Latte Cosmico

Se il titolo di questo post ispira in voi curiosità allora siete finiti nel posto giusto. E sapete perché? Perché oggi parleremo di una cosa a cui magari non avevate finora pensato: parleremo del colore dell’universo.

Sì, lo so, ora starete pensando che sono diventato matto perché è chiaro che l’universo è scuro, che poi è anche un bel gioco di parole. In realtà l’universo non è proprio scuro, voglio dire ci sono le stelle. Ed esse hanno un colore.
Ne abbiamo già parlato qui, ma con piacere rivediamo il tutto.
Dunque, brevemente, il colore di una stella dipende dalla sua temperatura superficiale. In particolare le stelle calde e massive sono blu mentre quelle fredde e più piccole sono il rosso. Ah, mi raccomando, non lasciatevi ingannare: calde o fredde che siano stiamo sempre parlando di temperatura tra qualche migliaio e qualche decina di migliaio di gradi.
Dunque, se raccogliamo tutta la luce di tutte le stelle di tutte le galassie, mettendo tutto insieme avremo un massimo di emissione in un qualche colore e potremmo dire “Toh, l’universo è arancioneroverde”, giusto per fare un esempio di colore simpatico.

A dire il vero, non è fattibile prendere tutta la luce di tutte le stelle di tutte le galassie; per fortuna sembra che viviamo in un universo omogeneo e isotropo e quindi dovrebbe bastare analizzare la luce di una fettona di universo rappresentativa.
E insomma, che ci crediate o meno, qualcuno si è preso la briga di farlo.

Aspettate, però. Non è che gli astrofisici sono diventati dei capricciosi personaggi. Dietro questo tipo di impresa c’è un motivo scientifico ben valido. Ma partiamo dal principio.
Il lavoro di cui parlo è del 2001 e i più curiosi lo possono trovare cliccando qui.
Anche se si tratta di un lavoro di quasi 15 anni fa, comunque ciò che ne è venuto fuori è piuttosto interessante. Tutto parte dallo studio di una gran quantità di galassie; nel dettaglio, le galassie della 2dF Galaxy Redshift Survey. Ora, si possono fare (e sono state fatte) tante cose con queste galassie. Per ciò che concerne questo post, siamo interessati alla seguente cosa:

Questa roba è la somma della luce proveniente da tutte le galassie della 2dF Galaxy Redshift Survey (la quantità indicata in verticale chiamata “Relative Flux”) a seconda della lunghezza d’onda della luce (la quantità in orizzontale chiamata appunto “Wavelength”).
I picchi in alto e in basso della curva verde, detto in due parole, ci raccontano quali elementi ci sono nelle galassie. Perché? Perché gli atomi hanno un nucleo fatto di protoni e neutroni e elettroni che ronzano intorno. Quanto la luce, ovvero un’onda elettromagnetica, colpisce un atomo allora l’elettrone guadagna energia; quindi praticamente la luce viene assorbita dagli atomi in questo modo e quindi abbiamo i picchi verso il basso. Al contrario, quando un elettrone energetico torna al suo posto tranquillo attorno al nucleo, in questo processo un’onda elettromagnetica viene emessa e quindi ecco i picchi verso l’alto. Bisogna però sottolineare una cosa: ciò non avviene per tutte le onde elettromagnetiche. Infatti la meccanica quantistica ci insegna che per smuovere un elettrone ci vuole un’onda con la giusta energia. Per questo motivo abbiamo i picchi, perché le emissioni o gli assorbimenti avvengono solo per determinate lunghezze d’onda. E, siccome ogni atomo ha gli elettroni distribuiti in un certo modo e richiede le sue energie particolari, quindi, sostanzialmente, ogni picco corrisponde ad un ben preciso elemento chimico.

Ovviamente, l’immagine di sopra è la somma di una moltitudine di galassie e quindi possiamo interpretare il tutto come una sorta di luce media delle galassie. Gli autori del lavoro lo hanno chiamato “The Cosmic Spectrum”, spettro cosmico.
Siccome ogni lunghezza d’onda del grafico di sopra corrisponde ad un colore della luce visibile, un altro modo per visualizzare la cosa è il seguente:

Praticamente si tratta della stessa cosa di prima, se volete, vista dall’alto. Infatti i picchi verso il basso sono quelle zone più scure mentre i picchi verso l’alto sono quelle zone più chiare (si vede molto bene nel rosso il picco intorno a 6500 Angstrom di lunghezza d’onda).

Comunque, a parte tutti questi dettagli, la domanda subdola dell’astrofisico quadratico medio a questo punto è questa: “Va bene, ho un sacco di galassie e misuro la luce di tutte quante messe insieme. E ottengo una certa intensità per ogni colore. Ma qual è il colore medio emesso da tutte queste galassie?”

Ovvero, assumendo che le galassie della 2dF Galaxy Redshift Survey rappresentino un campione abbastanza completo dell’intero universo: qual è il colore medio dell’universo?
Senza farla troppo lunga, gli astrofisici hanno dovuto tirare in ballo anche come l’occhio umano risponde ai colori di sopra delle galassie. Fatto tutto ciò (non voglio annoiarvi: trovate maggiori dettagli nel link in fondo alla pagina) viene fuori che il colore medio dell’universo è questo (tenetevi forte!):

Eccolo qua, in tutto il suo splendore insomma. Questo è il colore che ha, in media, l’universo. Per quanto riguarda il nome, c’erano altre scelte in ballo, come Cosmic Cappuccino oppure Astronomical Almond (mandorla astronomica). Alla fine si è deciso per Cosmic Latte.

Comunque ci tengo a precisare che non si tratta di un capriccio. Studiare lo Spettro Cosmico (il grafico nella prima figura di questo post) è molto importante in astronomia perché ci racconta come l’universo si è evoluto. Infatti, all’inizio l’universo era dominato da stelle grosse e calde di colore blu che però hanno avuto vita breve e lentamente la dominazione delle piccole e meno calde stelle rosse ha preso il sopravvento. Quindi studiare il colore medio dell’universo non è solo una cosa curiosa e divertente ma anche (e soprattutto, aggiungerei) un modo per capire meglio come l’universo si evoluto durante i suoi 13.7 miliardi di anni.

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Per approfondire e saperne di più: http://www.pha.jhu.edu/~kgb/cosspec/

Tre cose da sapere su KIC8462852

In questi ultimi giorni si è fatto un gran parlare di alieni, pianeti e ipotesi varie mischiando le informazioni importanti con quelle potenzialmente importanti, creando una gran confusione e, soprattutto il solito sensazionalismo tipico. Lo so, magari leggendo queste due righe introduttive penserete che voglia fare la parte del tipico guastafeste; in realtà non è così e lo capirete man mano durante la lettura di questo post. Ho solo intenzione di focalizzare di nuovo (anche se non so se sia mai stato fatto) l’attenzione su alcuni aspetti che reputo molto importanti e che, purtroppo, spesso vengono trattati con leggerezza per lasciare spazio al treno della viralità dirompente.
(Capite dunque che il titolo di questo post – fuori dallo stile di Quantizzando – è puramente pseudo-provocatorio).

Di cosa sto parlando? Mi riferisco a KIC8462852.
No, non è la targa di un trattore ma il nome dato ad una stella della nostra galassia dopo le osservazioni fatte dal satellite NASA Kepler.
Partiamo dal fatto fondamentale: cosa studia il satellite Kepler e come lo fa? Su Quantizzando potete leggerlo qui, comunque vado a riassumerlo brevemente.
In pratica Kepler osserva alcune stelle della Via Lattea per vedere se ci sono delle variazioni nel flusso di luce che misuriamo: se tale fenomeno avviene allora può darsi che magari un pianeta è passato proprio davanti a quella stella. Ed ecco che abbiamo scoperto un pianeta extra-solare. Insomma, tecnicamente magari complicato realizzare il satellite, ma l’idea è molto semplice.
Già qualche tempo fa Kepler ha fatto parlare parecchio di sé quando si parlava, soprattutto sulla stampa, della scoperta di un pianeta “gemello” della Terra che, come abbiamo già visto anche su Quantizzando, di gemello, per quanto ne sappiamo, ha ancora poco.

Dunque, cosa è successo questa volta? Un altro pianeta gemello? No, stavolta Kepler ha misurato qualcosa di anomalo. Cosa che è già una gran bella notizia in scienza, perché quando c’è un problema possono accadere due cose: 1) Si scopre qualcosa di nuovo che non sapevamo prima; 2) Abbiamo sbagliato qualcosa, cioè la spiegazione che avevamo fino a quel momento viene rafforzata.
Insomma, il metodo scientifico non solo non perdona ma rende sempre felici gli scienziati (ma evidentemente non i giornalisti, come vedremo).
Comunque, andiamo con ordine.


Kepler ha preso la stella KIC8462852 e ne ha misurato la quantità di luce emessa al variare nel tempo. Se niente passa davanti alla stella, abbiamo che la luce misurata deve essere sempre la stessa. Se invece qualcosa passa allora ci sarà una diminuzione della luce osservata. E Kepler ha osservato questo:

Questo grafico si chiama “curva di luce”. Sull’asse verticale è riportata la percentuale di luce misurata, mentre sull’asse orizzontale abbiamo il tempo.
Tratto da: http://arxiv.org/pdf/1509.03622v1.pdf

Insomma, come potete vedere, la luce arriva anche a diminuire più del 20%. Prima cosa importante da notare è la non-periodicità dei picchi. Questa sembra una sciocchezza ma in realtà è importante perché nell’articolo scientifico della scoperta (che trovate qui) tra gli autori compaiono anche alcuni astronomi amatoriali.

Ecco, secondo me questa è la prima cosa fantastica da sottolineare: grazie al progetto chiamato Planet Hunters chiunque si può mettere di impegno per cercare di scovare pianeti extra-solari (fatevi sotto, insomma).
Il punto è che gli algoritmi degli scienziati professionisti che analizzano i dati di Kepler vanno in cerca di fenomeni periodici, in quanto l’obiettivo è trovare pianeti in orbita attorno ad altre stelle.
Invece i non professionisti che spulciano Planet Hunters guardano tutto. E così si sono accorti di questa stella anomala con diminuzioni del flusso di luce anche superiori al 20%.
Perché è una cosa fantastica? Perché persone comuni possono prendere parte alla ricerca scientifica e anche avere il proprio nome su di un articolo scientifico, che non è poco.

Da qui arriviamo alla seconda cosa fantastica da sottolineare: diminuzione della luce pari al 20%.
Si tratta di una cosa comune? Una cosa rara? Come fare a dirlo? Bene, gli scienziati, dopo la segnalazione delle astronomi amatoriali si sono detti: “E se proviamo a cercare, tra le osservazioni di Kepler, tutte le stelle che hanno un comportamento simile?”. Allora hanno lanciato un algoritmo che ha richiesto alcune ore di tempo e che ha cercato diminuzioni di luce superiori al 10%. Risultato: circa un migliaio di stelle sono state trovate con cali di luce maggiori del 10%. Ora, la maggior parte si dividevano in tre categorie: alcune erano stelle binarie (che quindi si eclissavano a vicenda), altre erano grandi macchie stellari (come le macchie solari praticamente) e infine alcune erano semplicemente delle misure prese male da Kepler.
Le poche stelle rimaste da questa ricerca, pur avendo diminuzioni di luce maggiori del 10%, comunque non somigliavano affatto a KIC8462852.  Inoltre, KIC8462852 non rappresenta un segnale artificiale del satellite Kepler: cioè la diminuzione del 20% osservata in KIC8462852 esiste e lotta con noi.
Perché tutto ciò è fantastico? Perché ne siamo abbastanza sicuri che quello che abbiamo osservato non lo abbiamo immaginato: deve esserci una spiegazione.

E alcune spiegazioni sono state proposte. Per esempio l’ipotesi che si tratti di resti dovuti a collisioni di pianeti o asteroidi oppure al passaggio di comete. Ognuna di queste ipotesi è stata praticamente scartata tranne, per ora, quella delle comete. Questo perché, di qualunque cosa si tratti, si dovrebbe osservare un’emissione nell’infrarosso e, a seconda poi dell’oggetto ipotizzato, la quantità di infrarossi aspettata cambia. In caso siano comete allora ci aspettiamo di vedere pochi infrarossi. La debole emissione infrarossa che vediamo non esclude lo scenario delle comete ma esclude abbastanza gli altri. Comunque, non voglio annoiarvi. Si tratta della solita storia: abbiamo bisogno di ulteriori osservazioni, soprattutto nell’infrarosso, per capire meglio cosa sta accadendo da quelle parti.
Tuttavia, con questo arriviamo alla terza cosa fantastica da sottolineare, forse la più importante di tutte: sono state proposte alcune possibili soluzioni alle quali sono stati messi dei paletti.

Lo so, magari sembra che abbia ripetuto di nuovo ciò che ho detto finora. Spiegare perché questo punto è, secondo me, fantastico e da sottolineare potrebbe essere delicato, ma ci proverò. Quello che voglio dire è che non sappiamo ancora spiegare l’anomalia registrata in KIC8462852 ma, amici, sappiamo cosa sicuramente non è. Sembra una sciocchezza, ma in questa affermazione è praticamente racchiusa l’essenza del metodo scientifico oltre che forse la storia dell’astrofisica.
Voglio dire che siamo arrivati ad un punto delle nostre conoscenze e delle nostre ricerche scientifiche in cui possiamo dire con una certa confidenza cosa non è un qualcosa osservato a 1500 anni luce di distanza. Scusate se è poco.
Troppo spesso, soprattutto nel comunicare scienza al grande pubblico, si fa sempre leva su quello che abbiamo capito in positivo. Ma in realtà la scienza e, in particolare l’astrofisica, sono piene di cose che abbiamo capito in negativo (passatemi il termine) ovvero cose che abbiamo capito cosa non sono. Per esempio la materia oscura e l’energia oscura, non sappiamo benissimo di che si tratta ma possiamo dire qualcosa riguardo cosa non si tratta. Ripeto, questa è l’essenza della scienza. Trovarsi immersi nel ragionare sul cosa non è l’anomalia KIC8462852 vuol dire essere catapultati nell’azione del metodo scientifico, dove gli scienziati testano e scartano ipotesi a raffica.
Certo, ovviamente l’ipotesi di una mega-struttura aliena non è da scartare a priori e, ovviamente, non sono qui per dire di farlo. Anzi, bisogna dire che si tratta di un’ipotesi davvero affascinante e sarebbe la cosa fantastica per eccellenza qualora dovesse essere vera. Quindi, insomma, gli scienziati hanno fatto benissimo a proporre questa ipotesi e ad incoraggiare ulteriori studi verso la stella KIC8462852 per capire se si è in grado di captare qualche segnale di vita intelligente (qui l’articolo scientifico di qualche giorno fa a proposito della mega-struttura aliena).  Hanno fatto benissimo perché se un tipo di ipotesi si può testare allora bisogna farlo assolutamente, non bisogna avere pregiudizi. Quindi, come vedete non getto discredito sull’ipotesi di una mega struttura di una civiltà aliena, anzi non vedo l’ora che si facciano nuove osservazioni per scoprire qualcosa di più.
Insomma, per dirla con le parole di Giorgio A. Tsoukalos:

“Non sto dicendo si trattasse di alieni… ma si trattava di alieni.”

Tornando seri, il problema non è la scienza, ma la comunicazione di notizie del genere al grande pubblico.
Ripeto, come sommario i punti su cui secondo me si sarebbe dovuto insistere nel divulgare la notizia: 1) La scoperta è stata fatta da astronomi amatoriali; 2) Si tratta di un’anomalia per davvero, cioè è stato accuratamente controllato sia tecnicamente e sia, soprattutto, statisticamente che tale fenomeno è davvero eccezionale; 3) Sappiamo cosa quasi certamente non è.
Se chi fa giornalismo scientifico si dimentica di enfatizzare cose come queste allora poi non ci lamentiamo che ci sono problemi riguardo la cultura scientifica in Italia. Perché la colpa non è del povero pubblico, il quale ha una grandissima voglia di saperne di più e meglio riguardo la scienza; la colpa, anzi il problema è la comunicazione scientifica fatta per creare la notizia che possa diventare virale.
Questo tipo di tattica giornalistica non è affatto educativa e dovrebbe essere fortemente evitata.

Inoltre, vorrei farvi notare un fatto davvero molto semplice e ovvio che ho già detto anche su Twitter:

Quella della stella #KIC8462852 è una notizia interessante che nessuno avrebbe mai notato, se non fosse stato per la cosa degli alieni.

— Sandro Ciarlariello (@quantizzando) 15 Ottobre 2015

Infatti se aprite l’articolo scientifico scoprite che è di un mese fa. Inoltre, giusto per farvi capire la differenza tra giornalismo scientifico serio e giornalismo scientifico italiano, consiglio di prendere visione di quest’articolo del New Scientist in cui di alieni neanche l’ombra e che, soprattutto, è stato pubblicato solo tre giorni (il 18 Settembre 2015) dopo l’uscita dell’articolo scientifico originale. Per confronto leggete pure la notizia riportata da due maggiori quotidiani nazionali come il Corriere della Sera e La Repubblica il 15 Ottobre 2015.
Lascio a voi ogni commento (e se vi va potete anche condividerli qui sotto così ne parliamo insieme).

Insomma, ho approfittato per raccontarvi cosa è stato osservato con Kepler ma in realtà volevo solo farvi notare come il problema del giornalismo scientifico in Italia è spesso un problema serio. Le notizie scientifiche sui grandi media che dispongono di un pubblico ampio,  purtroppo frequentemente vengono trattate con approssimazione nonostante il pubblico sia fortemente interessato ad una informazione di qualità su questi temi.

La logica del cowboy texano

Questa è la storia di un cowboy texano che spara ad un fienile. Giusto per essere chiari, non ha nulla a che vedere con questo tizio:

In realtà, quella che andrò a raccontare è una fallacia logica ben rappresentata così:


Avete capito cosa ha fatto il nostro amico texano? Prima ha sparato al cartello un po’ a casaccio e poi ha disegnato il mirino nel punto in cui gli spari si concentrano maggiormente. Eh già, proprio furbetto il nostro amico.
Ma cosa c’entra la logica in tutto questo? E cosa c’entra Quantizzando? Inizio con il rispondere alla seconda domanda. Quantizzando è un blog che parla di scienza e quindi cerca di descrivere proprio come funziona la scienza. E la scienza si basa sul metodo scientifico il quale, alla fine dei conti, non è altro che un metodo di ragionamento molto efficace. Insomma, questo per dire che la logica è fondamentale in scienza e quindi evitare di cadere in fallacie è di importanza massima.
Inoltre, sempre più ormai le discussioni sia in rete che “dal vivo” si basano o citano qualcosa letto sui social network. Ecco, a mio avviso, la fallacia logica del cowboy texano che ora vedremo è molto utile per argomentare in risposta a discussioni che spesso si fanno.

Dunque, detto semplicemente, usare la logica del cowboy texano non vuol dire altro che andare a vedere una qualche relazione tra i dati dimenticandosi totalmente (e volutamente) di quella che si chiama stocasticità, cioè del fatto che le variabili in gioco sono casuali.
Faccio un esempio che chiarisce immediatamente. Siete ad cena con il vostro partner e scoprite che ad entrambi piace la pizza, entrambi amate i film di Quentin Tarantino, entrambi siete mancini e addirittura, entrambi avete un neo sul ginocchio destro. Ma dai, incredibile: siete di fronte alla persona che avete sempre cercato, una serie di coincidenze meravigliose.
Il punto, in questo esempio, è che non prendiamo neanche minimamente in considerazione né le probabilità statistiche di queste coincidenze e neanche (soprattutto) la probabilità statistica riguardo tutte quelle cose che non avete in comune. Anche se lo so che, quando si è a cena fuori, la statistica resta a casa a guardare la televisione.

Insomma, non voglio snaturare il romanticismo; ovviamente era solo un esempio. Però, onestamente, sicuramente vi sarà tornato alla mente uno di quei ragionamenti che avete già fatto con il vostro amico riguardo misteriose coincidenze nel passato su un qualche evento storico. Già, le coincidenze: ma qualcuno ha mai calcolato la probabilità di queste coincidenze? A nessuno viene mai in mente che siano solo condizioni casuali e che siamo noi a disegnare mirini attorno a colpi di pistola sparati alla cieca?

Un altro esempio famoso riguarda le quartine di Nostradamus che profetizza l’avvento di catastrofi immani. Per la precisione, bisogna dirlo, tutte le profezie non sono affatto tali; infatti solo dopo l’avvenuto fatto storico si va a riprendere i versi di Nostradamus per cercare l’interpretazione (che poi è solo una delle centinaia possibili) in cui si può riconoscere la profezia. Ma, un momento: questo è proprio ciò che fa il cowboy texano quando disegna il mirino.

Ma allora, voi mi chiederete: cosa rispondere quando qualcuno elenca tutta una serie di coincidenze e di analogie? Ovviamente non ci si può limitare a rispondere: ah-ah sei come il texano che disegna mirini. La cosa più semplice da fare é notare come oltre alle coincidenze ci siano anche tutto un migliaio di differenze, spesso anche sostanziali, che non possono essere taciute se si vuole fare un’analisi corretta.

Un altro esempio molto importante è quello di ciò che raccontano i creazionisti. Infatti criticano l’evoluzionismo dicendo che le probabilità che l’universo sia arrivato ad essere così complesso come lo vediamo oggi, vita sulla Terra compresa, solo grazie al “caso” sono estremamente basse. E quindi ci deve essere stato un qualche disegno intelligente, secondo loro.
Naturalmente tale argomento a supporto della loro tesi è completamente sballato in quanto l’universo e anche l’evoluzione delle specie segue precise leggi di fisica, chimica e biologia che non sono affatto a “caso”. Per dire, i creazionisti si sono dimenticati un po’ di cose da includere nella loro analisi.

Insomma, cari amici di Quantizzando, se cominciamo a credere che dietro tutte le analogie (magari definite impossibili perché si ritiene che la probabilità di averle sia bassissima) ci sia una qualche speciale connessione allora poi dobbiamo anche iniziare a pensare che il consumo di mozzarella sia legato al numero di dottori in ingegneria civile:

Per questa e altre divertenti false correlazioni andate qui: http://tylervigen.com/spurious-correlations

Ora però non cerchiamo di fare i supereroi, mi raccomando. Siamo esseri umani e quindi è abbastanza normale che il nostro cervello si faccia delle domande su possibili analogie tra i dati. Il punto è non lasciarsi ingannare dalle analogie ma considerare anche la miriade di differenze presenti.

Per concludere, la nostra mente sembra essere alla costante e perenne ricerca di analogie tra i dati in modo tale da costruirci delle ipotesi attorno, proprio come il cowboy texano disegna mirini attorno ai colpi di pistola. Peccato che tutto ciò non sia affatto scientifico. Infatti, anche in qualche modo convalidando questo tipo di processo logico, le ipotesi andrebbero comunque testate di nuovo con altri dati per verificarne la solidità. Il metodo scientifico non perdona.

Per chi se la cava con l’inglese, ecco dove si può leggere qualche altro esempio della fallacia logica del cowboy texano: http://youarenotsosmart.com/2010/09/11/the-texas-sharpshooter-fallacy/