Galassie ultra-compatte

Si parla spesso di materia oscura in questo blog, ma oggi il suggerimento mi è stato posto su un vassoio d’argento!
Infatti stamane su arxiv.org è uscito un articolo scientifico di astrofisica in cui sia afferma di aver scoperto la galassia più densa dell’universo. L’oggetto in questione è M60-UCD1, la quale è una galassia nana ultra-compatta nei pressi della galassia ellittica gigante M60 nell’ammasso della Vergine.

[Clicca qui per il link dell’articolo]

Prendiamo spunto da questo articolo per chiederci: cosa vuol dire galassia nana ultra-compatta?

Le galassie nane ultra-compatte sono una categoria di galassie caratterizzate da una popolazione stellare vecchia e in generale sono più grandi e brillanti di un ammasso globulare (cliccate qui per capire cos’è e come è grande un tale oggetto) della Via Lattea ma contemporaneamente molto più compatte di una galassia nana (con nana si intende più piccola di una galassia “normale”) con la stessa luminosità. Nella figura qui sopra potete ammirare il confronto tra le dimensioni di una galassia ultra-compatta e della Via Lattea.
Detto ciò, perché le nane ultra-compatte sono importanti?
Perché si è scoperto che tali galassie hanno un rapporto Massa-Luminosità molto più elevato di quello che ci si aspetta. Ora, senza entrare nei dettagli, diciamo almeno cos’è il rapporto Massa-Luminosità (d’ora in poi M/L).
Le galassie sono fatte di stelle, si sa. Se si contano le stelle e si misura la massa uno si aspetta una certa corrispondenza tra numero di stelle e massa totale. Per esempio assumendo che la maggior parte delle stelle è simile al nostro Sole, misurando tutto in unità solari, ci aspettiamo che ogni stella in media abbia luminosità e massa pari a quella solare. Quindi, per questo ci aspettiamo un M/L dell’ordine dell’unità. Invece, causa la nostra amatissima materia oscura, quello che si ottiene è una massa maggiore di quella che si misura contando le stelle e perciò M/L in generale è più grande dell’unità. Ad esempio per la Via Lattea M/L è circa 10.
Per le nane ultra compatte tale rapporto è invece molto più grande di 10! Per questo è molto importante studiare questo tipo di galassie in quanto esse potrebbero essere molto utili e importantissime per capire meglio la natura della materia oscura. Infatti dalle osservazioni di tali galassie nane ultra-compatte è possibile porre dei vincoli sulla massa di ipotetiche particelle di materia oscura.
Ma in questo blog vogliamo essere giusti e quindi diamo spazio anche all’altra possibilità, ovvero che l’elevato valore di M/L sia dovuto anche alla presenza di materia oscura barionica. Con quest’ultimo termine si indicano solitamente quei oggetti che non sono stelle ma che hanno una massa cospicua tale da alterare il valore di M/L. Per esempio stiamo parlando di buchi neri o stelle di neutroni, oggetti che sono abbastanza massivi e per niente luminosi. Questa potrebbe essere una spiegazione dell’elevato valore M/L misurato e, ad esempio, questa ipotesi viene testata in quest’articolo scientifico.
Dunque, come vedete ci sono diverse questioni aperte riguardo la presenza o meno di materia oscura nell’universo e vi sono parecchi astrofisici coinvolti in questa ricerca con differenti metodi di investigazione.
C’è ancora tanto da capire, da scoprire e da studiare. Nel frattempo ci teniamo un po’ aggiornati con notizie come questa che offrono lo spunto per affrontare argomenti di carattere più generale e che permettono di inquadrare un particolare studio in un contesto più ampio. Perché qualcuno potrebbe chiedersi: ma perché gli astrofisici misurano la densità delle galassie? La realtà è che lo studio, nel suo contesto generale, riguarda la ricerca sulle galassie nane ultra-compatte dalla quale poi si è arrivati a trovare la galassia più densa dell’universo.
Insomma, questa è scienza in diretta ragazzi!

Record spaziali

Visto che l’Italia è stretta nella morsa del caldo ci vuole un post-relax.

Sulla Terra quasi ogni giorno si cerca di raggiungere ogni tipo di record. Come quello di velocità, ad esempio. Si costruiscono aerei, auto e treni sempre più veloci. Addirittura in grado di superare (anche di molto) il muro del suono (ovvero oltre i circa mille chilometri orari). E vi è anche qualcuno che si è buttato giù dalla stratosfera per tentare di raggiungere tali velocità in caduta libera.
Inoltre vi sono i record di velocità sportivi, anche.
Ma tutto questo avviene sulla Terra. Ci sono record raggiunti sugli altri corpi celesti?
Ebbene sì e sul sito dello Jet Propulsion Laboratory (JPL) della NASA ho trovato un’infografica che mette a confronto le distanze percorse dei vari veicoli spediti sulla Luna o su Marte (finora abbiamo spedito roba solo da quelle parti!) aggiornata a Maggio 2013.
Cosa si scopre? Che il record appartiene ad una sonda del 1973 che l’ex Unione Sovietica spedì sulla Luna. Il nome della sonda era Lonokhod 2 e ha percorso 37 chilometri sulla superficie lunare. L’unico veicolo in grado di avvicinarsi a questo imbattuto record è Opportunity della NASA che ha percorso i 35.76 km. Non abbastanza per insidiare il record di Lunokhod (ma ci siamo vicini!)
Dunque si tratta quasi di una gara. Nello spazio perché si tratta di veicoli che hanno sfrecciato sia su Marte che sulla Luna. E inoltre nel tempo poiché si tratta di veicoli che hanno visto diverse epoche della nostra storia umana. Nel frattempo ecco la classifica:

Landau

Ogni tanto su Quantizzando vogliamo ricordare alcuni dei grandissimi fisici del secolo scorso. Oggi parleremo di Lev D. Landau.
Il motivo principale per cui vale la pena ricordare Landau è dovuto alla sua produzione scientifica (che gli ha fruttato il riconoscimento del Premio Nobel nel 1962) ma anche la realizzazione del corso di Fisica Teorica in 10 volumi, un’opera immensa a mio avviso.
Nel primo di questi volumi (Meccanica) come introduzione vi è una breve biografia scritta dal suo allievo e poi collega Evgeny Lifshitz in cui viene ripercorsa la vita di Landau con alcune note personali.  I volumi del corso di Fisica Teorica sono eccezionali, davvero strepitosi dal punto di vista propedeutico. Siccome magari non tutti hanno avuto la fortuna di imbattersi in questi fantastici volumi e in particolare nel primo contenente la biografia di cui ho appena parlato, proverò a fare un breve riassunto lasciando i dettagli a chi volesse approfondire nel volume di Meccanica. Più che altro questo post vuole essere un piccolo omaggio ad un grandissimo fisico del novecento
quale è stato Landau.

(Riassunto dal volume Meccanica di Landau e Lifshitz)


Lev Landau nacque il 22 gennaio del 1908 a Baku. Il padre era un ingegnere che lavorava nei pozzi di petrolio mentre la madre era un medico. Landau ha sempre mostrato fin da ragazzo spiccate doti per la matematica; pensate che egli stesso diceva di non ricordarsi un periodo della sua vita in cui non sapeva derivare e integrare!
Finalmente nel 1924 si iscrisse alla facoltà di fisica dell’università di Leningrado dopo che i genitori gli fecero frequentare per un anno una scuola tecnica di studi economici e addirittura nel 1922 egli ebbe studiato in due facoltà diverse (matematica-fisica e chimica) contemporaneamente.
Comunque da quando cominciò a studiare fisica lo fece con tutta la passione possibile tanto che, per il troppo lavoro, la notte non riusciva spesso a dormire perché perseguitato dalle formule.
Egli amava anche ricordare quanto fu estasiato dalla lettura degli articoli di Heisenberg e di Schrondiger. Landau ammetteva che la lettura di quei lavori gli permisero di godere a pieno della bellezza della fisica e del pensiero scientifico. Inoltre in quei anni Landau si laurea e inizia la sua carriera nel mondo accademico e pubblica alcuni suoi importanti lavori come ad esempio quelli sulla teoria delle intensità degli spettri di molecole biatomiche e sul problema dell’irraggiamento in meccanica quantistica. Ebbe anche, nel 1929, la possibilità di lavorare all’estero (Danimarca, Inghilterra, Svizzera) e soprattutto la possibilità di entrare in contatto con Niels Bohr a Copenaghen.
Anni dopo inizió ad insegnare in Ucraina, a Kharkov.
Egli aveva sempre avuto a cuore le problematiche relative all’insegnamento della fisica teorica e per questo ideò il temutissimo “minimo teorico” a cui sottoponeva i suoi studenti; si trattava di un esame contenente le principale nozioni di cui doveva essere a conoscenza un fisico teorico per poter fare quel lavoro. Tanto per dare un’idea della difficoltà, solo 43 persone superarono questo “minimo teorico”.
Prima di accedere al minimo teorico, comunque, Landau sottoponeva gli studenti ad un ulteriore prova di matematica, la quale se passata con esito positivo permetteva l’accesso al “minimo teorico”.
I contributi di Landau alla fisica sono stati svariati e soprattutto importantissimi. Per dovere di cronaca citiamo almeno la motivazione con la quale ricevette il Premio Nobel: “Per i suoi lavori da pionieristici sulla materia condensata ed in particolare riguardo l’Elio liquido”.
Nel seguito di questo post, tuttavia, vorrei concentrarmi sul Landau quotidiano. Poichè la sua grandezza come scienziato è assolutamente indiscutibile dunque credo valga la pena scoprire qualcosina in più del Landau uomo come viene descritto nel racconto del suo collega.
Ad esempio Landau si teneva sempre il diritto di fare il primo esame personalmente ad ogni giovane studente. Probabilmente voleva saggiare la bontà dello studente dal punto di vista della fisica teorica di persona per capire se si trattava di un buono studente o meno.
Come riporta Lifshitz, Landau era molto democratico nella vita scientifica come tra l’altro nella vita privata (“gli furono sempre estranei boria e servilismo”). Per qualunque consiglio o osservazione critica chiunque poteva parlargli indipendentemente dai suoi meriti scientifici. Però c’era una condizione: si doveva trattare di una cosa seria e non di “raziocinio cervellotico vacuo”. Per avere un incontro con Landau non vi era alcun problema particolare: bastava fare una telefonata e, appunto, rispettare le condizioni appena dette
Il dibattito con Landau era roba seria. Egli era veemente ma non sgarbato, arguto e ironico ma non caustico. Comunque la targa sul suo ufficio a Kharkov riportava: “Lev Landau. Attenzione, morde!”.
Lifshitz ci racconta di come egli partecipasse in maniera attiva ad ogni seminario e di come spesso i partecipanti e i relatori si trovassero in difficoltà a parlare con Landau; “non si calmava finché non veniva messa completamente in luce l’essenza di un lavoro”.
Un’altra cosa importante da ricordare riguardo Landau era la sua dedizione totale per la semplicità. Questa è anche la caratteristica che rende i suoi libri sensazionali per ogni fisico. In particolare egli teneva molto a questo punto convinto che molte volte i suoi colleghi fossero di in grado di rendere complicate le cose semplici.
Era solito ripetere non appena poteva una semplice verità: “Mai occorre lavorare per scopi estranei, per fare una scoperta; in questo modo non si ottiene niente”.
Questa sua sentenza dimostra quanta passione ci mettesse nel suo lavoro e soprattutto dimostra che il suo stimolo non fosse la gloria ma semplicemente la sete di conoscenza, inesauribile per lui.
Ancora Lifshitz ci racconta che Landau era solito fare degli scherzi e classificare qualunque cosa, dalle donne ai fisici: insomma “in sua compagnia non ci si annoiava mai”.
Dal racconto di Lifshitz si può leggere tra le righe l’ammirazione e la stima che studenti e colleghi avevano nei confronti di Landau. Probabilmente questo è stato il premio più importante che Landau avesse potuto ricevere nella sua vita.
Purtroppo la vita di Landau subì una brusca frenata il 7 Gennaio 1962 quando mentre era alla guida della sua auto fu vittima di un grave incidente causato dallo scontro con un autocarro.
A causa di questo grave episodio Landau andò in coma.
In questa tragica occasione i suoi colleghi fisici dimostrarono pienamente tutto l’affetto e la stima che avevano per il loro amico e collega; “davanti la clinica c’erano pronte 8-10 auto per qualsiasi evenienza e in particolare in uno dei giorni più tragici durante il coma si rese necessario l’apparecchio per la respirazione artificiale e alcuni fisici andarono a prenderlo e lo trasportarono a mano da un altro istituto fino alla clinica dove giaceva Landau ansimante”.
Quando dopo tre mesi si riprese non fu più la stessa persona di prima. Purtroppo l’attività scientifica di Landau non poté tornare quella precedente l’incidente. Il nostro si spense il 1 Aprile 1968.

Landau è stato molto più di quello che ho riportato qui sopra. Probabilmente non basterebbe un blog per riassumere tutta la sua produzione scientifica e sarebbero necessari tutti i racconti dei suoi studenti e colleghi per rendere pieno e più completo il ricordo di questo grande fisico teorico.
Tuttavia la storia della fisica teorica del novecento annovera tanti grandi fisici e non è possibile dimenticare Lev Landau in questa schiera.