Certo, lo so che siete abituati a sentire parlare di galassie, stelle, roba oscura su questo blog. Ma da italiano non posso dimenticare il fatto che l’Italia è una regione ad elevato rischio sismico.
Non sono un esperto di terremoti e sismicità ma mi sembrava comunque giusto affrontare l’argomento in questo blog ad un certo punto.
Per fortuna in Italia esiste l’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV) che monitora le scosse sismiche che avvengono in Italia.
Ma non solo. l’INGV è presente in rete con un bel sito (http://www.ingv.it/it/), su Twitter (https://twitter.com/INGVterremoti) con un servizio di notifica dei terremoti avvenuti in Italia con magnitudo maggiore di 2.5 e anche uno splendido blog (http://ingvterremoti.wordpress.com).
Una cosa interessante è parlare della scala Richter e del modo in cui si misurano le intensità dei terremoti. Non voglio dilungarmi sui dettagli (potete trovare tutte le informazioni su Wikipedia). L’unica cosa che mi preme dire è che la scala Richter è una scala scientifica che si basa sul confronto tra lo spostamento rivelato da un sismografo rispetto ad uno calibrato in maniera standard. Inoltre la scala Richter è una scala logaritmica. Che vuol dire?
Vuol dire che la differenza di un valore nella scala corrisponde ad una differenza di dieci volte in intensità. Cioè un terremoto di magnitudo 6 è dieci volte più forte di un terremoto di magnitudo 5.
Probabilmente questo lo avrete già sentito dire. Allora vi propongo un nuovo modo di vedere la cosa (che poi non è altro che un semplice conto matematico). Usando lo stesso calcolo di sopra, possiamo affermare che un terremoto di magnitudo 6 è circa il doppio più intenso di un terremoto di magnitudo 5.7. Questo giusto per dirvi che quando sentite parlare di scosse con magnitudo ravvicinate questo non significa che i terremoti abbiano la stessa intensità.
Comunque, come dicevo, non sono un esperto e quindi lascio la parola ai veri esperti del settore. Su YouTube c’è il canale dell’INGV (https://www.youtube.com/user/INGVterremoti?feature=watch) a cui consiglio di iscrivervi caldamente. Nel frattempo vi consiglio anche la visione di questo video (diviso in due parti) a mio avviso estremamente educativo, soprattutto per una persona che vive in Italia e soprattutto per i ragazzi che, da adulti, abiteranno la penisola e avranno la responsabilità di far i vivere a loro volta i propri figli in sicurezza in una terra fantastica ma martoriata dalla sismicità.
Per finire, vorrei ricordare, come viene fatto nel video, che non è possibile prevedere i terremoti e inoltre vorrei ringraziare tutti i ricercatori dell’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia per il lavoro quotidiano che svolgono.
Il Sole è la stella più vicina a noi.
Più o meno tutti, da bambini, hanno avuto l’arduo compito di disegnare il Sole. Davvero arduo ma tuttavia non impossibile visto che il Sole, appunto, è lì in cielo tutti i giorni. E dunque via con il disegnare una palla gialla, magari con delle linee simboleggianti i raggi che arrivano sino a noi sulla Terra per scaldarci.
Ma il Sole è davvero una palla gialla?
L’immagine astronomica del giorno della NASA (che potete vedere ogni giorno su questo sito http://apod.nasa.gov o su questa pagina +Astronomy Picture of the Day (APoD) ) è dedicata al Sole. Vediamola e poi proviamo a spiegare di che si tratta:
A prima vista sembra il segnapunti del famoso gioco di società Trivial Pursuit, ma in realtà è una foto del Sole. Beh, una serie di foto sovrapposte del Sole, a dire il vero. Lo spicchio più grande giallo-rosso è il Sole osservato nello stesso intervallo di lunghezze d’onda alla quali il nostro occhio è sensibile.
Per quanto riguarda i piccoli spicchi invece abbiamo il Sole visto a diverse lunghezze d’onda nell’ultravioletto (lunghezze d’onda più piccole di quelle della luce visibile).
Partendo da sinistra abbiamo onde elettromagnetiche dell’ordine di un centinaio di miliardesimi di metro (spicchio rosa) a una decina di miliardesimi di metro (spicchio verde).
Bene, ora alcune domande sorgono spontanee.
Domanda Uno: ma dunque il Sole non è giallo?
Domanda Due: perché ci sono differenze nelle diverse lunghezze d’onda?
Proviamo a rispondere.
Quando gli astrofisici misurano quanta radiazione elettromagnetica proviene dal Sole per uno specifico intervallo di lunghezza d’onde ottengono una curva chiamata curva di corpo nero. Brevemente, un corpo nero è un corpo ideale che è in grado di assorbire tutta la radiazione incidente (cioè in pratica non riflette nulla) e che si trova in equilibrio termico. Il classico esempio di corpo nero è una scatola con un forellino. Dunque, dall’esterno, la radiazione entra nella scatola; se assumiamo che la radiazione, una volta entrata può uscire solo di nuovo attraverso il forellino. Supponiamo che all’interno della scatola ci sia una certa temperatura e quindi di essere in una situazione di equilibrio termico. La radiazione che fuoriesce dal forellino è trascurabile e quindi non pregiudica l’equilibrio termico. Ecco, questo sarebbe un corpo nero (ci torneremo in futuro su questo blog, tranquilli).
In termini generali, ogni cosa che ha una temperatura maggiore dello zero assoluto (-273.15 °C) emette questo tipo di radiazione. A quale lunghezza d’onda viene emessa questa radiazione? Ecco, la lunghezza d’onda corrispondente al picco di emissione dipende dalla temperatura del corpo.
Le stelle non sono prettamente dei corpi neri tuttavia la radiazione emessa può essere approssimata con quella di corpo nero. Ecco qualche esempio:
Nella figura qui sopra abbiamo tre curve di emissione di tre stelle differenti. Ricordiamo che piccole lunghezze d’onda vuol dire colore blu-violetto, grandi lunghezze d’onda corrispondono ad un colore rosso. Come potete vedere il Sole si trova nel mezzo di questo “arcobaleno” che è appunto il famoso giallo che usavamo da bambini!
Inoltre potete anche vedere che le stelle più calde sono blu, mentre quelle più fredde sono rosse; un fatto, questo, che spesso abbiamo ripetuto in questo blog usando l’esempio del fabbro e del metallo. Ora avete una spiegazione diciamo più seria.
Comunque, provando a rispondere alla Domanda Uno e Due contemporaneamente e guardando ancora la curva corrispondente al Sole, notiamo che sì, il picco corrisponde al giallo ma c’è emissione di radiazione anche ad altre lunghezze d’onda seppur in minor quantità. Studiare la radiazione emessa a queste lunghezze d’onda è essenziale.
Infatti la superficie del Sole è “gialla” e ha una temperatura di circa 5700 °C ma le cosiddette eruzioni solari possono raggiungere temperature anche molto (ma molto) più elevate: tipo 6 milioni °C! In questo caso dunque avrete ormai capito che non possiamo osservare questi fenomeni nello stesso intervallo di lunghezze d’onda della luce visibile; questo perché un oggetto che emette nella luce visibile ha una temperatura più bassa.
Per la temperatura delle eruzioni solari vanno bene circa 10 miliardesimi di metro.
Inoltre, studiando il Sole a diverse lunghezze d’onda si possono studiare meglio anche i fenomeni che coinvolgono il campo magnetico solare.
Ma ora basta, ho parlato troppo. E’ giunto il momento di goderci il video che mostra gli spicchi solari ruotare:
Comunque ragazzi tranquilli, non era mia intenzione rimproverarvi o spaventarvi: nei vostri splendidi disegni, il Sole giallo va benissimo!
Quando un non-addetto-ai-lavori si avvicina all’astrofisica ci sono tante cose che vorrebbe chiedere all’addetto-ai-lavori. Ma solitamente si finisce sempre con parlare di materia oscura, energia oscura e con una botta di vita magari di buchi neri. Insomma, tutta roba di cui sappiamo poco o nulla se non che esiste (?).
Ma se da un lato più o meno tutti sanno di cosa si tratta quando si nominano queste strane cose di cui non sappiamo assolutamente nulla, quando invece si parla di cose che si studiano da decenni ci facciamo soltanto affascinare dal solito nome fuori dall’ordinario. E a volte non si sa esattamente di cosa si stia parlando.
A questo punto è chiaro che stia per fare un esempio. Già, per esempio, parliamo dei quasar. Forse pensate che siano meno affascinanti dei buchi neri? Beh, se lo pensate vi farò cambiare idea per una ragione molto semplice (che vi spiegherò dopo).
Comunque, torniamo a noi. I quasar.
Come da titolo, quasar non è altro che un acronimo: “QUASi stellAR object”. Cioè, quindi sono stelle? Assolutamente no. Si pensava fossero stelle. Infatti quando furono scoperti la prima volta intorno agli anni sessanta gli astronomi non osservavano altro che un oggetto puntiforme usando un normale telescopio, esattamente quello che si osserva quando si guarda una stella. La realtà del quasar viene rivelata però a differenti lunghezze d’onda. Per esempio osservando quel puntino luminoso con un radio telescopio oppure ai raggi-X. Questo è esattamente quello che accadde quando i quasar furono scoperti per la prima volta. Non solo. Se si osserva l’emissione di un quasar (il cosiddetto spettro) ebbene esso non ha niente a che vedere con quello di una normale stella. E quindi forse non è proprio con una stella che si ha che fare.
Per dimostrarvi che non vi racconto bugie, inserisco una bella fotografia (in banda ottica) che ritrae il primo quasar scoperto della storia chiamato 3C273 (e, bisogna dirlo, scoperto da Allan Sandage) dove potrete notare le inesistenti differenze da una stella.
Quasar 3C273 osservato in ottico (Fonte: http://svendfreytag-astroimaging.com)
E se invece, per esempio osiamo osservarlo in, che ne so, raggi-X? Già fatto. E cosa si osserva? Ecco a voi:
3C273 visto dal satellite Chandra della NASA (Fonte:chandra.harvard.edu).
Si vedono dei jet!
Apro parentesi. Questa cosa, lasciatemelo dire prima di spiegarvi cosa accade, è fantastica. Cioè, pensateci un secondo sopra. Noi quando osserviamo il cielo stellato che tanto ci fa essere romantici in fondo vediamo solo la radiazione in una piccola regione dello spettro elettromagnetico. In realtà, c’è molto di più. Ricordatevelo, c’è molto di più. Ed è fantastico. Chiusa parentesi.
Inoltre, non l’avevo ancora detto, ma questi oggetti mostrano uno spostamento verso il rosso molto alto. Quindi sono non solo al di fuori della nostra galassia, ma sono altre galassie!
Dunque, chiaramente, non abbiamo a che fare con una stella. Tuttavia il nome quasar è rimasto.
Ricapitolando, quello che accade è che in queste galassie esiste qualche meccanismo che le fa essere tremendamente potenti sotto il punto di vista dell’emissione di radiazione. Tanto potenti che, nel caso ad esempio di 3C273, non siamo riusciti a capire subito che si trattasse di una galassia poiché l’emissione energetica era completamente dominata da questo misterioso meccanismo di cui andremo a parlare tra pochissimo.
Dunque la domanda giusta adesso è la seguente: cosa c’è in quelle galassie in grado di sprigionare un’energia luminosa anche centinaia di volte più potente di quelle di una galassia normale?
Bella domanda.
Si pensa che il responsabile di questo “spreco” di energia sia proprio un buco nero posto al centro delle galassie. La materia nelle zone centrali cade sul buco nero e questo accrescimento sprigiona l’energia che osserviamo. Probabilmente, a causa della presenza di forti campi magnetici, questa energia viene sprigionata in direzioni particolari dando vita ai famosi jet. Ovviamente i buchi neri di cui stiamo parlando non sono semplici buchi neri. Si tratta di buchi neri milioni (o anche miliardi) di volte più massivi del Sole!
Ottimo. Ma sono sicuro che questa cosa non vi ha lasciato indifferenti. Infatti sono certo che avrete pensato che anche la Via Lattea ha un buco nero centrale un milione di volte più massivo del Sole: è la nostra Galassia un quasar?
La risposta é: no. Ma magari lo è stato in passato allora?
La risposta in questo caso è: non lo sappiamo. Forse sì. O forse no. Magari un giorno lo scopriremo.
Inoltre c’è da aggiungere una cosa alla risposta a questa domanda. Tutti i quasar osservati si trovano a grande distanza da noi. Ora, siccome la velocità della luce non è infinita e l’universo in aggiunta si espande, la luce di un quasar lontano ci mette un certo quantitativo di anni per raggiungerci. Quindi vuol dire che non osserviamo i quasar come sono oggi, ma piuttosto come erano in passato. Ovvero più si guarda lontano più si guarda indietro nel tempo.
Quindi di conseguenza possiamo dire che se i quasar si trovano praticamente tutti a grande distanza allora vuol dire che erano più comuni in passato che al tempo d’oggi.
Una bella domanda sarebbe ora: ma come mai?
Questa non è una bella domanda. E’ una straordinariamente difficile domanda a cui rispondere!
Praticamente non si sa. Forse l’attività nucleare è solo una fase della vita delle galassie, come l’adolescenza, se volete!
Ah, dimenticavo. Non ci sono solo i quasar. C’è una miriade di galassie (tutte classificate con nomi diversi che non vi sto ad elencare) che presentano segni di enorme emissione energetica. C’è chi emette in maniere assurda in onde radio, chi in raggi-X, chi ha la controparte ottica puntiforme (i quasar, appunto), eccetera, eccetera.
Gli astrofisici hanno chiamato queste galassie con un nome solo, in definitiva: galassie attive.
Se vi capita di andare in giro per conferenze o leggere articoli di astronomia troverete scritto l’acronimo “AGN” (Active Galactic Nuclei) quando si parla della grande famiglia di super-galassie a cui, tra l’altro, appartengono anche i quasar come sotto categoria.
Se abbiamo parlato solo di quasar è perché sono stati i primi ad essere stati scoperti e inoltre hanno fornito l’ispirazione per il titolo.
Insomma, cari appassionati di astronomia voi avete perfettamente ragione: la materia oscura, l’energia oscura sono affascinanti, non v’è dubbio alcuno. E sono anche delle sfide davvero appassionanti per le capacità umane di comprendere la Natura. Ma l’astronomia non è solo questo. Ci sono parecchie altre cose su cui gli astrofisici si spaccano la testa che sono altrettanto interessanti. Anzi, vi dirò di più. Forse sono più interessanti. Perché in realtà gli AGN non sono ancora stati perfettamente compresi, vero, ma almeno li osserviamo e magari potrebbero darci una mano a capire ancora meglio come si è evoluto l’universo. E chissà magari anche a gettare luce sui buchi neri.
E poi, comunque, il vero motivo per cui ho scritto questo post è il seguente: i quasar non sono altro che galassie. Certo, speciali galassie; magari galassie un po’ birichine, ma sempre galassie. Non lo dimenticate.
Il video qui sopra è un video fantastico.
Il viaggio inizia nel centro della nostra galassia dove si presume ci sia un buco nero supermassivo. Per definizione il buco nero non lo possiamo vedere perché, appunto, è nero. Allora come facciamo a sapere che abbiamo a che fare con un tale oggetto da quelle parti? Perché possiamo osservare il moto delle stelle nel centro della galassia. Dalle caratteristiche di tali orbite gli astrofisica possono ricavare diversi parametri, tra cui una stima della massa del sistema (cioè in un singolo caso, del sistema stella+altro oggetto). Dato che viene fuori una massa di un milione di masse solari, l’unica spiegazione possibile è quella di un buco nero (anche perché le stelle mediamente hanno una massa solare e comunque le più massive non vanno oltre uno-due centinaia di masse solari).
Ma finora abbiamo parlato del cuore della nostra galassia. In realtà la regione centrale vera e propria è chiamata “bulge” ed è molto più estesa della zona-buco-nero come potete vedere dal video. Cosa c’è nel bulge? Forse meglio dire cosa non c’è: il gas (attenzione: quando in astrofisica si dice che qualcosa non c’è vuole sempre dire che le quantità sono trascurabili!). Quindi in pratica non abbiamo formazione stellare visto che il gas freddo è un ingrediente essenziale. E dunque? Dunque abbiamo un’evoluzione passiva della regione centrale; cioè le stelle invecchiano proprio come la gente in quei paesini di provincia giocando a carte davanti al bar.
Lo so cosa vi state chiedendo: ma queste stelle non muoiono? Tutte le stelle muoiono, naturalmente. Ma la durata di una stella dipende dalla massa: più la stella è massiva, più “carburante” consuma, meno vive. E così se abbiamo stelle vecchie esse sono tutte stelle di piccola massa. Ma non solo! Le stelle piccole sono anche le più (relativamente) fredde (parliamo dai 3000 ai 6000 gradi più o meno). E dunque appaiono di colore rosso (al contrario quelle più calde sono blu). Si tratta dello stesso fenomeno che si può ammirare quando si lavora il metallo: quando esso è incandescente è caldissimo; man mano che si raffredda diventa sempre più rosso.
Ma adesso usciamo dal bulge. E arriviamo nel disco stellare. Come potete osservare dal video ci sono delle zone scure che non permettono di osservare le regioni centrali: si tratta di presenza di polvere. Si tratta di piccoli pezzi di silicati (mix di ossigeno e silicio) e di grafite (quella delle matite, quindi carbonio). La polvere, oltre a fare tante belle cose, è importante per le lunghezze d’onda a cui possiamo osservare la luce proveniente dal centro. Infatti la polvere blocca la luce visibile e ri-emette a lunghezze d’onda più lunghe (tipo infrarosso).
Quindi nel disco abbiamo: le stelle, il gas e la polvere. Perché il disco appare blu? L’abbiamo detto poco prima: c’è il gas e si formano le stelle. Dunque mediamente abbiamo anche stelle giovani nel disco rispetto al nulla del bulge.
Continuando a vedere il video, ad un certo punto spuntano fuori degli oggetti chiamati ammassi globulari (Globular Clusters nel video). Cosa sono? Si tratta di sistemi stellari che contengono un centinaio di migliaia di stelle. Sono gli oggetti più vecchi dell’universo. Niente gas da quelle parti e una densità di stelle altissima (ma tutte vecchie, per il solito discorso). Comunque se volete stimare l’età dell’universo, dovrete fare i conti con gli ammassi globulari, sappiatelo!
Ma attorno al disco non ci sono solo ammassi globulari: ci sono anche delle stelle le quali fanno a formare il cosiddetto alone stellare.
E per finire, la nostra benamata materia oscura in cui la Via Lattea è placidamente immersa. E di cui non sappiamo niente a parte il fatto che ci deve stare.
Ah, dimenticavo. L’ESA ha realizzato questo video per spiegare cosa la prossima missione GAIA andrà ad osservare: ovvero misurerà la distanza delle stelle nella regione mostrata nel video. Questo permetterà una migliore calibrazione delle distanze cosmologiche. Per maggiori informazioni vedi qui.
Ah, dimenticavo ancora: GAIA dovrebbe essere lanciato il 19 dicembre 2013. Segnatevi la data!
Bene, il nostro breve viaggio è finito. Sì, è vero, conosciamo il contesto. Ma c’è ancora tanto (troppo?) da comprendere.
Si sente spesso dire in giro che non è possibile piegare un foglio di carta su se stesso più di sette volte. E provando a farlo viene sicuramente da crederci. Per fortuna, però, la scienza si basa sul metodo scientifico; ciò vuol dire che se si trova un esperimento che contraddice la teoria finora comunemente accettata allora la teoria va rivista.
Poi, si sa, le cose capitano per caso. Accade, per esempio, che una professoressa voglia assegnare un credito extra a scuola. E siccome lei le cose le sa dice: “Va bene ragazzi. Un credito extra a chi piega un foglio di carta 12 volte”.
Una ragazza di nome Britney Gallivan ci prova. Senza riuscirci.
Ma Britney non demorde.
Allora ci prova con un foglio d’oro e riesce nell’impresa di piegarlo 12 volte. Ottimo!
Ma la Prof. non ci sta: ha detto carta e carta deve essere se Brittany vuole il credito.
Benissimo, pensa Britney. Ma le cose devono essere fatte con calma, si sa. Allora si arma di carta non per piegarla ma per scriverci sopra.
Pensa che ti ripensa e ragiona che ti ri-ragiona, Britney trova un’equazione che lega tra loro tre quantità: lo spessore di un foglio, la lunghezza di un foglio e il numero di volte in cui vogliamo piegare un foglio nella stessa direzione. (La formula con annessa dimostrazione è qui.)
Viene fuori che per piegare un foglio di carta 12 volte tale foglio deve essere lungo poco più di un chilometro! (in realtà il tutto dipende anche dallo spessore).
Comunque Britney ha la testa dura e trova una particolare azienda che produce una particolare carta igienica che era proprio quello di cui aveva bisogno.
Insomma Britney è pronta. E inizia a piegare. In un solo giorno non solo supera il comune-pensato-mai-provato-record di piegare un foglio di carta sette volte. Ma arriva anche a 10. E poi 11. E alla fine la tanto agognata dodicesima volta documentata con una foto (se l’è meritata, direi).
La scienza ha funzionato ancora. (Fonte: http://pomonahistorical.org/12times.htm)
Ovviamente poi la Prof. ha concesso il credito a Britney!
Tutto è bene quel che finisce bene.
Ma ora possiamo anche sognare in grande. Infatti, poiché possiamo piegare un foglio di carta quante volte vogliamo a patto di averne uno abbastanza lungo, ci possiamo chiedere fin dove possiamo arrivare: il Monte Bianco? L’Everest? Addirittura, la Luna?
Per rispondere a queste domande vi invito caldamente a vedere il video qui sotto (sono disponibili anche i sottotitoli in italiano).
Quindi piegate un foglio di carta 45 volte e arriverete sulla Luna! Formula alla mano, bisognerebbe solo trovare un foglio lungo quasi sette mila miliardi di miliardi di chilometri e poi iniziare a piegarlo in due. Facile, no?
Il libro Onde gravitazionali è disponibile in tutte le librerie o su Amazona questo link.
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