abbiamo parlato in questi articoli:

Il primo vagito dell’universo

E parliamo di questo Big Bang

Come visto, si tratta di una radiazione presente in tutto l’universo residuo del Big Bang iniziale. Bene, lo spostamento coerente delle galassie produce raggi X, questi raggi X disturbano i fotoni della radiazione di fondo e noi da terra osservando queste variazioni ricostruiamo mappe dei movimenti delle Galassie. Proprio grazie a queste misure, a partire dal 2000, e’ stato osservato per la prima volta questo movimento coerente verso un punto al di fuori dell’universo osservabile.

Cosa potrebbe provocare il Flusso Oscuro? Bella domanda, la risposta non la sappiamo proprio perche’ questo punto, se esiste, come discuteremo tra un po’, e’ al di fuori del nostro universo osservabile. Di ipotesi a riguardo ne sono ovviamente state fatte una miriade a partire gia’ dalle prime osservazioni.

Inizialmente si era ipotizzato che il movimento potrebbe essere causato da un ammasso di materia oscura o energia oscura. Concetti di cui abbiamo parlato in questi post:

La materia oscura

Materia oscura intorno alla Terra?

Se il vuoto non e’ vuoto

Universo: foto da piccolo

Queste ipotesi sono pero’ state rigettate perche’ non si osserva la presenza di materia oscura nella direzione del Dark Flow e, come gia’ discusso, per l’energia oscura il modello prevede una distribuzione uniforme in tutto l’universo.

Cosi’ come per il Grande Attrattore, si potrebbe trattare di un qualche ammasso molto massivo in una zona non osservabile da Terra. Sulla base di questo, qualcuno, non tra gli scienziati, aveva ipotizzato che questo effetto fosse dovuto ad un altro universo confinante con il nostro e che provoca l’attrazione. Questa ipotesi non e’ realistica perche’ prima di tutto, la gravitazione e’ frutto dello spazio tempo proprio del nostro universo. Se anche prendessimo in considerazione la teoria dei Multiversi, cioe’ universi confinanti, l’evoluzione di questi sarebbe completamente diversa. Il flusso oscuro provoca effetti gravitazionali propri del nostro universo e dovuti all’attrazione gravitazionale. Il fatto che sia fuori dalla nostra sfera osservabile e’ solo dovuto ai concetti citati in precedenza figli dell’accelerazione dell’espansione.

Prima di tutto pero’, siamo cosi’ sicuri che questo Flusso Oscuro esista veramente?

Come anticipato, non c’e’ assolutamente la certezza e gli scienziati sono ancora fortemente divisi non solo sulle ipotesi, ma sull’esistenza stessa del Flusso Oscuro.

Per farvi capire la diatriba in corso, questo e’ il link all’articolo originale con cui si ipotizzava l’esistenza del Flusso Oscuro:

Dark Flow

Subito dopo pero’, e’ stato pubblicato un altro articolo che criticava questo sostenendo che i metodi di misura applicati non erano corretti:

Wright risposta al Dark Flow

Dopo di che, una lunga serie di articoli, conferme e smentite, sono stati pubblicati da tantissimi cosmologi. Questo per mostrare quanto controversa sia l’esistenza o meno di questo flusso oscuro di Galassie verso un determinato punto dell’universo.

Venendo ai giorni nostri, nel 2013 e’ stato pubblicato un articolo di analisi degli ultimi dati raccolti dal telescopio Planck. In questo paper viene nuovamente smentita l’esistenza del dark flow sulla base delle misure delle velocita’ effettuate nella regione di spazio in esame:

Planck, 2013

Dunque? Dark Flow definitivamente archiviato? Neanche per sogno. Un altro gruppo di cosmologi ha pubblicato questo ulteriore articolo:

Smentita alla smentita

in cui attacca i metodi statistici utilizzati nel primo articolo e propone un’analisi diversa dei dati da cui si mostra l’assoluta compatibilita’ di questi dati con quelli di un altro satellite, WMAP, da cui venne evidenziata l’esistenza del dark flow.

Credo che a questo punto, sia chiaro a tutti la forte discussione ancora in corso sull’esistenza o meno di questo Dark Flow. Come potete capire, e’ importante prima di tutto continuare le analisi dei dati e determinare se questo flusso sia o meno una realta’ del nostro universo. Fatto questo, e se il movimento venisse confermato, allora potremmo fare delle ipotesi sulla natura di questo punto di attrazione molto massivo e cercare di capire di cosa potrebbe trattarsi. Ovviamente, sempre che venisse confermata la sua esistenza, stiamo ragionando su qualcosa talmente lontano da noi da essere al di fuori della nostra sfera osservabile. Trattare questo argomento ci ha permesso prima di tutto di aprire una finestra scientifica su un argomento di forte e continua attualita’ per la comunita’ scientifica. Come sappiamo, trattando argomenti di questo tipo, non troviamo risposte certe perche’ gli studi sono ancora in corso e, cosi’ come deve avvenire, ci sono discussioni tra gli scienziati che propongono ipotesi, le smentiscono, ne discutono, ecc, come la vera scienza deve essere. Qualora ci fossero ulteriori novita’ a riguardo, ne parleremo in un futuro articolo.

 

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

Cosa posso vedere con il mio telescopio?

10 Feb

Diverse volte sono stato contattato da persone che vorrebbero affacciarsi al mondo dell’astronomia. Molti hanno una passione del genere e un desiderio innato di poter osservare il cielo ingrandendo via via dettagli sempre piu’ piccoli. Inutile dire quanti di noi restano a bocca aperta guardando una foto spaziale scattata in giro per il cosmo e desiderano a loro volta osservare con i loro occhi la bellezza della natura.

Ora pero’, queste passioni spesso si scontrano un po’ con il problema economico ma, soprattutto, con la grande confusione che la scelta di un telescopio “domestico” puo’ portare. Siete mai entrati in un negozio dove si vendono telescopi? Avete visto quante tipologie di strumenti ci sono? Molto spesso, le persone restano spaventate da una tale scelta e non sanno cosa prendere.

Per superare questo blocco, dovete prima di tutto capire “cosa volete guardare”!

Ovviamente, si potrebbe fare il pensiero facile e dire quello che costa di piu’ e’ il piu’ “potente” o quello piu’ grande e’ sicuramente migliore. Purtroppo, non sempre e’ cosi’.

Visto che molte persone mi hanno contattato per chiedermi cosa distingue un telescopio da un altro, ho deciso di scrivere un breve articolo per spiegare non le diverse tipologie di telescopio, bensi’ la cosiddetta “risoluzione angolare” di questi strumenti.

Immaginiamo di avere un telescopio con lenti circolari. Quello che vogliamo capire e’ “qual e’ la minima distanza che posso osservare?”. Per rispondere dobbiamo introdurre la cosiddetta “risoluzione angolare”, cioe’ la minima distanza angolare tra due oggetti che possono essere distinti con il vostro telescopio:

R=1,22 L/D

Quando siete di fronte a sistemi ottici, quella che comanda e’ la diffrazione che, senza entrare in troppi tecnicismi, fa si che sotto un certo valore, due oggetti vengano confusi come uno solo perche’ assolutamnete indistinguibili tra loro. Nella formula della risoluzione angolare, compare ovviamente il diametro della lente, D, e la lunghezza d’onda, L, che dobbiamo osservare.

Detto tra noi, questa formula e’ poco manegevole per cui possiamo prima di tutto dimenticarci della dipendenza dalla lunghezza d’onda e prendere un valore medio per lo spettro visibile che, in fondo, e’ quello che vogliamo osservare. Inoltre, la risoluzione angolare che abbiamo introdotto e’ misurata in radianti, unita’ abbastanza scomoda in questo contesto. Per semplicita’, possiamo utilizzare una misura in arcosecondi dove 3600 arcsec equivalgono ad un grado. Facendo queste considerazioni, possiamo riscrivere la formula come:

R = 11.6 / D

Supponiamo dunque di acquistare un bel telescopio con lente da 30 cm, la nostra risoluzione angolare sara’:

R = 11.6/30 = 0,39 arcsec

Se ora con questo oggetto volessi guardare la luna, quale sarebbe la minima distanza che riuscirei a distinguere?

Per rispondere a questa domanda, e’ necessario introdurre un’ulteriore formula. Come potete immaginare, in questo caso dobbiamo convertire, in base alla distanza, l’apertura angolare con una distanza in metri. Tralasciando dipendenze di questa formula da parametri di poco interesse per il nostro caso, possiamo scrivere la distanza distinguibile come:

Dm = (R/206265) x Dl

Dove Dm e’ ovviamente la distanza minima osservabile e Dl e’, nel nostro caso, la distanza Terra-Luna. Supponendo una distanza media di 400000 Km, da portare in metri per inserirla nella formula, abbiamo, riprendendo la risoluzione del telescopio da 30 cm dell’esempio:

Dm = (0.39/206265) x 400000000 = 750 metri

Cioe’ la minima distanza che possiamo percepire e’ di 750 metri. Detto in altre parole, riuscite a distinguere dettagli separati tra loro da una distanza di almeno 750 metri. Anche se questo numero puo’ sembrare enorme vi permette di poter osservare dettagli impressonanti della Luna. Vi ricordo che un telescopio da 30 cm, e’ un bellissimo strumento che necessita di attenzioni particolari. Non abbiamo preso uno strumento completamente amatoriale o entry level per questo calcolo esemplificativo.

Altro aspetto interessante che spesso viene citato dai complottisti: se siamo veramente stati sulla Luna, perche’, ad esempio, il telescopio Hubble non e’ in grado di osservare il punto di atterraggio con tutta le cose lasciate dall’equipaggio? La domanda e’ di principio ben posta, pensate che addirittura il modulo di discesa e’ rimasto sul punto perche’ impossibile da riportare indietro.

Cerchiamo di analizzare, sulla base dei calcoli gia’ fatti, se fosse possibile osservare questo modulo sfruttando la lente di Hubble. In questo caso, abbiamo una lente di 2.4 metri che vuole osservare la superficie lunare. Quale sarebbe la minima distanza che potrebbe essere osservata?

Ripetendo il calcolo trovate una minima distanza di circa 100 metri. Considerando che il modulo di discesa ha un diametro intorno ai 10 metri, capite bene come sia impossibile distinguere dall’orbita di Hubble questo reperto storico sulla superifcie della Luna. Spero che questo ragionamento, a prescindere dalle altre dimostrazioni di cui abbiamo gia’ parlato, sia sufficiente a capire, per chi ancora oggi crede che non siamo stati sulla Luna, come sia impossibile osservare dalla Terra il punto di atterraggio.

Concludendo, per comprendere il potere risolutivo di uno strumento ottico, e questo ragionamento vale sia per un telescopio che per un microscopio, e’ sufficiente conoscere un po’ di ottica e calcolare agevolmente la minima distanza osservabile Come visto, la grandezza della lente e’ uno dei parametri piu’ importanti da considerare. Tenete a mente questi risultati qualora decideste di acquistare un telescopio per dilettarvi in osservazioni spaziali. Ovviamente, come detto, prima di decidere la tipologia di telescopio, pensate sempre prima a cosa volete andare ad osservare e, dunque, a che distanza vi state approcciando.

 

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

Rapido aggiornamento sulla ISON

20 Ott

Uno degli argomenti che maggiormente fa discutere sul web, sia sotto il profilo scientifico che catastrofista, e’ senza dubbio la cometa Ison. Come sappiamo bene, gia’ da mesi circolano leggende riguardo a questa cometa, racconti di fantasia che vorrebbero la cometa essere in realta’ questo o quest’altro, essere in rotta di collisione con la Terra o tante altre storielle non documentate che fanno sorridere piu’ che riflettere.

Dal canto nostro, diverse volte abbiamo parlato della ISON:

2013 o ancora piu’ oltre?

E se ci salvassimo?

Che la ISON abbia pieta’ di noi!

– Se la Ison non e’ cometa, allora e’ …

Come sappiamo bene, questa cometa era stata annunciata come la cometa del secolo. Onde evitare fraintendimenti, vi ricordo che un calcolo simulato della reale traiettoria di qusto tipo di oggetti non e’ banalmente eseguibile. Con questo non intendo dire che la cometa potrebbe essere in rotta di collisione con la Terra, bensi’ che determinare a priori, e a distanza di mesi, se la Ison sia in grado di sopravvivere al massimo avvicinamento con il sole non e’ affatto facile.

Detto questo, credo sia interessante dare un rapido aggiornamento sulla Ison per capire quali sono i risultati delle ultime osservazioni.

Ad oggi, la Ison si trova ancora dalle parti di Marte ed ha superato la cosiddetta linea di gelo di cui avevamo parlato negli articoli precedenti.

In rete si trovano alcune foto molto interessanti scattate alla cometa. Per prima cosa vi voglio mostrare questa immagine:

Immagine della Ison al 1 Ottobre scattata dal MRO.

Immagine della Ison al 1 Ottobre scattata dal MRO.

Queste immagini sono state scattate il 1 Ottobre, quando la ISON e’ passata a circa 6.5 milioni di kilometri dalla superficie del pianeta rosso, distanza estremamente minore di quella di minimo avvicinamento alla Terra. Le foto sono state fatte dalla sonda MRO che sta esplorando la superficie di Marte. Se pensate che la risoluzione delle immagini sia troppo bassa, vi dico subito che le foto sono state fatte utilizzando la camera HiRISE della sonda, normalmente utilizzata per osservare ad alta risoluzione la superificie del pianeta. Questo spiega il perche’ della bassa risoluzione ma soprattutto vi fa capire quanto versatile sia questa camera montata sul MRO.

Oltre a questa prima foto, in queste ultime ore e’ stata pubblicata un’altra immagine spettacolare della cometa:

Immagine della Ison del 9 Ottobre, scattata dal telescopio Hubble.

Immagine della Ison del 9 Ottobre, scattata dal telescopio Hubble.

Inutile dire che questa immagine e’ davvero sensazionale. La foto e’ stata scattata il 9 ottobre dal telescopio Hubble. In questo caso, lo strumento utilizzato era ovviamente ottimizzato per questo genere di riprese e l’immagine e’ stata ottenuta sovrapponendo le informazioni di due diversi filtri.

Fate attenzione ad una cosa, notate come la parte centrale della cometa appaia molto compatta ed uniforme. Cosa significa questo? Semplicemente, che il nucleo della cometa non si e’ frammentato ma e’ ancora del tutto compatto. Questa informazione e’ molto importante per poter valutare il destino della Ison nel passaggio al perielio.

Dunque? Se il nucleo e’ compatto, siamo pronti allo spettacolo tanto atteso?

Purtroppo, questa sarebbe una conclusione affrettata. Da una stima preliminare, e al contrario di quanto affermato nelle settimane scorse dai tanti siti catastrofisti, il nucleo della Ison ha una dimensione molto minore di quella aspettata. In questo caso, parliamo di un nucleo con un diametro tra 0.5 e 2 km appena, molto minore di quello, ad esempio, della Hale Bopp di cui tutti abbiamo uno splendido ricordo.

Ovviamente, il fatto di avere un nucleo compatto da qualche speranza in piu’ per il passaggio al perielio, anche se, viste le dimensioni, e almeno in questa fase preliminare, ridimensiona molto lo spettacolo che ci attende qualora la cometa sopravviva al passaggio radente intorno al Sole. Sicuramente, anche in queste condizioni, la Ison sara’ in grado di offire un buon spettacolo, ma, molto probabilmente, non ai livelli che molti attendevano.

Nonostante questo, non dimentichiamo che ogni passaggio di questi oggetti ci consente di capire meglio molte importanti caratteristiche delle comete. Allo stato attuale, la Ison potrebbe essere molto ben visibile a Dicembre, dopo il passaggio al perielio il 28 novembre. Purtroppo, molto probabilmente, non avremo un qualcosa piu’ luminoso della luna ne tantomeno visibile in pieno giorno.

 

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 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.

Se la ISON non e’ una cometa, allora e’…

1 Set

A grande richiesta, torniamo a parlare della cometa ISON. Di questo corpo celeste abbiamo gia’ abbondantemente discusso in questi post:

2013 o ancora piu’ oltre?

E se ci salvassimo?

Che la ISON abbia pieta’ di noi!

Come sappiamo bene, si tratta di una cometa che passera’ al perielio intorno alla fine dell’anno, novembre 2013, e che, se mantenesse le premesse ottenute dagli studi sull’orbita, potrebbe riservarci uno spettacolo senza precedenti, al punto che la ISON e’ gia’ stata ribattezzata la cometa del secolo. Perche’ questo? Come detto tante volte, il motivo e’ molto semplice, la cometa passera’ ad una distanza relativamente breve dalla superficie del Sole e, sempre se tutto verra’ confermato dopo il passaggio al perielio, potrebbe apparire estremamente luminosa in cielo, al punto da essere visibile anche in pieno giorno ad occhio nudo.

Detto questo, la cometa ISON ha richiamato l’attenzione non solo di tanti osservatori sparsi nel mondo, interessati a seguire in dettaglio questo passaggio per comprendere caratteristiche ancora poco note delle comete, ma soprattutto di tanti appassionati astrofili che aspettano questo passaggio per poter immortalare questo spettacolo.

Ovviamente, tra i tanti “appassionati” che aspettano il passaggio della ISON non potevano certo mancare i tanti catastrofisti che gia’ stanno costruendo un bel circo mediatico su questa cometa. Solo pcohi giorni fa avevamo parlato della nuova ipotetica data per la fine del mondo, attesa per il 16 Dicembre 2013:

Ci risiamo: 16 dicembre 2013 …

In questo caso, la data viene fuori da interpretazioni diverse rispetto al 2012 per la fine del lungo computo Maya, ma il tutto viene poi rinforzato aggiungendo anche il passaggio della cometa ISON.

Detto questo, come anticipato, la speculazione sulla ISON comincia a crescere a dismisura. Nelle settimane precedenti, sono arrivate foto davvero molto belle della cometa, ripresa da telescopi in orbita, tra cui il sempre presente Hubble. Proprio da queste foto, si e’ alzato il polverone che vorrei raccontarvi.

Vi mostro prima di tutto una foto della ISON ripresa da Hubble, quando questa si trovava al di fuori dell’orbita di Marte:

La Ison ripresa da Hubble

La Ison ripresa da Hubble

In questi ultimi giorni, molto sta facendo discutere un’altra foto catturata sempre da Hubble. Prima di dire qualsiasi cosa, vi voglio mostrare proprio questa immagine:

Foto della ISON ottenuta scurendo l'immagine

Foto della ISON ottenuta scurendo l’immagine

Secondo le fonti, l’immagine di sinistra sarebbe quella originale, mentre la foto a destra e’ ottenuta scurendo la prima. Come vedete, in quella rielaborata si distinguono chiaramente 3 oggetti. Se consideriamo che quello al centro potrebbe essere il nucleo della cometa, cosa sono gli altri due? Su questa domanda, ovviamente, la rete si e’ scatenata. Per prima cosa, sentite parlare di cometa con tre nuclei, cosa scientificamente assurda. Altri poi parlano di nucleo centrale e di oggetti diversi che gli orbitano intorno.

Secondo voi, cosa sarebbero questi oggetti che gli ruotano intorno?

La risposta e’ molto semplice, si tratta di due navi aliene sigariformi che stanno guidando la cometa verso il sistema centrale interno. Vi sembra assurda come affermazione? Non vi preoccupate c’e di peggio. Qualcuno ha addirittura spiegato cosa ci fanno quelle navicelle aliene intorno alla cometa. Non si tratterebbe di due navi qualsiasi ma di due astronavi di contatto della federazione galattica. Le navi sarebbero state inviate per prendere un primo contatto con gli abitanti della Terra. Secondo altri invece, le navi seguirebbero la cometa per impedire che questa colpisca la Terra.

E pensare che molti psicologici dicono che la fantasia negli adulti viene messa da parte. Se Freud fosse vissuto ai giorni nostri, avrebbe scritto decine di saggi solo sul catastrofismo dilagante degli ultimi tempi.

Senza dar ancora seguito a queste ipotesi fantastiche, chiariamo cosa sarebbero questi segmenti che si vedono nell’immagine. Per chi non lo sapesse, Hubble ruota molto velocemente intorno alla Terra cosi’ come la ISON si sposta molto velocemente lungo la sua orbita. Al fine di avere immagini meglio risolte e piu’ precise, diversi scatti, anche prolungati nel tempo, vengono sovrapposti tra loro anche se presi in momenti differenti. Bene, quello strano disegno che abbiamo visto nell’immagine della ISON altro non e’ che l’effetto di questa sovrapposizione.

Non ci credete? Allora vi mostro le immagini originali:

Le tre foto di Hubble che sovrapposte danno l'effetto visto

Le tre foto di Hubble che sovrapposte danno l’effetto visto

L’immagine risultante altro non e’ che la sovrapposizione di queste tre esposizioni. I segmenti vengono soltanto dal movimento relativo tra telescopio e cometa, mentre nell’immagine in cui il corpo sembra puntiforme e’ perche’ il movimento e’ in verso opposto (come se fosse entrante o uscente dal nostro schermo).

Cosa c’e’ di strano in tutto questo? A mio avviso assolutamente nulla. Pensate che in rete c’e’ addirittura chi ha visto in questa foto un antico simbolo sumero. Detto fatto, la ISON allora e’ una formazione di antichi astronauti che tornano sulla Terra, no e’ Nibiru con intorno un sistema planetario, no e’ Nibiru con un astronave e dei pianeti. Insomma, tanta fantasia e tanto tempo da perdere in ipotesi completamente assurde.

Se non bastasse poi, su altri siti si parla invece di alcune foto scattate da satelliti cinesi per telecomunicazioni e che mostrerebbero forme anomale per il nucleo della ISON. Avete capito bene, satelliti per telecomunicazioni che in realta’ sarebbe stati messi in orbita per monitorare Ison/Nibiru.

Altra ipotesi assurda trovata in rete e’ quella che vorrebbe il nucleo della cometa grande migliaia di kilometri. Premesso che questo e’ assurdo per le normali teorie scientifiche che conosciamo e che abbiamo piu’ volte confermato, l’origine di questa ipotesi viene solo da osservazioni della cometa che includono ovviamente nucleo, chioma e coda. A queste distanze, complice anche la notevole emissione di gas, e’ impossibile vedere singolarmente il nucleo della cometa. In casi di questo tipo, come visto in questo articolo:

Cos’e’ una cometa

parliamo di un nucleo dell’ordine di qualche decina di kilometri.

Concludendo, ancora non sappiamo se la ISON offrira’ lo spettacolo astronomico che stiamo aspettando e che ha promesso. Al momento pero’, una promessa l’ha gia’ mantenuta, tutte le ipotesi catastrofiste, antiscientifiche e assurde che pensavamo potessero arrivare, stanno arrivando nei tempi e nei modi stabiliti. Da oggi a dicembre, chissa’ quante altre storie racconteranno i tanti siti internet che vivono di queste assurdita’. A noi, non resta che sperare nello spettacolo astronomico.

 

 

Aggiornamento sulla ISON dopo il passaggio al perielio del 28 Novembre:

Ce la fa o non ce la fa?

 

 

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

Se il vuoto non e’ vuoto

12 Ago

Come nell’articolo precedente, anche in questo caso vorrei parlarvi di un argomento suggerito nella sezione:

Hai domande o dubbi?

Piccola premessa iniziale, il fatto di scrivere articoli “su commissione” e’ qualcosa che mi rende veramente fiero di questo spazio creato sul web. Avere cosi’ tante richieste, significa che le persone sono coinvolte nella discussione, si informano e poi chiedono di poter approfondire gli argomenti insieme sul blog. Questo non puo’ che rendermi felice!

Detto questo, passiamo invece all’argomento della discussione. Come potete leggere, la richiesta e’ apparentemente molto semplice, si chiede di analizzare il discorso circa l’energia di punto zero.

Che significa energia di punto zero?

Ve la metto in modo molto semplice, immaginiamo uno spazio vuoto. Per vuoto non intendo un qualcosa creato con una pompa con la quale portare fuori le particelle del mezzo, ma qualcosa di completamente vuoto. Bene, questo spazio completamente vuoto e senza particelle ha un’energia. Per dirla nella forma “scienza e spettacolo”: il vuoto non e’ vuoto.

Cosa significa?

Mi metto nei panni di un non addetto ai lavori che prova a cercare una spiegazione. Vi faccio questo breve excursus perche’ girando su internet si trovano cose alcquanto curiose. Se andate su wikipedia, ormai punto di riferimento per tante persone curiose che vogliono capire le cose, trovate scritto:

Dal principio di indeterminazione di Heisenberg deriva che il vuoto è permeato da un mare di fluttuazioni quantistiche che creano coppie di particelle e anti-particelle virtuali che si annichiliscono in un tempo inversamente proporzionale alla propria energia. Il contributo complessivo all’energia del vuoto risulta così mediamente diverso da zero e pari a

 \epsilon = \frac{h\nu}{2}

dove h è la costante di Planck e  \nu è la frequenza di un generico modo di vibrazione associabile alla lunghezza d’onda materiale delle particelle virtuali.

Che dire, mi sembra chiarissimo. Ovviamente, la mia e’ un’affermazione sarcastica. Quanto trovate non mi sembra assolutamente in una forma divulgativa comprensibile ai piu’.

Cerchiamo dunque di fare un po’ di chiarezza e di capire cosa significa la frase: il vuoto non e’ vuoto.

Come anticipato, immaginiamo di poter disporre di un vuoto, cioe’ di uno spazio in cui sono state eliminate tutte le particelle. Ovviamente, uno spazio di questo tipo e’ impossibile da creare. Se anche ci mettessimo nello spazio, ci sarebbe comunque una certa densita’ di particelle che “sporcherebbero” il nostro vuoto, non rendendolo piu’ tale.

Rimaniamo pero’ nell’ambito dell’immaginazione e costruiamo il nostro esperimento mentale.

In fisica, per poter trattare il vuoto, e’ necessario tenere conto di alcune leggi molto importanti che ci vengono date dalla quantistica. Tra queste c’e’ ovviamente il principio di indeterminazione di Heisenberg che molti conoscono. Detto in modo molto divulgativo, e’ impossibile conoscere con precisione assoluta la posizione e la velocita’ di una particella. In realta’, questo principio e’ scritto in forma di disuguaglianza, cioe’ all’aumentare della precisione nella determinazione di una grandezza, aumenta l’incertezza sulla misura dell’altra variabile.

Premesso questo, osservando il vuoto ad una scala molto grande, vedremmo qualcosa di stabile e fermo nel tempo. Andando pero’ a scale sempre piu’ piccole,dove se vogliamo la fisica quantistica detta le regole, vedremmo una situazione molto caotica con coppie di particelle e antiparticelle che vengono create e distrutte in continuazione. Piu’ l’energia delle particelle e’ alta, minore e’ il tempo in cui vivono.

Per farvi capire, immaginate di osservare il mare da un aereo a quota molto alta. Da questa posizione, vedreste il mare immobile sotto di voi, come se fosse dipinto su una tela. Se ora vi avvicinate verso il basso, man mano che scendete, comincereste ad osservare le onde, i movimenti dell’acqua, ecc. Arrivati ad una distanza molto piccola, potreste anche accorgervi che quella situazione cosi’ stabile vista dall’alto, nascondeva in realta’ un mare in tempesta.

Tornado al nostro vuoto quantistico, questa continua creazione di particelle impica dunque che il vuoto non e’ assolutamente vuoto. L’energia associata a questo stato, e’ proprio quella dovuta a queste particelle, o meglio alle onde a loro associate.

Possibile che questo continuo creare particelle non provochi effetti?

In realta’, gli effetti li provoca e come, e anche sotto diversi aspetti. Prima di tutto, se non esistesse l’energia di punto zero, il principio di indeterminazione potrebbe essere violato ponendo una singola particella nello spazio.

Per vedere invece un caso comprensibile a tutti, immaginate il nostro universo. Come sapete, il nostro universo e’ oggi in espansione come venne dimostrato per la prima volta da Hubble. Successivamente pero’, ci siamo accorti non solo che il nostro universo e’ in espansione, ma che sta anche accelerando rispetto al passato.

Come possiamo spiegare questo? Se il tutto dipendesse dal Big Bang, cioe’ il motore dell’espansione fosse il botto iniziale, ci si aspetterebbe un universo, forse anche in espansione, ma che pero’ sta diminuendo sempre di piu’ la sua spinta iniziale. In questa formulazione, sarebbe impossibile vedere un unverso che ad un certo punto accelera.

Questa apparente incongruenza viene appunto spiegata chiamando in causa l’energia del vuoto. Le particelle virtuali create nel vuoto, sono in relazione con l’energia oscura che provoca l’accelerazione che abbiamo misurato nell’espansione. Come sapete, dal punto di vista fisico, stiamo entrando in un terreno poco conosciuto. Parlare di energia oscura e’, allo stato attuale, ammettere grosse lacune nella nostra comprensione dei meccanismo dell’universo.

Esistono altre prove dell’esistenza dell’energia del vuoto?

Ovviamente si! La prova piu’ immediata a sostegno dell’esistenza dell’energia del vuoto e’ stata la dimostrazione dell’effetto Casimir.

Cerchiamo di spiegare in modo semplice di cosa si tratta.

Effetto Casimir: a causa delle fluttuazioni del vuoto si crea una forza di attrazione tra le lastre

Effetto Casimir: a causa delle fluttuazioni del vuoto si crea una forza di attrazione tra le lastre

Immaginate di porre due lastre metalliche piane e parallele ad una distanza molto piccola tra loro, dell’ordine dei micron o meno. Questo sistema viene posizionato in una regione di spazio in cui e’ stato creato il vuoto assoluto. Ora, come visto, in questa condizione si creeranno comunque tantissime coppie particella-antiparticella generate nel vuoto. Come anticipato, esiste pero’ il dualismo particella-onda, per cui ad ogni particella possiamo attribuire uno stato ondulatorio. Detto in altri termini, per ciascuna particella, ci sono casi in cui si comportera’ come una particella, altri come un’onda.

Benissimo. Guardate la figura a lato. Le coppie di particelle si produrranno ovunque, nella zona esterna, cosi’ come tra le lastre. Ora pero’, in virtu’ del dualismo particella onda, nello spazio interno avremmo a disposizione solo pochi micron di spazio. Questo significa che tra le lastre potremmo avere solo particelle con lunghezza d’onda molto piccola. Dal momento che l’energia di una particella e’ direttamente proporzionale alla sua lunghezza d’onda, l’energia generata tra le lastre e’ inferiore a quella sviluppata all’esterno. Effetto netto di questo squilibrio sara’ una forza che tende ad avvicinare tra loro le piastre.

Fantastico. E’ mai stato dimostrato questo effetto? Assolutamente si. La prima prova venne tentata nei laboratori Philips nel 1958 ma i risultati, anche se non escludevano la presenza dell’effetto Casimir, erano inficiati da errori sperimentali troppo grandi. Per una verifica diretta di questo effetto, si dovette aspettare fino al 1997 quando nell’universita’ di Washington venne dimostrato l’effetto Casimir utilizzando superfici sferiche in luogo di quelle piane. Questa soluzione venne adottata per eliminare i problemi di allineamento tra le piastre.

La dimostrazione dell’effetto cosi’ come ipotizzato da Casimir, cioe’ con lastre piane e parallele, arrivo’ solo nel 2001 quando nell’universita’ di Padova si pote’ realizzare un allineamento submicrometrico con risonatori.

Concludendo, se andiamo a scale molto piccole, la meccanica quantistica ci predice uno stato di vuoto densamente popolato da coppie di particelle e antiparticelle che continuamente vengono create e distrutte. Il tempo in cui ciascuna particella vive e’ inversamente proporzionale alla sua energia. In questa condizione, le coppie prodotte contribuiscono ad un livello non nullo di energia del vuoto. Effetti indiretti dell’energia del vuoto arrivano, tra l’altro, dell’espansione accelerata dell’universo, riconducibile all’esistenza di un’energia oscura. Oltre a questo, una dimostrazione pratica dell’esistenza dell’energia del vuoto arriva dall’effetto Casimir. In questo caso, non solo si dimostra l’esistenza di coppie di particelle virtuali, ma si evidenzia anche come queste particelle possano dare effetti tangibili.

 

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Deep Blue Dot

19 Lug

Diverse volte abbiamo parlato di esopianeti, indicando quei corpi esterni al nostro sistema solare ma che, come avviene per la Terra, ruotano intorno ad una stella madre:

A caccia di vita sugli Esopianeti

Nuovi esopianeti. Questa volta ci siamo?

Esopianeti che non dovrebbero esserci

Ad oggi, moltissimi pianeti extrasolari sono stati individuati e studiati. Purtroppo, la grande distanza che ci separa, consente di fare importanti studi, ma di ricavare molti parametri attraverso misure indirette.

come evidenziato nei post precedenti, lo studio di questi pianeti appare molto interessante anche per la ricerca di ipotetiche forme di vita al di fuori della Terra. In questo senso, notevole importanza viene data ai pianeti orbitanti nella cosiddetta “fascia abitabile”. Come visto in passato, questa altro non e’ che la regione di spazio intorno alla stella madre dove, per implicazioni puramente meccaniche, il pianeta potrebbe essere potenzialmente in grado di ospitare la vita.

Negli ultimi anni, grazie anche ai tanti telescopi in orbita, sono stati individuati moltissimi pianeti nella fascia abitabile delle proprie stelle. Come discusso in precedenza, questo non significa affatto aver trovato la vita su altri pianeti. Se volete, in termini matematici, avere un pianeta in questa fascia e’ una condizione necessaria ma non sufficiente alla vita.

Perche’ torniamo a palrare di esopianeti?

Come potete immaginare, ogni qual volta viene pubblicata una nuova notizia inedita o interessante, facciamo un po’ il punto della situazione per capire lo stato di questa importante ricerca.

Proprio pochi giorni fa, e’ stato pubblicato un articolo che parla di HD189733B. Come ormai abbiamo imparato, questo pianeta, di dimensioni simili a Giove, ruota intorno ad una stella madre chiamata HD189733.

La stella madre e’ una nana arancione e forma un sistema planetario distante circa 63 anni luce dalla Terra.

Ricostruzione artistica di Deep Blue Dot

Ricostruzione artistica di Deep Blue Dot

Vi dico subito che il pianeta in questione non si trova nella fascia abitabile della stella ed e’ stato scoperto con la solita tecnica dei transiti, cioe’ osservando il puntino nelle immagini quando il pianeta passa di fronte alla stella madre.

Cosa ha di interessante questo pianeta?

La scoperta risale al 2005 ma, negli ultimi anni, questo pianeta ha fatto parlare di se diverse volte. Nel 2007, mediante analisi spettrometriche delle emissioni, e’ stata evidenziata la presenza di vapore acqueo nell’atmosfera del pianeta. Ad oggi, questa caratteristica e’ stata trovata soltanto in due pianeti extrasolari.

Riuscire ad individuare il vapore e’ molto importante per lo studio degli esopianeti. Come potete immaginare, questa e’ un’altra importante condizione per assicurare la vita sul pianeta.

Perche’ abbiamo detto che HD 189733B non e’ pero’ in fascia abitabile?

Questo pianeta si trova ad una distanza troppo breve dalla sua stella madre. La temperatura media in questo caso sarebbe dell’ordine dei 1000 gradi centigradi. Ovviamente, troppo alta per pensare a forme di vita.

Oltre al vapore acque, nel 2008 e’ stato pubblicato un altro articolo sempre su questo pianeta in cui, studiando le immagini catturate da Hubble, sarebbe presente metano. Cosi’ come il vapore, anche questo gas e’ molto importante per la ricerca della vita sui pianeti. Ripeto nuovamente che questo particolare pianeta non si trova nella zona abitabile della sua stella ma, nonostante questo, affinare le tecniche di analisi ci consente di avere strumenti adeguati da utilizzare anche nello studio di altri pianeti extrasolari.

Ora, proprio in questi giorni, e’ stato pubblicato un nuovo articolo su questo pianeta. Per la prima volta, e’ stata ricostruita la mappa cromatica del corpo, riuscendo dunque a ricostruire il colore del pianeta.

Cosa e’ uscito fuori?

HD 189733 apparirebbe di un bel colore blu scuro. Proprio per questo motivo, il pianeta e’ stata subito ribattezzato “Deep Blue Dot”, cioe’ punto blu scuro.

Come sappiamo bene, nel nostro sistema solare, la Terra e Nettuno godono di questa proprieta’. In particolare, per il nostro pianeta, il colore dominante e’ dovuto agli oceani.

Attenzione, qui trovate qualche ipotesi complottista in giro per la rete. C’e’ vapore, c’e’ metano, e’ blu come la Terra, qui ci stano nascondendo qualcosa e il pianeta e’ abitato.

Niente di tutto questo e’ reale ovviamente. Il blu scuro, caratteristico del pianeta, e’ dovuto, con buona probabilita’, alla presenza di silicio nell’atmosfera. Inoltre, dalle analisi fatte, si e’ evidenziato come il clima su Deep Blue non e’ affatto accogliente, con violente tempeste con venti fino a migliaia di kilometri all’ora e le temperature di cui abbiamo parlato.  Detto questo, il colore blu e’ solo dovuto al silicio in atmosfera, che riflette la luce proveniente dallla stella madre in questo intervallo di lunghezze d’onda. Dunque, assolutamente nessun oceano di acqua.

Concludendo, la ricerca sugli esopianeti continua ad andare avanti e, molto di frequente, ci riserva delle sorprese o dei notevoli passi avanti. Nel caso visto di HD 189733, e’ stato evidenziato non solo il colore blu scuro del pianeta, che ricorda molto la nostra Terra, ma soprattutto la presenza di vapore d’acqua e metano. Purtroppo, con temperature di 1000 gradi dovute alla vicinanza alla stella madre, Deep Blue non si trova assolutamente nella fascia abitabile e dunque non e’ un candidato per la ricerca di vita al di fuori del nostro sistema Solare.

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

Scoperta nuova luna di Nettuno

17 Lug

Osservando le immagini catturate dalle tante sonde in orbita, e’ possibile fare delle scoperte la cui evidenza magari prima non era stata palese. E’ proprio questo il caso della scoperta di cui vi vorrei parlare in questo articolo e che e’ stata pubblicata solo pochi giorni fa sulle riviste scientifiche.

Analizzando le immagini catturate dalla sonda Hubble tra il 2004 ed il 2009, l’astronomo Mark Showalter el SETI Institute della California, si e’ accorto di un piccolo puntino bianco vicino al pianeta Nettuno. Come anticipato dal titolo dell’articolo, quel piccolo puntino che fino ad oggi era passato inosservato e’ in realta’ una nuova luna orbitante intorno al pianeta.

Come e’ stata fatta la scoperta?

Anche Nettuno ha degli anelli di materia intorno, anche se molto meno compatti e visibili di quelli di Saturno. La presenza degli anelli, rende l’osservazione delle lune molto complicata. Come detto in precedenza, la presenza di un piccolo puntino intorno al pianeta ha fatto scattare la scintilla. Riprendendo circa 150 foto scattate da Hubble, si e’ potuta evidenziare la presenza della piccola Luna e ricavarne ovviamente i parametri orbitali.

La nuova luna, la quattordicesima di Nettuno, e’ stata chiamata S/2004 N 1. Dalle misure indiretta fatte, il corpo avrebbe un diametro non superiore ai 20 Km e ruoterebbe intorno al pianeta con un periodo di 23 ore, ad una distanza di circa 100000 kilometri. Questo periodo di rotazione e’ simile a quello degli altri satelliti che infatti ruotano, cosi’ come i dischi di cui accennavamo prima, con velocita’ molto elevata intorno al piu’ esterno tra i pianeti del Sistema Solare.

Dal punto di vista della posizione, la nuova Luna si trova tra Larissa e Prometeo, come indicato dalla ricostruzione pubblicata dalla NASA:

L'orbita della nuova luna nel sistema intorno a Nettuno

L’orbita della nuova luna nel sistema intorno a Nettuno

Come anticipato, Nettuno ha ben 14 satelliti che gli ruotano intorno di cui soltanto uno, Tritone, ha un diametro elevato, paragonabile infatti a quello della nostra Terra. Secondo la teoria astronomica maggiormente accettata, Tritone sarebbe in realta’ un pianeta nano staccato dalla fascia di Kuiper a causa dell’attrazione gravitazionale di Nettuno e che dunque sarebbe poi stato catturato su un’orbita stabile. Sempre secondo questa teoria, la cattura o la formazione, avvenuta per opera di impatti con altri corpi, delle altre lune sarebbe dunque successiva alla cattura di Tritone.

L’evidenza della nuova luna era sfuggita addirittura alla sonda Voyager 2 che nel 1989 aveva ripreso da molto vicino sia il pianeta che il sistema di anelli e lune orbitanti intorno ad esso. Il satellite appena scoperto, oltre al piccolo diametro che abbiamo riportato, ha una luminosita’ molto debole. In termini di confronto, se osserviamo il cielo stellato, la luminosita’ della nuova luna e’ ben 100 milioni di volte più debole della più debole stella visibile a occhio nudo.

Ultima curiosita’: perche’ a questa luna e’ stato dato un nome cosi’ tecnico come S/2004 N 1?

Questo in realta’ e’ un nome provvisorio. Nel prossimo incontro della Unione Astronomica Internazionale, si dovra’ decidere il nome da dare anche a questo nuovo satellite. Seguendo la tradizione, il nome sara’ sicuramente scelto tra le antiche divinita’ legate al mare, cosi’ come il nome stesso del pianeta.

Concludendo, l’osservazione di immagini raccolte da Hubble tra il 2004 e il 2009 ha permesso di identificare una nuova luna per Nettuno. Come visto, si tratta di un corpo molto piccolo, con un diametro che non supera i 20 Km. La storia di questa scoperta ci fa capire come incredibili sorprese possano venire fuori anche guadando immagini di repertorio. Questo per mostrare quanto ancora interessante e’ lo studio del nostro stesso Sistema Solare.

 

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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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