Cosmologia in tempo reale

Oggi proverò a raccontarvi una cosa che, personalmente, mi affascina tantissimo.

Tutti sappiamo che l’universo si espande. Ma che dico espande, addirittura accelera!
Già, ma come la misuriamo l’accelerazione o almeno l’espansione? Misuriamo diverse cose (come abbiamo già parlato qui) e da queste osservazioni capiamo che l’universo si trova in una fase di espansione accelerata.

Ripetiamo solo alcuni dettagli importanti riguardo l’espansione dell’universo.
Quando parliamo di galassie che si allontanano le une dalle altre non parliamo di galassie che si muovono MA di spazio tra le galassie che si espande. Questa è una affermazione cruciale che dovete tenere a mente per sempre nei secoli dei secoli. Questo è come spieghiamo le cose con le teorie attuali.

Dunque si tratta, alla fin fine, di tenere traccia dello spostamento delle galassie, inteso come appena detto. Questo si può fare tramite l’analisi della luce proveniente dalle galassie stesse, ovvero lo spettro delle galassie. Infatti, a causa di vari processi fisici che coinvolgono gli elementi chimici presenti nelle stelle e nel gas delle galassie, si possono osservare delle righe nello spettro, una cosa del genere:

Ora, queste righe sono riconducibili alla presenza di ben precisi elementi chimici, i quali producono le stesse righe spettrali qui nei laboratori della Terra. Beh, le stesse ma con una piccola differenza. Sono spostate. Quello che voglio dire è una cosa del genere:

A cosa è dovuto questo spostamento? Alla velocità della galassia! O meglio allo spostamento della galassia rispetto a noi dovuto all’espansione dello spazio tra noi e la galassia (ecco, questo è quello che dovete tenere a mente).

Ovviamente la galassia si muove, ha una certa velocità dovuta all’attrazione gravitazionale delle altre galassie circostanti. Però se andiamo parecchio lontano dalla Via Lattea allora la velocità dovuta all’espansione dell’universo diventa dominante. Questo anche perché la velocità delle galassie dovuta all’espansione aumenta all’aumentare della distanza da noi: questa è la celeberrima Legge di Hubble.

Bene, voi direte: ma tutto questo lo sapevamo già. Dov’è la novità affascinante?

Eccola: puntiamo una galassia; possiamo misurare come varia la sua velocità (dovuta all’espansione) ma mano che si allontana da noi? Ovvero, possiamo misurare la sua accelerazione in tempo reale?

In principio, la risposta è sì. Fantastico! Infatti a questo punto dobbiamo solo misurare le righe di una galassia oggi e misurarne lo spostamento e poi ripetere questa procedura dopo un poco di tempo e vedere di quanto tali righe si siano spostate ulteriormente. Meraviglioso!

Calmi, calmi però. Dobbiamo chiarire ancora due punti: primo, di quanto si spostano queste righe in un certo lasso di tempo e, di conseguenza, quanto tempo dobbiamo aspettare prima di vedere un effetto tangibile.

Cominciamo con il dire che le velocità delle galassie dovute all’espansione si misurano in unità di chilometri al secondo. Pirati della strada (dell’universo) insomma!

L’effetto di cui vi parlo è invece dell’ordine dei centimetri al secondo per anno. Che vuol dire? Vuol dire che se misuro la velocità (sempre quella dovuta all’espansione, sia chiaro) di una galassia oggi ad una certa distanza e poi ripeto tale misura tra un anno allora noterò un cambiamento di qualche centimetro al secondo!

Lo possiamo misurare?

Al momento siamo sulle decine di metri al secondo per anno di sensibilità. Probabilmente in futuro saremo capaci di tali misurazioni, gli scienziati ci stanno lavorando.

Capite l’importanza di tali misurazioni? Potremmo osservare l’evoluzione dell’universo in tempo reale e soprattutto direttamente. Cioè senza pensare alle teorie, misurando una variazione della velocità delle galassie avremmo una prova diretta dell’accelerazione dell’universo.

E ora non venitemi a dire che la cosa non affascina anche voi!

PER SAPERNE DI PIU’:
Per chi volesse impegnarsi in una lettura più approfondita e completa con moltissimi più dettagli, esiste un articolo scientifico di Claudia Quercellini, Luca Amendola, Amedeo Balbi, Paolo Cabella e Miguel Quartin: http://arxiv.org/pdf/1011.2646v2.pdf

SOFIA, l’aereo che fa astronomia

Sappiamo tutti che ci sono enormi telescopi sparsi qua e là sul nostro pianeta. Ma lo sapevate che si può fare astronomia anche con un aeroplano?
Se non mi credete guardate questa straordinaria foto ottenuta su un volo Londra-NewYork:

Fonte: NASA APoD

Eh sì, quella è proprio la Via Lattea vista da un aereo! Ovviamente non è il risultato di una singola foto dato che un aereo viaggia a circa mille chilometri orari. Quindi si tratta di una sovrapposizione di più di 90 esposizioni di durata circa 30 secondi. E insomma, la foto di sopra è il risultato finale.

Ma questo si sapeva già dagli anni 20. Quando l’airborne astronomy (si chiama così in inglese) nacque. Ora abbiamo SOFIA, una missione della NASA che consiste di un aeroplano con a bordo un telescopio di due metri e mezzo e anche altri strumenti per analizzare la luce che gli oggetti astronomici ci regalano. Molti più dettagli, per chi fosse interessato, sono sul sito ufficiale (cliccate qui per vederlo) mentre io, molto più modestamente, mi limito a mostrarvi una foto:

In questo breve post vorrei solo farvi notare perché la gente si è messa in testa di montare un telescopio su di un aereo a circa 13 chilometri di altezza. Dunque, le ragioni sono molteplici.
Prima di tutto si può osservare senza preoccuparsi delle nuvole; per questo motivo è nata questo tipo di astronomia. Infatti la prima idea era quella di osservare eclissi di Sole evitando i problemi legati alla possibile presenza di nuvolosità (che rovina lo spettacolo dell’eclissi!).
Ma anche: nella stratosfera (a 13 km di altezza o giù di lì) l’atmosfera è povera di vapore acqueo. Questo risulta essere molto utile per osservare alle lunghezze d’onda dell’infrarosso. Infatti la presenza di acqua nella bassa atmosfera blocca la radiazione infrarossa e quindi bisogna spostarsi a quote più elevate.
Ancora: con un aeroplano si può restare più ore al buio (nella parte della Terra che non guarda al Sole) e inoltre si può posizionare l’aeroplano nella località geografica preferita.
Insomma, si possono fare tante belle cose, dai!

Qualche risultato? Grazie al fatto che a quelle altitudini è possibile studiare l’infrarosso allora con SOFIA è possibile studiare le parti della nostra Galassia nascoste dalla polvere interstellare. Infatti la luce a piccole lunghezze d’onda proveniente dalle stelle nascoste nelle nubi di polvere viene assorbita e riemessa dalla polvere in pratica nascondendo tali stelle. La radiazione infrarossa invece, essendo ad una lunghezza d’onda maggiore, non “si accorge” dei piccoli grani di polvere, proprio come quando un essere umano cammina per strada non si accorge delle piccole formichine. Dunque con l’infrarosso possiamo osservare “dietro” la polvere! Fantastico!

Ovviamente con le osservazioni nell’infrarosso non ci siamo fermati agli aeroplani ma abbiamo anche mandato satelliti nello spazio come il telescopio Herschel, per esempio.

Quindi non solo telecomandi (che utilizzano l’infrarosso per cambiare canale) ma anche (tantissima) astrofisica. Se siete sintonizzati sull’astronomia, non cambiate canale!

Che cos’è l’airglow

Cari bimbi e non, se siete tra quelli che la notte hanno paura di restare al buio, ebbene sappiate che al buio non sarete mai, come dimostra questa foto:

La vedete quella luce diffusa verde? No, non è un’aurora. Si tratta di un fenomeno chiamato airglow (potrei chiamarla, con un neologismo, un “brillaria” ma fate pure finta di non aver mai letto questa questa cosa!).

Di cosa si tratta?
Una cosa molto semplice. La radiazione ultravioletta del Sole colpisce le particelle (molecole, atomi) presenti nell’atmosfera (ad una quota sopra gli 80 km circa) e li eccita. Mi spiego meglio. Quando i fotoni (o le onde elettromagnetiche) ultravioletti beccano questi atomi, gli elettroni acquistano energia. Bene, fin qui.
Ora questo fenomeno di eccitazione può dare il via a una miriade di processi: l’elettrone rilascia la sua energia dis-eccitando l’atomo o la molecola, gli atomi o le molecole eccitati si combinano con altre molecole o con altri atomi a formare altri composti chimici. Insomma la situazione è abbastanza complicata. Il punto finale di tutti questi processi è che dei fotoni vengono emessi, quando queste reazioni avvengono.

A seconda del tipo di reazione, fotoni con una certa lunghezza d’onda vengono emessi. Insomma non c’è bisogno di entrare nei dettagli, quello che si produce è un effetto come quello della foto di sopra con una luce verde, rossa e anche blu.

Un’ultima curiosità. Alle volte l’airglow è osservato come delle strisce. No, non sono i vostri occhi. La colpa è delle onde di densità atmosferiche che si propagano dal suolo sin negli strati alti dell’atmosfera. Come quando buttate un sasso in una pozzanghera si formano delle onde, così quando c’è una qualche perturbazione, tipo vento sulla cima delle montagne, temporali ma anche scie degli aerei (per favore non fate battute sulle scie chimiche!). Quando il fluido, ovvero l’atmosfera, è perturbato queste onde si creano. Non solo sono importanti per l’airglow ma anche nella formazione di interessanti nuvole.

Ma qual è la differenza con l’aurora?
La differenza è che l’aurora viene prodotta non dai fotoni ultravioletti del Sole bensì da particelle cariche provenienti dal Sole (quello che si chiama Vento Solare) che poi vengono deviate dal campo magnetico terrestre (perciò le aurore si formano ai poli). Comunque, per fortuna, ne abbiamo già parlato su Quantizzando e quindi vi rimando al post di qualche tempo fa che potete leggere qui, dove viene spiegato come si formano le aurore.

Questi effetti di aria che brilla tuttavia dipendono da città a città e ovviamente l’effetto è maggiore dalla parte “diurna” della Terra, ovvero dove c’è il Sole che illumina.

Quelli che davvero godono di uno straordinario spettacolo a causa dell’airglow sono gli astronauti della stazione spaziale internazionale. Vi lascio dunque con un video ripreso dalla ISS e, tranquilli, non siete mai al buio, potete spegnere la luce e godervi lo spettacolo della Natura!