Latte Cosmico

Se il titolo di questo post ispira in voi curiosità allora siete finiti nel posto giusto. E sapete perché? Perché oggi parleremo di una cosa a cui magari non avevate finora pensato: parleremo del colore dell’universo.

Sì, lo so, ora starete pensando che sono diventato matto perché è chiaro che l’universo è scuro, che poi è anche un bel gioco di parole. In realtà l’universo non è proprio scuro, voglio dire ci sono le stelle. Ed esse hanno un colore.
Ne abbiamo già parlato qui, ma con piacere rivediamo il tutto.
Dunque, brevemente, il colore di una stella dipende dalla sua temperatura superficiale. In particolare le stelle calde e massive sono blu mentre quelle fredde e più piccole sono il rosso. Ah, mi raccomando, non lasciatevi ingannare: calde o fredde che siano stiamo sempre parlando di temperatura tra qualche migliaio e qualche decina di migliaio di gradi.
Dunque, se raccogliamo tutta la luce di tutte le stelle di tutte le galassie, mettendo tutto insieme avremo un massimo di emissione in un qualche colore e potremmo dire “Toh, l’universo è arancioneroverde”, giusto per fare un esempio di colore simpatico.

A dire il vero, non è fattibile prendere tutta la luce di tutte le stelle di tutte le galassie; per fortuna sembra che viviamo in un universo omogeneo e isotropo e quindi dovrebbe bastare analizzare la luce di una fettona di universo rappresentativa.
E insomma, che ci crediate o meno, qualcuno si è preso la briga di farlo.

Aspettate, però. Non è che gli astrofisici sono diventati dei capricciosi personaggi. Dietro questo tipo di impresa c’è un motivo scientifico ben valido. Ma partiamo dal principio.
Il lavoro di cui parlo è del 2001 e i più curiosi lo possono trovare cliccando qui.
Anche se si tratta di un lavoro di quasi 15 anni fa, comunque ciò che ne è venuto fuori è piuttosto interessante. Tutto parte dallo studio di una gran quantità di galassie; nel dettaglio, le galassie della 2dF Galaxy Redshift Survey. Ora, si possono fare (e sono state fatte) tante cose con queste galassie. Per ciò che concerne questo post, siamo interessati alla seguente cosa:

Questa roba è la somma della luce proveniente da tutte le galassie della 2dF Galaxy Redshift Survey (la quantità indicata in verticale chiamata “Relative Flux”) a seconda della lunghezza d’onda della luce (la quantità in orizzontale chiamata appunto “Wavelength”).
I picchi in alto e in basso della curva verde, detto in due parole, ci raccontano quali elementi ci sono nelle galassie. Perché? Perché gli atomi hanno un nucleo fatto di protoni e neutroni e elettroni che ronzano intorno. Quanto la luce, ovvero un’onda elettromagnetica, colpisce un atomo allora l’elettrone guadagna energia; quindi praticamente la luce viene assorbita dagli atomi in questo modo e quindi abbiamo i picchi verso il basso. Al contrario, quando un elettrone energetico torna al suo posto tranquillo attorno al nucleo, in questo processo un’onda elettromagnetica viene emessa e quindi ecco i picchi verso l’alto. Bisogna però sottolineare una cosa: ciò non avviene per tutte le onde elettromagnetiche. Infatti la meccanica quantistica ci insegna che per smuovere un elettrone ci vuole un’onda con la giusta energia. Per questo motivo abbiamo i picchi, perché le emissioni o gli assorbimenti avvengono solo per determinate lunghezze d’onda. E, siccome ogni atomo ha gli elettroni distribuiti in un certo modo e richiede le sue energie particolari, quindi, sostanzialmente, ogni picco corrisponde ad un ben preciso elemento chimico.

Ovviamente, l’immagine di sopra è la somma di una moltitudine di galassie e quindi possiamo interpretare il tutto come una sorta di luce media delle galassie. Gli autori del lavoro lo hanno chiamato “The Cosmic Spectrum”, spettro cosmico.
Siccome ogni lunghezza d’onda del grafico di sopra corrisponde ad un colore della luce visibile, un altro modo per visualizzare la cosa è il seguente:

Praticamente si tratta della stessa cosa di prima, se volete, vista dall’alto. Infatti i picchi verso il basso sono quelle zone più scure mentre i picchi verso l’alto sono quelle zone più chiare (si vede molto bene nel rosso il picco intorno a 6500 Angstrom di lunghezza d’onda).

Comunque, a parte tutti questi dettagli, la domanda subdola dell’astrofisico quadratico medio a questo punto è questa: “Va bene, ho un sacco di galassie e misuro la luce di tutte quante messe insieme. E ottengo una certa intensità per ogni colore. Ma qual è il colore medio emesso da tutte queste galassie?”

Ovvero, assumendo che le galassie della 2dF Galaxy Redshift Survey rappresentino un campione abbastanza completo dell’intero universo: qual è il colore medio dell’universo?
Senza farla troppo lunga, gli astrofisici hanno dovuto tirare in ballo anche come l’occhio umano risponde ai colori di sopra delle galassie. Fatto tutto ciò (non voglio annoiarvi: trovate maggiori dettagli nel link in fondo alla pagina) viene fuori che il colore medio dell’universo è questo (tenetevi forte!):

Eccolo qua, in tutto il suo splendore insomma. Questo è il colore che ha, in media, l’universo. Per quanto riguarda il nome, c’erano altre scelte in ballo, come Cosmic Cappuccino oppure Astronomical Almond (mandorla astronomica). Alla fine si è deciso per Cosmic Latte.

Comunque ci tengo a precisare che non si tratta di un capriccio. Studiare lo Spettro Cosmico (il grafico nella prima figura di questo post) è molto importante in astronomia perché ci racconta come l’universo si è evoluto. Infatti, all’inizio l’universo era dominato da stelle grosse e calde di colore blu che però hanno avuto vita breve e lentamente la dominazione delle piccole e meno calde stelle rosse ha preso il sopravvento. Quindi studiare il colore medio dell’universo non è solo una cosa curiosa e divertente ma anche (e soprattutto, aggiungerei) un modo per capire meglio come l’universo si evoluto durante i suoi 13.7 miliardi di anni.

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Per approfondire e saperne di più: http://www.pha.jhu.edu/~kgb/cosspec/

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