Astrofisica dal divano

Il sogno di tutti (in particolare di coloro che lavorano nel campo della scienza!) è quello di poter navigare in internet, magari sfruttando le enormi proprietà di intrattenimento della rete mentre il proprio computer produce scienza.

Solitamente questo accade. Per esempio se c’è un codice numerico che deve girare su un supercomputer, magari ciò richiede alcune ore e quindi si ha del tempo da dedicare ad altro (generalmente altro lavoro, però!).

Ora immaginate che un vostro amico/a un giorno si alzi e vi dica così: “Ah come mi sarebbe piaciuto fare qualcosa per la scienza, ma ormai è troppo tardi per mettersi a studiare!”

Ebbene in questo post vi dimostrerò che questa è una frase vera solo per metà.

Infatti, esiste un progetto che si chiama BOINC e si tratta di un progetto di calcolo distribuito. In parole povere, non sempre un ente ha abbastanza soldi per permettersi un super-mega-stra-computer su cui fare i propri conticini. E allora si chiede aiuto ad ognuno di noi. Avete capito bene, ad ognuno di noi.


Ma come? Semplicissimo. Basta scaricare un programmino a cui potrete permettere di usare un pezzettino del processore del vostro computer per fare ricerca scientifica, in particolare analizzare dati, dati veri! Ah, dimenticavo: ovviamente dovrete avere una connessione ad internet funzionante, altrimenti sarebbe impossibile collegarvi alla rete di calcolo distribuito.

Come fare? Basta andare su questo sito e cliccare su “Download BOINC software” scegliendo il software adatto al sistema operativo che gira sul vostro computer. Una volta installato il software, potrete aprirlo e sarà fatta.

Mentre vi scrivo, sul mio computer è in corso l’analisi dei dati di alcune pulsar (stelle di neutroni che girano come trottole!) per il progetto Einstein@Home, un progetto che è alla ricerca del segnale delle onde gravitazionali.

Le onde gravitazionali sono previste dalla teoria della Relatività Generale di Albert Einstein ma non sono state ancora misurate direttamente [OPS, questo post è vecchio, ora le abbiamo misurate con LIGO!].
Ne abbiamo già parlato su Quantizzando qualche tempo fa in un post dove, oltre a spiegare bene cosa siano le onde gravitazionali, tra l’altro avevamo già accennato al progetto Einstein@Home.

Comunque, non solo onde gravitazionali. Ci sono disponibili altri progetti di fisica che potrete scoprire cliccando su “Add Project” (vedi foto di prima). Tra gli altri, mi sono unito ai progetti riguardanti gli esperimenti all’LHC (Large Hadron Collider) del CERN, che presto riaccenderà i motori dopo aver scoperto il bosone di Higgs nel 2012.

Ancora, un altro interessante progetto che vorrei qui suggerirvi è Cosmology@Home che ha come obiettivo quello di cercare il miglior modello possibile in grado di descrivere i dati raccolti dalle osservazioni del nostro universo.

Va detto, comunque, che tutto ciò è nato nel 1999 da un altro progetto chiamato SETI@Home che sfrutta il calcolo distribuito per analizzare i dati del telescopio di Arecibo alla ricerca di segnali extra-terrestri (inutile dirvi che, finora, nulla è stato trovato). SETI@Home è stato praticamente il primo progetto a sfruttare il calcolo distribuito e ha dato poi il via a tutti gli altri progetti pensati per sfruttare l’aiuto di volontari che avessero voglia di mettere a disposizione una fetta del proprio computer.

Insomma, come direbbero in una televendita, comodamente seduti dal divano di casa vostra potete contribuire alla causa della comunità scientifica internazionale per capire meglio come funziona il nostro universo e magari scoprire un segnale di onde gravitazionali, nuove particelle fondamentali, un segnale extra-terrestre o magari nuove informazioni sulla materia e l’energia oscura…

Potete fare ricerca scientifica, potete essere scienziati tutti i giorni!

E tutto questo mentre guardate un video su YouTube, mentre chiacchierate su Facebook, mentre caricate foto su Instagram, mentre cinguettate su Twitter, mentre fate quello che vi pare, appunto, seduti sul vostro amato divano.

Una piccola nota a questo punto è d’obbligo: tenere accesso il computer vuol dire consumare energia e, a meno che la vostra casa non sia alimentata da pannelli solari, in definitiva inquinare. Per questo io non vi sto chiedendo di uscire al ristorante e lasciare i vostri computer accessi, bensì di partecipare al calcolo distribuito mentre magari vi state rilassando o quando siete al lavoro. Anche se il contributo, in termini di tempo, sarà piccolo, ciò non vorrà dire che sarà stato meno utile.

Dunque, cosa state aspettando? Scaricate il software BOINC e donate un po’ del vostro prezioso tempo al computer per il bene della ricerca. La scienza ve ne sarà infinitamente grata, ne sono certo.

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Post aggiornato il 30 Marzo 2016 con il link al post sulla scoperta delle onde gravitazionali da parte di LIGO.

Una matrioska di supernovae

Avete presente quella sensazione di meraviglia che si ha quando si ha l’impressione di stare osservando qualcosa di eccezionale, semplicemente bello ma che, ancora una volta, conferma la potenza del metodo scientifico?

Va bene, ho esagerato. Ci riprovo. Avete presente quella sensazione di meraviglia che vi fa stropicciare gli occhi, quindi guardare di nuovo con la faccia ancora incredula? Ecco, adesso ci siamo. Questo è quello che gli astrofisici devono aver fatto quando hanno osservato questa immagine qui:

Cos’è? Scopriamolo insieme.

Vedete quell’immagine su cui viene fatto lo zoom? Si tratta di una galassia con quattro puntini. E fin qua ci siamo. Solo che ogni puntino rappresenta sempre la stessa supernova! Ma, come è possibile?

Potere delle lenti gravitazionali (tutti i dettagli in questo articolo scientifico uscito recentemente).

In parole povere (ma lo abbiamo già detto qui su Quantizzando) tra noi e la galassia c’è un ammasso di galassie (che sarebbe composto da alcune delle “palle” di luce presenti nell’immagine – che poi sarebbero altre galassie!); questo ammasso funge da lente (proprio come la lente di Sherlock Holmes) e vediamo le galassie lontane più grandi e più luminose; inoltre, magari, se la lente è abbastanza potente, si possono ottenere anche immagini multiple della stessa galassia lontana.
Questo è proprio ciò accade alla galassia nello zoom dell’immagine di sopra.

Ma non solo: in quella galassia c’è anche una supernova, come abbiamo già avuto modo di dire.
E tale supernova viene anch’essa moltiplicata, peggio dei pani e dei pesci! Quindi vediamo ben quattro immagini della medesima supernova.

Ora è tempo di domande: come facciamo a sapere che non si tratta di quattro supernove differenti piuttosto che della stessa quattro volte?
Risposta: dallo studio delle curve di luce (cioè un grafico che riporta la quantità di luce emessa al variare del tempo) proveniente dalle quattro immagini delle supernovae. In pratica, le curve di luce dei quattro puntini luminosi, cioè delle quattro supernovae, sono le stesse…più o meno!

Più o meno perché, in effetti, sono uguali, ma c’è un ritardo temporale. Ciò vuol dire che se le curve di luce vengono traslate di un certo intervallo temporale, quando vengono sovrapposte sono finalmente identiche.
Già, ma perché c’è un ritardo temporale nella luce delle immagini provenienti dalla stessa e unica supernova? Perché quello che avviene è ben descritto nella prossima immagine:

Ci tengo a precisare che il telescopio sulla Terra, in questa immagine, è leggermente sproporzionato, ma fa lo stesso.

Quindi la luce della supernova segue diverse traiettorie nello spazio-tempo e quindi non è affatto detto che impieghi lo stesso tempo ad arrivare al telescopio. Semplicemente dunque, la luce fa ritardo perché viaggia su strade diverse (maledette varianti gravitazionali!).
Quanto sono grandi questi ritardi? Giorni, al massimo un paio di settimane. Insomma qualcosa di umano e misurabile.

Ma questa non è la fine della storia! Infatti abbiamo detto che tra noi e una galassia lontana c’è un ammasso di galassie che funge da lente. Risultato, osserviamo immagini multiple della galassia. Nel nostro caso, poi, abbiamo pure una supernova nella galassia lontana. Giusto per riassumere un attimo.

Quindi, se tanto ci dà tanto, in ogni immagine della galassia lontana ci sono ulteriori immagini multipli della supernova: praticamente una matrioska!

Però (e qui c’è il però), gli astrofisici non hanno visto immagini multiple della supernova nelle altre immagini della galassia lontana. Ahia, ma come? E finora di cosa abbiamo parlato?

Ma aspettate, un attimo. Ricapitoliamo di nuovo.
Dunque, vediamo immagini multiple della galassia lontana e vabbé, colpa della lente gravitazionale.

Ad un certo istante in quella galassia lontana esplode una supernova. La luce di tale supernova viaggia nell’universo e, per il fatto che c’è un ammasso di galassie sulla sua strada, essa viaggia su diverse traiettorie e arriva con tempi differenti al nostro telescopio.

Ma attenzione! Questo dunque avviene per ogni singola immagine della galassia lontana!
Quindi ciò vuol dire che il quartetto di uguali supernovae apparirà in diversi istanti temporali in ognuna delle immagini della galassia lontana. Cioè un ritardo nel ritardo, pazzesco.

Oggi osserviamo la supernova (e i suoi effetti dovuti alla lente gravitazionale) solo in una immagine della galassia lontana.
Per questo, ci aspettiamo di osservare, tra qualche decina di anni magari, un quartetto di puntini anche in un’altra delle immagini della galassia lontana. Ma può anche darsi che, siccome una supernova, per sua natura, esplode, brilla per un po’ e poi finisce, magari in una delle altre immagini il quartetto sia già apparso e scomparso!
Però pensate a questa cosa: oggi, adesso e qui, possiamo prevedere che tra una decina d’anni riusciremo a vedere altri quartetti della supernova, i cui fotoni, al momento, stanno viaggiando verso di noi. Davvero emozionante!

Ma perché tutto ciò è così importante? Perché in un bell’articolo scientifico del 1964, l’astronomo norvegese Sjur Refsdal ha proposto di misurare come varia la costante di Hubble al variare del tempo, proprio tramite l’utilizzo dei ritardi causati dal fenomeno di lente gravitazionale di supernovae.
E cosa ce ne facciamo? Beh, amici, la costante di Hubble in funzione del tempo (quello che, tecnicamente, si chiama parametro di Hubble) dipende da Tutto. E quando dico Tutto voglio dire tutto ciò che ci interessa: densità materia (oscura e non), densità di energia oscura e anche la curvatura dell’universo.
Wow! Ma non è fantastico? Finalmente possiamo usare un’idea pensata nel 1964!

E questo dovrebbe far capire che la scienza le risposte può darle, ma con i tempi giusti.
Come si suol dire, chi coglie il frutto acerbo si pente di averlo gustato. Diamo tempo alla scienza, tutto il tempo che le serve.

Dinosauri e materia oscura

Quando pensiamo alle grandi estinzioni di massa, inevitabilmente i nostri pensieri vanno a quei poveri dinosauri spazzati via dal nostro pianeta, molto probabilmente a causa dell’impatto di un grande meteorite.
Tuttavia, quello lì, quello famoso dei dinosauri, non è stato certo l’unico meteorite che sia venuto a farci visita, bussando alla porta senza avvisare, come fanno le persone indesiderate magari di domenica mattina. Infatti, sebbene, la questione sia ancora molto controversa e poco chiara, si parla di eventi ciclici; ovvero di grandi impatti, dovuti ad un’improvvisa pioggia di comete/asteroidi che investe tutto il sistema solare, che si ripetono a suon di 35 milioni di anni. I primi a ragionare su tale scenario furono David Raup e Jack Sepkoski nel (possiamo dirlo) lontano 1984.

Foto scattata dall’ultimo dinosauro sulla Terra (si scherza, eh!).

Quale potrebbe essere la causa di ciò? In generale l’idea è che grandi asteroidi/comete vengano portati nelle parti interne del sistema solare a causa di perturbazioni gravitazionali. Cioè, gli asteroidi e le comete stanno buoni buoni nelle loro orbite attorno al Sole. Ma quando vengono fuori, ad esempio, forze di marea (come quelle tra Terra e Luna che alzano il livello degli oceani regolarmente) allora le loro belle orbitine vengono perturbate ed essi, letteralmente, cadono verso le zone interne del sistema solare, cioè verso di noi. Sì, direte voi, ma cosa causa la perturbazione gravitazionale?

Questo è proprio ciò di cui vorrei parlarvi oggi. Dunque, una possibilità paventata per lungo tempo è quella che il Sole abbia una stella compagna. Sapete com’è, le stelle non nascono mai da sole (anche se la nostra è da Sole..scusate, stavo scherzando!) e quindi bla bla bla, deve esserci una stella compagna che forma un sistema binario con il nostro Sole.

Ebbene? Niente, per ora. Nessuna traccia della stella compagna. Sicuramente ne avrete sentito parlare, in quanto spesso questa ricercata stella viene chiamata Nemesis.

Allora, altre idee? Ipotesi? Fermo restando che si continua a cercare Nemesis, altre soluzioni sono state proposte. Per esempio potrebbe darsi che tutto sia dovuto al moto del Sole nel piano della Galassia. Infatti, il Sole, nel suo orbitare attorno al centro galattico, compie una serie di oscillazioni attraverso il piano della Galassia. E questa potrebbe essere un’idea per spiegare l’apparente periodico manifestarsi di impatti apocalittici in quanto magari, a causa di queste oscillazioni si generano delle perturbazioni gravitazionali nella Nube di Oort, una regione alla periferia del sistema solare dove orbitano tranquille e spensierate comete e altri freddissimi sassi.
I quali, questi sassi riescono dunque ad entrare nelle parti interne del sistema solare e, come la banda del film Arancia Meccanica, sono pronti a fare parecchi danni.

Ma non ci siamo ancora. Infatti, va bene, abbiamo le oscillazioni mentre il Sole si muove nella Galassia; ma cosa causa le perturbazioni gravitazionali? Siccome la gravità è data dalla massa, dunque dobbiamo avere che il Sole debba passare in regioni con diverse densità. E fin qui ci siamo; infatti il disco galattico potrebbe avere zone con diverse densità. Tutto ciò è sufficiente per generare le perturbazioni gravitazionali che poi spediscono gli asteroidi e le comete a casa nostra?

Tra le varie spiegazioni proposte, la più intrigante, almeno secondo me, è quella di dare tutta la colpa ad un sottile disco di materia oscura presente nella Via Lattea che avrebbe la densità giusta per causare le perturbazioni che ci servirebbero.

Come potete vedere, anche in astrofisica, va molto di moda incolpare qualcosa che non siamo in grado di osservare. [Piccola battutina!]

Ora, senza entrare nei dettagli tecnici, se esistesse un tipo di materia oscura dalle giuste caratteristiche tale per cui questo sottile disco si possa generare allora potremmo avere una spiegazione per la periodicità dei grandi impatti di meteoriti che hanno causato le grandi estinzioni di massa sulla Terra oltre che giustificare il tipo di perturbazioni gravitazionali richieste per ottenere una pioggia di comete e asteroidi.
Per esempio a questa conclusione arrivano Lisa Randall e Matthew Reece nell’articolo scientifico del 2014 che potete trovare qui (notare che nella sezione “comments” non appena aprite il link è specificato oltre al numero di figure, la totale assenza di dinosauri!).

Un ulteriore studio in questa direzione è stato compiuto da Michael Rampino verso la fine del 2014.
Anche in questo articolo ci sono più o meno le stesse conclusioni dell’articolo di Randall & Reece. Inoltre ci sono anche alcuni sviluppi della teoria che prendono in esame i potenziali effetti delle oscillazioni del Sole nel sottile disco di materia oscura.
In particolare, ipotizzando che il disco sia composto da piccoli ammassi di materia oscura piuttosto densi, Rampino giunge alla conclusione che anche l’attività geologica del nostro pianeta potrebbe risentirne (ma lascio tutti i dettagli ai più temerari che avranno voglia di leggere l’articolo scientifico).

A questo punto resta da chiederci solo una cosa, la domanda più lecita di tutte: ma tutta questa teoria, si può dimostrare in qualche modo?
Perché, come ben sapete, il metodo scientifico ci insegna che se una teoria non può essere dimostrata allora è stato bello, arrivederci e buona notte.

Dunque, in realtà, qualche dato in grado di (potenzialmente) confermare o screditare questo tipo di teorie che coinvolgono la materia oscura potrebbe venire dal satellite Gaia dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA) di cui avevamo parlato brevemente qui (con un bel video, tra l’altro!).
Riassumendo, Gaia sarà in grado di fornirci misure molto precise sulla posizione e velocità delle stelle nella Via Lattea.
Come spiegato in questo articolo di C.A.L. Bailer-Jones del 2009, le cose da fare (e che Gaia potrà fare) sono sia misurare il tragitto del Sole attraverso la Galassia sia osservare la struttura, velocità ed evoluzione dei bracci di spirale.

La prima cosa ci permette di comprendere meglio il campo gravitazionale della Galassia in cui stiamo viaggiando, mentre la seconda cosa (combinata con le informazioni della prima cosa) ci permette di studiare la storia evolutiva (fino ad un certo punto) delle posizioni delle stelle nei bracci nell’ultimo mezzo miliardo di anni. Queste due cose insieme potrebbero gettare nuova luce sul legame tra periodicità di eventi

Insomma, all’inizio la cosa, lo ammetto, può sembrare bislacca. Cioè provare a capire un fenomeno non del tutto noto (come la periodicità dell’impatto di grossi oggetti sulla Terra) utilizzando come spiegazione l’esistenza di un tipo di materia di cui non abbiamo nessuna evidenza diretta della sua esistenza. Ma, come abbiamo visto, alla fine potrebbe esserci la possibilità di saperne di più, ovvero se la teoria sia accettabile o meno. Quindi non ci resta che metterci comodi ad aspettare i dati di GAIA e vedere che succede.

“Questa è la scienza, bellezza!”, parafrasando Humphrey Bogart nel film “L’ultima minaccia”.

Del resto, se la teoria della materia oscura fosse vera, potremo dire che i dinosauri non morirono invano e i musei saranno sempre pieni!