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Universo: foto da piccolo

24 Mar

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

L'universo alla tenera eta' di 380000 anni

L’universo alla tenera eta’ di 380000 anni

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Penzias e Wilson davanti all'antenna dei Bell Laboratories

Penzias e Wilson davanti all’antenna dei Bell Laboratories

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

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

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

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

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

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

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

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

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

 

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

Sole: quanta confusione!

31 Dic

Come sappiamo bene, il Sole rappresenta da sempre uno degli argomenti piu’ citati e piu’ inflazionati dai siti catastrofisti. Se ci pensiamo e’ naturale. Questa stella consente la vita sulla nostra Terra. Molti di noi sono abituati a vederlo sempre li e a pensarlo immutabile nel corso del tempo. Annunciare teorie allarmanti sul Sole e’ molto semplice. Stiamo parlando di un reattore a fusione estremamente potente e che praticamente si trova dietro l’angolo, solo 8 minuti luce di distanza dalla Terra.

Parlare di emissioni anomale e pericolose da parte del Sole e’ molto semplice e fa facilmente leva sulle persone.

Della nostra stella abbiamo gia’ parlato tante volte, ottimi esempi sono questi post:

Nuova minaccia il 22 Settembre?

– Come seguire il ciclo solare

Ora, come detto piu’ e piu’ volte, per il 2012 era atteso un massimo solare. In realta’ questo e’ quello che molti volevano farci credere dal momento che il massimo del XXIV ciclo e’ in realta’ atteso per la primavera del 2013. Come visto, questo massimo non avra’, almeno dalle previsioni e dal comportamente attuale, nessun carattere di eccezionalita’, anzi si presentera’ come un massimo molto soft e notevolmente meno intenso di altri occorsi in passato.

Bene, questo e’ quello che ci e’ stato detto e ridetto. Ora, come per magia, su molti siti si lancia un allarme completamente opposto: “fate attenzione, il Sole sta diventando sempre meno intenso”. Questo potrebbe comportare un abbassamento drastico delle temperature sulla Terra, una nuova era glaciale potrebbe arrivare, questo e’ sicuramente un anuncio di nuove catastrofi in arrivo.

Ma come? Fino a ieri dovevamo aspettare un massimo di attivita’ e cuocerci sotto le radiazioni solari, oggi dobbiamo congelarci perche’ il Sole si spegne?

Capite bene il titolo scelto per il post. Forse e’ il caso di fare un po’ di chiarezza.

Come visto nei post precedenti, l’attivita’ del nostro Sole non e’ affatto costante nel tempo. Per attivita’ intendiamo l’emissione di radiazione e particelle in tutte le direzioni dello spazio, compresa quella che investe la nostra Terra. Dalle osservazioni solari, si e’ capito che il Sole segue un ciclo di 11 anni tra un massimo e un minimo di attivita’. Questo e’ appunto quello che chiamiamo ciclo solare. Al contrario della Terra, il campo magnetico del Sole si inverte, cioe’ scambia la posizione dei suoi poli nord e sud, ogni 11 anni. Serve dunque un periodo di 22 anni, due cicli, per tornare nella posizione originale del campo magnetico. Su questo punto non c’e’ assolutamente nulla di strano o di allarmante, e’ cosi’ da sempre ed e’ un comportamento implicito nel funzionamento del nostro Sole.

Molto spesso poi sentiamo parlare di macchie solari. Queste altro non sono che zone piu’ scure che compaiono sulla superficie del Sole ed indicano dei punti in cui ci sono anomalie di campo magnetico. Queste macchie appaiono piu’ scure a causa della temperatura relativamente piu’ bassa di queste zone rispetto al resto della superficie (6000 gradi contro 4000). Il numero di macchie solari e’ un indicatore dell’attivita’ del Sole. Maggiore e’ il numero di macchie, piu’ alta e’ l’attivita’ solare in quel momento.

Il numero di macchie solari, o sunspot, e’ un parametro osservato da moltissimo tempo e su cui abbiamo raccolto una statistica considerevole. Il primo che osservo’ ed annoto’ il numero di macchie fu lo stesso Galileo grazie al telescopio da lui stesso inventato.

Bene, fino a questo punto nulla di difficile o di allarmante.

Dunque, cosa dobbiamo aspettarci un massimo o un minimo? Come anticipato, stiamo andando verso il massimo di attivita’ solare del XXIV ciclo. Tra l’altro, solo per compeltezza, fino a questo punto il Sole sta avendo un comportamento leggermente piu’ basso rispetto a quello che ci si aspettava. Questo e’ preoccupante? Anche in questo caso, la risposta e’ NO. Quando si dice “quello che si aspettava” si intendono le simulazioni che vengono fatte a priori per capire, piu’ o meno, quello che ci si deve aspettare nei mesi successivi. Queste simulazioni si basano sulla conoscenza attuale del comportamento del Sole, ma soprattutto sui dati che giorno per giorno vengono raccolti. Detto questo, capite bene che all’aumentare dei dati raccolti, e’ necessario ricorreggere le simulazioni per aggiornare lo stato attuale del Sole e modificare quanto ci si deve aspettare per il futuro.

Detto in parole povere, le simulazioni del comportamento del Sole, sono un po’ come le previsioni del tempo. Non a caso spesso si parla di Meteo-Solare. In quest’ultimo caso come funziona? Si vede la condizione attuale e si utilizzano modelli matematici per dare dei pronostici futuri. Se oggi vedreste le previsioni ad una settimana avreste dei risultati, se li rivedreste tra 3 giorni il risultato potrebbe cambiare e sicuramente essere piu’ preciso.

Spero che quanto detto sia sufficiente a farvi capire come vengono fatte queste simulazioni su cui tanta speculazione viene fatta.

Ora, nel post precedente riportato, abbiamo gia’ visto come seguire il ciclo solare. A distanza di qualche mese da quel post, vi riporto nuovamente il grafico dell’attivita’ solare, per mostrarvi gli ultimi aggiornamenti:

Numero di macchie Solari aggiornato a Dicembre 2012

Numero di macchie Solari aggiornato a Dicembre 2012

Vi ricordo che questi dati sono in rete e sono liberamente accessibili a tutti visitando questo indirizzo:

NOAA sun cycle

Alcune considerazioni. Come vedete dalla linea rossa, che rappresenta la simulazione, stiamo andando verso il massimo di attivita’ solare. Il picco piu’ alto e’ atteso per Maggio-Giugno 2013. Notate anche un’altra cosa che conferma quanto detto: i punti sperimentali, cioe’ quelli ossservati, nel 2012 sono piu’ bassi della sinusoide rossa. Questa e’ la conferma che l’attivita’ del Sole e’ leggermente piu’ bassa di quanto atteso. Assolutamente questo non significa che il Sole si sta spegnendo!

Vorrei anche darvi un’altra informazione aggiuntiva, utile a capire meglio il comportamento del Sole e le simulazioni fatte. Come detto sopra, uno dei parametri importanti per capire il Sole e’ dato dal numero di macchie solari sulla superificie. Sempre utilizzando il sito del NOAA, possiamo andare a vedere il numero di macchie osservate sul sole e confrontarlo anche con i dati ottenuti dalle simulazioni.

Ecco, in particolare, le previsioni:

SunSpot Estimation

Guardate una cosa, per ogni mese viene dato il numero di macchie atteso, ma anche un massimo ed un minimo. Questi valori indicano proprio l’incertezza della predizione. Dalle simulazioni non ottenete un valore preciso, ma una banda entro cui vi aspettate sia contenuto il numero di macchie solari. Notate anche come il numero di macchie atteso sale fino a Maggio-Giugno e poi ridiminuisce. Questo e’ proprio il massimo atteso e di cui parlavamo prima.

Dunque? Come vedete non c’e’ assolutamente nulla di strano o di misterioso riguardo al Sole. E’ assolutamente falso parlare di un massimo di forte intensita’ atteso tra pochi mesi, cosi’ come e’ assolutamente falso parlare di Sole al minimo o anche vicino allo spegnimento.

Al solito, la raccomandazione e’ sempre la stessa: non credete a tutte le teorie bislacche e assolutamente antiscientifiche che trovate in rete. Questi parametri sono noti alla scienza e pubblici su internet. La cosa principale e’ imparare ad utilizzare internet per quello che in realta’ e’: un potente strumento di informazione.

 

 

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