Il punto esclamativo di Hubble

In questo post proverò a raccontare una piccola storia di scienziati, a mio avviso molto carina anche se molto breve, che è collegata ad un precedente post di Quantizzando a cui riferirò spesso nel corso di questo post. Bene, iniziamo.

Negli anni venti del secolo scorso l’astronomo americano Edwin Hubble osservava e scrutava il cielo dall’Osservatorio Astronomico di Mount Wilson in California, USA. In realtà esaminava le lastre fotografiche su cui le immagini delle galassie venivano “stampate”.
Il telescopio di Monte Wilson ha un diametro di 100 pollici, ovvero due metri e mezzo. Sebbene oggi ci siano telescopi molto più grandi in diametro, va detto che all’epoca il telescopio di Monte Wilson era il top. E fu davvero fortunato Hubble (ma non solo lui ovviamente) a poterlo utilizzare al momento giusto, ovvero quando tale osservatorio era il massimo.

Probabilmente la storia la sapete tutti. Hubble, da questo osservatorio, fornì il primo indizio riguardo l’espansione dell’universo. E per farlo misurò lo spostamento verso il rosso (redshift) e la distanza delle galassie. Infatti la legge di Hubble (che vale in un universo omogeneo e isotropo su grande scala) dice che la velocità (in prima approssimazione direttamente legata al redshift) con cui si espande l’universo è proporzionale alla distanza a cui misuriamo tale espansione; tradotto, più una galassia è lontana e più essa si allontanerà da noi velocemente.
Per misurare il redshift Hubble studiò lo spettro delle galassie, ovvero come la luce delle galassie veniva scomposta nelle sue colorate componenti quando passava attraverso un qualcosa di molto simile ad un prisma.
L’altra cosa che Hubble fece fu misurare le distanze delle galassie. E qui arriviamo alla nostra piccola storia.


Hubble misurò la distanza della galassia di Andromeda, l’oggetto più distante visibile ad occhio nudo. Tanto che qualcuno pensava fosse un oggetto appartenente alla nostra Via Lattea e chi invece no. Per districarsi in questo Grande Dibattito c’era una cosa sola da fare: misurare la distanza della galassia di Andromeda (che all’epoca, appunto, veniva chiamata nebulosa).

Come ben sappiamo oggi, alla fine la galassia di Andromeda è, appunto, un’altra galassia. E se oggi sappiamo questo è merito di Hubble, il quale misurò tale distanza. Già ma come ha fatto? Hubble iniziò a studiare e confrontare diverse lastre fotografiche della galassia di Andromeda. E trovò delle Novae. Si tratta di un sistema binario di stelle di cui una è una nana bianca. Quest’ultima “ruba” materiale alla stella compagna e quando ha rubato troppo ad un certo punto avviene un’esplosione. Tuttavia la nana bianca non sparisce; infatti si tratta di un fenomeno variabile destinato a ripetersi. Esplosioni più catastrofiche che coinvolgono una nana bianca sono le supernovae di tipo Ia.

Dunque, tornando a noi, Hubble trovò diverse novae e le segnò sulla lastra fotografica.
Successivamente, però, Hubble, studiando meglio la luce proveniente da una di queste novae, comprese che non si trattava affatto di una nova bensì di una stella variabile Cefeide.

Le Cefeidi sono stelle variabili pulsanti. Cioè la loro luminosità varia per un motivo ben preciso, ovvero perché pulsano. L’astronoma Henrietta Leavitt studiò le Cefeidi e trovò una relazione ben precisa e di un’importanza spaventosa tra il periodo di variabilità e la luminosità della stella.

Henrietta Leavitt

Dunque grazie all’importantissimo lavoro di Leavitt gli astronomi hanno iniziato a misurare con ottima precisione la distanza delle galassie. Perché?
Per capirlo bisogna tenere a mente un fatto: la luce che ci arriva da una stella (quello che si chiama flusso) dipende dalla luminosità assoluta della stella e dalla distanza a cui si trova.
Esempio: prendete una lampadina da 100 Watt. Più la mettete distante da voi più debole vi sembrerà la lampadina. In realtà essa illumina sempre 100 W; è la distanza il fattore che entra in gioco.

Dunque cosa si fa con le Cefeidi: si misura il periodo di variabilità, cioè come varia il flusso con il passare dei giorni; dopo aver fatto ciò si calcola la luminosità assoluta (come quella dei 100 W della lampadina, per capirci). Per finire si confronta la luminosità assoluta con il flusso che osserviamo: da ciò possiamo capire a che distanza si trova la Cefeide, esattamente come faremmo per una lampadina! Riuscite a capire l’importanza spaventosa di cui parlavo prima del lavoro di Leavitt?

Possiamo misurare le distanze nell’universo! O almeno così si è iniziato. Poi ci sono altri fattori da considerare, tipo se possiamo fidarci al cento per cento delle Cefeidi anche quando andiamo molto lontano e soprattutto se riusciamo a vedere le Cefeidi a grandi distanze.

Ma torniamo da Hubble. Dicevamo che egli aveva scovato alcune novae. E le aveva segnate sulla lastra fotografica con la lettera “N”. Quando poi si accorse di aver scovato in realtà una Cefeide allora fece una croce su una delle “N” e scrisse “VAR!”, ovvero variabile.

Non ho scritto questo post solo per raccontarvi una storia. Ci sono centinaia di storie come questa, di uomini e donne che fanno scienza. Ho scritto questo post perché la cosa che mi affascina davvero e mi fa impazzire di questa storia è quel punto esclamativo di “VAR!”.
Ogni volta che guardo quella lastra fotografica e vedo quel punto esclamativo immagino la faccia di Hubble che dice con molta enfasi:”Cavoli! Dannazione! Questa è una variabile! Straordinario!”. Esatto, lo immagino con tutti quei punti esclamativi. E ora sapete anche voi perché Hubble, probabilmente, dovette eccitarsi molto all’idea di aver scoperto una stella variabile in Andromeda: poteva calcolarne la distanza!

Ed è così amici di Quantizzando, gli scienziati sono uomini che provano emozioni. E d’altra parte ci sono emozioni che solo l’universo riesce a regalare.

Consigli per osservare il cielo

Molto spesso capita che la gente mi chieda: “Dai Sandro, mostraci le costellazioni!”. E a volte, anche con un certo imbarazzo, cerco di evitare la risposta per mia ignoranza. Spero, dopo questo post, che risulti chiaro il motivo.

Per carità, non che non abbia una certa familiarità con il cielo, il quale mi ha sempre affascinato fin da quando ero un piccolo bimbo. Il punto è un altro.
Spesso e volentieri, ricercatori (o più modestamente, studenti di dottorato come me) in astrofisica sanno davvero pochissimo di carte celesti. Questa non è una presa di posizione presuntuosa o un tentativo di salvare la faccia. Soltanto, molto spesso (e purtroppo, aggiungo!) non ci troviamo a dovere utilizzare in maniera seria degli strumenti come telescopi o altro ma piuttosto ci troviamo nella situazione finale di coloro che analizzano i dati o sviluppano una qualche teoria.

Tutto ciò non vuol dire che coloro che con santa pazienza si mettono al telescopio svolgano un lavoro minore. Infatti, molto spesso, alcune importanti scoperte astronomiche vengono proprio da persone (chiamate astrofili) che scrutano il cielo con la dovuta attenzione e conoscenza e con un bagaglio di esperienza che un ricercatore accademico molto frequentemente non ha. E quindi la comunità scientifica non deve far altro che ringraziare queste persone che dedicano spontaneamente e con passione le loro serate ad osservare il cielo.

La differenza, se vogliamo, è che gli astrofili non mettono a disposizione le loro capacità e la loro esperienza dietro una retribuzione. D’altro canto i ricercatori in astrofisica non (sempre e spesso) stanno dietro ai telescopi per il semplice motivo che gli strumenti che servono per le loro ricerche sono dei telescopi enormi e complessi (se non strumenti da lanciare nello spazio) ed è complicato anche ricavarne ed elaborarne i dati; per questo ci sono persone specifiche che fanno ciò che, di concerto con astrofisici professionisti, trovano delle tecniche per l’analisi dei dati . Inoltre, la mole di dati utilizzati per ricerche accademiche è troppo grande e quindi per velocizzare il processo c’è bisogno di questa efficace catena di montaggio in cui, per forza di cose, ci sono alcuni astrofisici (come il sottoscritto!) che non hanno una enorme esperienza diretta di utilizzo del telescopio.


Invece l’astrofilo ha il completo controllo della sua strumentazione e di quello che sta facendo. Conosce alla perfezione ogni angolo del suo telescopio e sa perfettamente, basandosi sulla sua grande esperienza, quali siano le condizioni ottimali per ottenere i migliori risultati (che molto spesso ella/egli ottiene).

Per questo motivo specifico non mi sono mai azzardato minimamente a darvi dei consigli su come osservare il cielo notturno con un binocolo/telescopio dato che, come avrete sicuramente capito, non sono proprio la persona più indicata a farlo (anche se, quando posso, mi diletto a farlo e, data la mia scarsa esperienza, con scarsi risultati!).

Per fortuna, Marco Pagliari di Astroshop.it (che ringrazio!) stamattina mi ha inviato una e-mail in cui mi forniva il link per questa guida per astronomi principianti scritta da esperti astrofili. Consiglio a tutti coloro che leggono Quantizzando e vogliono dedicarsi magari ad osservare il cielo direttamente di dare un’occhiata a questo prezioso documento:

Una guida introduttiva di astronomia per principianti

Si tratta di una guida da scaricare (gratis!) dove trovate i consigli di alcuni astrofili navigati che confidano a noi comuni osservatori del cielo i suggerimenti migliori per scrutare il cielo in modo ottimale e con la strumentazione adatta.

Se poi questa guida dovesse accendere in voi la passione e la voglia di iniziare ad osservare il cielo allora scrivetemi pure al solito indirizzo e-mail (sciarlariello@quantizzando.it) e sarò lieto di raccontare e condividere la vostra esperienza con tutti gli altri amici/lettori di Quantizzando.

Del resto, come dire, anche io ho iniziato con un piccolo telescopio. Magari non ho acquisito la necessaria esperienza per diventare un buon astrofilo (come coloro che hanno scritto la guida) ma di sicuro qualcosa si è acceso dentro me per scatenare la passione che mi ha portato a pormi domande sull’universo e cercare di fare come lavoro di una vita colui che tenta di trovare le risposte (e soprattutto nuove domande!).
A proposito, esiste anche un’associazione italiana formata da astrofili: si tratta dell’Unione Astrofili Italiani.

Per concludere, ritengo che iniziare a diventare astrofili sia la base da cui cominciare, le fondamenta da cui partire per far nascere una grande passione come quella dell’astronomia. Viceversa se siete appassionati di astronomia allora non potete far altro che comprare un telescopio e seguire il suggerimento degli esperti astrofili della guida per ottenere il massimo dalla vostra passione.
Poi, ripeto, spesso e volentieri gli astrofili ne sanno più dei ricercatori accademici! :p

Quindi, come dire, siamo tutti degli astrofili; per iniziare ci basta alzare lo sguardo al cielo e farci delle domande. Allora cosa aspettiamo: facciamolo tutti!

 

Stelle vampire

Come sempre l’astrofisica è avanti. Infatti ormai spopolano libri, film, serie TV e quant’altro sui vampiri e tutti conoscono almeno uno dei titoli a riguardo.
Per capire perché ho chiamato questo post stelle vampire bisogna fare un passo indietro e parlare di ammassi globulari.
Cos’è un ammasso globulare? Una cosa tipo questa qui:

In pratica è un ammasso di stelle. Ma non solo, c’è molto altro.
Infatti le stelle degli ammassi globulari sono eccezionalmente vecchie. Ne avevamo già parlato in questo post, ma lo ripetiamo brevemente. Negli ammassi globulari le stelle hanno almeno una decina di miliardi di anni e quindi sono piuttosto vecchiotte. Queste stelle sono stelle rosse e non molto grandi, in quanto quelle grandi, calde e quindi blu, bruciano la loro benzina (l’idrogeno) molto più in fretta perché per poter bilanciare la forza di gravità che tende a far collassare la stella a causa della sua grande massa c’è bisogno di una massiccia produzione di fotoni nelle parti interne della stella.
Ma negli ammassi globulari non c’è niente di tutto ciò, solo stelle rosse, fredde e vecchie. Inoltre le stelle non stanno come in un hotel a cinque stelle belle larghe, ma le densità sono piuttosto elevate e le stelle sono tutte vicine vicine.
Altro che hotel, un ospizio stellare praticamente, se non fosse per…le stelle vampire appunto!


Di che si tratta, dunque? Nel 1952, Allan Sandage trovò nell’ammasso globulare M3 delle stelle blu.

(Sempre se andate a vedere il post che dicevo prima ritroverete la spiegazione del grafico qui sopra; per quanto riguarda la scritta Blue Straggler dovete arrivare alla fine del post!).

Dunque quelle stelle lì non devono esserci. Oppure devono esserci e c’è anche un ottimo motivo.
La risposta giusta è la seconda. Per spiegare la presenza di queste stelle blu sono stati proposti due meccanismi.

Il primo riguarda la collisione tra due piccole stelle rosse. Questa coppia di stelle praticamente fonde insieme per formare una stella unica. Questi scontri, lo ripetiamo, sono molto più probabili del solito a causa dell’alta densità di stelle negli ammassi globulari. Comunque, a seguito dello scontro, dopo alcune altre vicissitudini, si forma una bella e calda stella blu.

Il secondo metodo è il motivo per cui queste stelle blu sono anche chiamate stelle vampire. Anche in questo caso abbiamo due stelle. Ma stavolta non abbiamo un vero e proprio scontro. Piuttosto abbiamo che la stella più grande inizia a “succhiare” materiale dalla stella più piccola.  E alla fine della stella più piccola non rimane niente. Del resto dei vampiri, si sa, bisogna avere molta paura…figurarsi delle stelle vampire!
Anche qui, alla fine del processo, abbiamo una stella blu.

Ecco, e quindi niente, questo post vuole solo essere un’ancora di salvataggio nel caso in cui qualcuno vi chieda di spiegargli per sommi capi cos’è una stella vampire o nel caso in cui ne sentiate parlare in giro e vogliate saperne di più. A tal proposito fornisco anche qualche utile link (in inglese, sorry) che non si sa mai:

http://www.solstation.com/x-objects/bluestrag.htm
http://oneminuteastronomer.com/5097/blue-stragglers/

Ultima cosa: le stelle vampire vengono propriamente chiamate Blue Straggler stars, ovvero stelle blu che “restano indietro” o “restano staccate”. Per capire questo nome basta che guardiate al diagramma nell’immagine di sopra; le stelle vampire sono rimaste indietro dall’evoluzione standard di un ammasso globulare…anzi, sappiamo che non è così e che la formazione di queste stelle vampire è dovuta a particolari fenomeni di interazioni delle stelle dovute alla loro alta densità in un ammasso globulare. Comunque ne sapremo di più in futuro in quanto la comunità astrofisica sta studiando più in profondità questo fenomeno.