Mese: Maggio 2019

Una galassia a spirale anemica: NGC 4921

La galassia NGC 4921
Crediti: NASA, ESA, K. Cook (Lawrence Livermore National Laboratory, USA)

Questa è NGC 4921, una galassia che si trova nell’ammasso di galassie della Chioma, cioè appartiene a un gruppo di migliaia di galassie che si muovono come un unico blocco, a 320 milioni di anni luce dalla Terra.

Di solito, le galassie in ammassi molto popolati vanno incontro a così tante interazioni e collisioni che alla fine quasi tutte le galassie a spirale (le quali nei bracci di spirale sono piene di gas e polvere utili a formare di continuo nuove stelle) diventano galassie ellittiche (con pochissimo gas e quindi con pochissima formazione di nuove stelle).

L’ammasso della Chioma non è da meno: ci sono molte più ellittiche che spirali. 

Tuttavia, la galassia NGC 4921 è proprio una delle rare galassie a spirale che si possono trovare. Non solo: NGC 4921 non è una normale galassia a spirale, anzi è un esempio di “spirale anemica”, cioè di una galassia a spirale in cui la formazione stellare nei bracci procede a un ritmo molto meno intenso del normale.

Infatti, ciò che si vede nell’immagine è solo un tenue anello di polvere che circonda la galassia, dove sappiamo che si formano nuove stelle perché possiamo vedere in modo chiaro stelle blu.

Ora vi chiederete: come facciamo a dire questa cosa? 

Per questo motivo: le stelle blu sono anche le stelle più grosse; ora, più una stella è grande più brucia subito tutto l’idrogeno, quindi vive meno (in genere, qualche centinaio di milioni di anni) rispetto alla decina di miliardi di anni di stelle come il nostro Sole. Perciò, se vediamo stelle blu vuol dire che si sono formate da poco, ovvero stiamo osservando una regione dove si formano nuove stelle giovani.

Per finire, una nota tecnologica: questa immagine è stata ottenuta dal telescopio spaziale Hubble mettendo insieme circa 80 diverse esposizioni con diversi filtri, per un totale di circa 27 ore di esposizione.

La teoria della relatività e un’eclissi di cent’anni fa

1687, Inghilterra. Isaac Newton a 45 anni decide che è giunto il momento di spiegare perché le cose cadono: descrive quindi la legge di gravitazione, secondo cui due corpi che hanno massa e che sono posti a una certa distanza si attraggono all’istante con una forza. Ma la vera bomba di Newton è questa: la legge di gravitazione è universale, cioè spiega come cadono tutti i corpi dell’universo. Non solo quindi la mela cade dall’albero verso la Terra, ma anche la Luna cade verso la Terra e la Terra cade verso il Sole. Tutto l’universo cade: potreste usarla come scusa la prossima volta che non vedrete uno stramaledetto scalino, per esempio.

1915-1916, Berlino. Albert Einstein ha già sconvolto parecchio la comunità dei fisici 10 anni prima. Tuttavia si rende conto che può fare ancora di più: capisce che serve una nuova teoria della gravità, perché i corpi non possono attrarsi all’istante, ma ci vuole un certo tempo prima che uno si accorga dell’altro. Un po’ come quando andate a mangiare le polpette in cucina mentre il sugo borbotta, pensando che vostra madre non fosse in casa ma invece lei è proprio dietro di voi…ahia, scusa mamma.

Secondo Einstein le cose funzionerebbero così: l’universo è come un gigantesco divano, morbido e comodo. Quando uno si siede un po’, il divano si deforma. La stessa cosa succede nell’universo: dove c’è una massa, lo spazio si deforma. E, proprio come nel caso del divano, maggiore la massa, maggiore la deformazione. Questo risolve il problema della forza instantanea: la deformazione dello spazio (come quella del divano) ci mette un certo tempo per propagarsi ovunque e quindi i corpi ci mettono un certo tempo per sentire l’uno la presenza gravitazionale dell’altro. Questa è la teoria della relatività generale.

Capite subito che questa teoria è una vera bomba, altro che legge di gravitazionale universale: come si può essere certi che la teoria di Einstein sia corretta? Non si può. Ma almeno si può essere certi del fatto che non sia sbagliata.

29 maggio 1919, Isola di Prìncipe. Arthur Eddington è inglese e da qualche anno si è appassionato alla teoria di Einstein. A quanto pare, la nuova teoria della gravità sembrava già spiegare alcuni dati sul moto di Mercurio, il pianeta più vicino al Sole. Ma Eddington è uno di quelli che fa scienza forte e decide che bisogna dimostrare con un esperimento che la relatività generale fosse una buona teoria. Per questo Eddington va in Africa, nell’Isola di Prìncipe, per osservare un’eclissi di Sole.

La teoria di Einstein dice che la massa deforma lo spazio e quindi la luce deve curvare la sua traiettoria in presenza di una massa. Se è così, allora la posizione delle stelle che si osservano dietro al Sole durante un’eclissi deve essere diversa dalla posizione delle stesse stelle in un periodo dell’anno in cui esse sono visibili di notte. Eddington pensa “se riesco a confrontare due foto delle stesse stelle con e senza Sole a deformare lo spazio intorno, magari riesco a verificare se Einstein ha ragione oppure no”. Genio (cit.).

Un oggetto con una certa massa deforma lo spazio. La luce proveniente dalle stelle curva la sua traiettoria per arrivare a noi. In questo modo osserviamo la stella in una posizione diversa da quella reale.


Il meteo non è dei migliori, ma la giornata sarà epica lo stesso: la posizione delle stelle nelle due lastre era diversa e la differenza era proprio quella prevista da Einstein.

Una delle lastre fotografiche usate da Eddington.

L’esperimento di Eddington ha segnato per sempre la storia della scienza: affermazioni straordinarie richiedono prove straordinarie diceva Carl Sagan e quello fu proprio il caso. 
L’esperimento di Eddington più che la conferma della relatività, fu soprattutto la messa in discussione della teoria di Einstein. E tuttora la relatività è messa in discussione in svariate situazioni: i buchi neri, l’evoluzione dell’universo, la materia oscura, l’energia oscura. La teoria di Einstein per ora fa il suo sporco lavoro, ma in futuro chissà, magari ci troveremo di fronte a qualcosa di nuovo e inaspettato (speriamo presto!).

Fare scienza è come camminare in una stanza buia: trovi un ostacolo, tu pensi sia un tavolo, ma chi ti dice che sia davvero un tavolo? Però, sotto certe ipotesi e con i dati a disposizione, puoi almeno dire che non è una lavatrice. Ma solo con una certa dose di sicurezza eh, mica con assoluta certezza.

La storia delle galassie in un’unica immagine ottenuta con il telescopio spaziale Hubble

In questa immagine ottenuta da Hubble Space Telescope c’è tutto quello che Instagram non vi darà mai in una vita, e cioè:
– 7500 scatti e 16 anni di osservazioni;
– 265 000 galassie;
– un viaggio nel tempo di 13,3 miliardi di anni, da 500 000 anni dopo il Big Bang a oggi.

L’area di cielo che copre questa immagine è più o meno grande come l’area coperta dalla Luna piena. Per vedere a occhio nudo le galassie più deboli e lontane di questa immagine, i nostri occhi dovrebbero essere 10 miliardi di volte più potenti e l’ultima fila di lettere della tabella dell’oculista muta.

In questa immagine ci sono galassie osservate dall’ultravioletto all’infrarosso. Questo ampio spettro di osservazione è necessario perché l’espansione dell’universo stira la luce emessa dalle galassie lontane e una galassia che emette luce ultravioletta noi la vediamo nell’infrarosso, per esempio. Un po’ come quando tiriamo con i denti un supplì per far filare la mozzarella, per capirci.

Con questa immagine che ci permette di vedere tante galassie così differenti in diverse fasi dell’universo, abbiamo la possibilità di studiare l’intera storia dell’evoluzione delle galassie. È come se un alieno arrivasse oggi sulla Terra e volesse studiare in un giorno solo l’evoluzione degli esseri umani: si troverebbe bimbi, adulti, anziani e potrebbe provare a capire, pur non studiando l’evoluzione di una singola persona, come funziona il ciclo della nostra vita.

In più, con tutte queste galassie, si potrà provare a creare una mappa delle distanze di queste galassie lontane: se misuriamo bene le distanze di tanti oggetti lontani, possiamo provare a capire meglio come si espande l’universo. Se non mi credete pensate a quando vi siete appena seduti sul divano e avete lasciato la bevanda ghiacciata sul tavolo. Appunto.

Ma mica è finita: la prossima generazione di telescopi spaziali, come WFIRST e James Webb Space Telescope andranno molto oltre le prestazioni di Hubble Space Telescope.

In astrofisica è ogni volta così: quando guardiamo il cielo e facciamo passi in avanti, in realtà siamo sempre solo all’inizio.

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