Più guardiamo lontano nell'Universo più andiamo indietro nel tempo

Più guardiamo lontano nell'Universo più andiamo indietro nel tempo. Ma come è possibile? Ciò dipende dal fatto che la luce ha una velocità finita, che è di circa 300.000 kilometri al secondo. Supponiamo per un momento di poter osservare Giove oppure Nettuno. Quello che vedremmo sarebbe il loro aspetto indietro nel tempo. Questo perchè la luce per percorre queste grandi distante impiega un determinato tempo. Basti pensare che la luce del Sole che vediamo durante il giorno è di circa sette minuti prima, perchè infatti impiega un deternimato tempo per arrivare sulla Terra. 

Ma quale visione del mondo si avrebbe se la luce viaggiasse a velocità più bassa? Per farcene un’idea proviamo ad immaginare di vivere in un mondo in cui la luce viaggi a 300 metri all’ora invece che a 300.000 kilometri al secondo. Che cosa si vedrebbe ad esempio assistendo ad una partita di calcio? Si potrebbe tranquillamente arrivare allo stadio con mezz’ora di ritardo senza rischiare di perdere l’azione più importante della partita perché l’immagine del calcio d’inizio arriverebbe agli occhi dello spettatore dopo circa mezz’ora dall’inizio della partita stessa. Guardando il campo di gioco, non si vedrebbe quindi lo svolgimento di azioni in rapida successione, ma fasi di gioco confuse avvenute in tempi diversi e precisamente le azioni che hanno avuto luogo nelle zone più lontane del campo sarebbero quelle che si sono svolte prima nel tempo. Questo non è fantascienza ma fa parte delle leggi dell'Universo. A scene dello stesso tipo si assiste guardando il cielo: gli oggetti più lontani ci inviano informazioni più vecchie di quelli più vicini. Quando ad esempio si osserva l’esplosione di una supernova, siamo certi che quel fenomeno si è verificato molto tempo prima del momento in cui si è compiuta l’osservazione.
Ma fino a quale distanza possiamo spingere il nostro sguardo ai confini dell’Universo, grazie alla diffusione di telescopi sempre più potenti? Certo non possiamo pretendere di vedere oggetti la cui luce, per giungere fino a noi, debba avere impiegato un tempo più lungo di quello che rappresenta l’età dell’Universo stesso, come non è possibile vedere una foto di noi stessi scattata prima della nostra nascita. Per farci un’idea di cosa vuol dire guardare lontano nello spazio, e contemporaneamente nel tempo, immaginiamo di mettere in fila su un lungo tavolo le foto che ritraggono noi stessi dalle più recenti fino a quella scattata nel giorno della nascita: è evidente che guardando lontano vedremmo foto sempre più vecchie ma non potremmo vedere una foto posta più in là di quella della nostra nascita, d’altronde mai scattata, semplicemente perché noi non esistevamo. Anche l’Universo prima di una certa data non esisteva e quindi, come per le foto, deve esistere una distanza limite al di là della quale non possiamo spingere il nostro sguardo. Questo limite dell’Universo si chiama «Orizzonte Cosmico» e nessun telescopio, per quanto potente, potrà mai valicarlo. Ma quanto lontano da noi si trova questo estremo orizzonte dell’Universo? La luce che proviene da galassie lontane ci porta informazioni di cose vecchie e questo fatto potrebbe sembrare una restrizione, un limite alle nostre possibilità di osservazione e invece rappresenta, dal punto di vista scientifico, una vera fortuna. Si pensi a quanto sarebbe interessante, per un paleontologo, poter vedere indietro nel tempo ed osservare i dinosauri muoversi e agire nel loro ambiente invece che essere costretto a ricostruire l’habitat nel quale vissero queste antiche creature utilizzando pochi frammenti del loro corpo conservati nelle rocce, nonché a far leva sulla sua capacità di immaginazione.

Il programma New Frontiers della NASA entro il 2025

La NASA continua la sua esplorazione dei pianeti del Sistema Solare e dei suoi corpi minori. L’agenzia americana sta vagliando dodici proposte, presentate sotto il programma New Frontiers, che verranno sottoposte a valutazioni scientifiche e tecnologiche nei prossimi sette mesi. La migliore, verrà sviluppata in circa due anni per poi partire intorno al 2025.

Gli obiettivi della selezione fanno riferimento a sei aree dell’esplorazione Sistema Solare: la prima in grado di riportare sulla Terra campioni provenienti da una cometa, la seconda per la raccolta di materiale del Polo Sud della Luna, la terza per l’esplorazione delle lune Titano ed Encelado, la quarta  dedicata a Saturno, la quinta a Venere e la sesta destinata allo studio degli asteroidi.
“Il programma New Frontiers vuole dare una risposta ai grandi quesiti che interessano il nostro sistema solare – ha commentato Thomas Zurbuchen, della direzione scientifica NASA di Washington – e non vediamo l’ora di andare avanti con queste missioni”. L’esito delle selezioni relative alla fase iniziale di studio, verrà annunciata alla fine di novembre e il concept prescelto potrà andare avanti nel processo di valutazione.
Si tratta della quarta missione scelta nell’ambito di New Frontiers, le precedenti sono New Horizons per Plutone, Juno per Giove e OSIRIS-REx, che è partita lo scorso 9 settembre alla volta dell’asteroide Bennu con l’obiettivo di riportare sulla Terra un campione di materiale nel 2023.

credits: NASA

Cosa c’era prima del Big Bang?

Molte nuove teorie prevedono l’esistenza di una realta che precedeva il Big Bang. E in un certo senso l'analisi delle onde gravitazionali originarie che abbiamo appena registrato potremmo darcene le prove.

Fino a qualche anno fa i fisici reagivano a questa domanda rispondendo che lo spazio tempo è nato con il Big Bang, quindi non può esserci un prima. Ora le cose sono cambiate.
Newton dimostrò che è la stessa forza a far cadere le mele e a tenere la Luna in orbita intorno alla Terra. Dunque la legge di gravità funziona su distanze di qualche metro e di 400 mila chilometri. Osservando stelle doppie, gli astronomi hanno verificato che funziona anche a migliaia di anni luce da noi. Ma la regola secondo cui l’attrazione tra due masse diminuisce con l’inverso del quadrato della distanza è davvero universale come Newton solennemente la qualificò? 
Lasciando da parte per ora il fatto che la legge di Newton è un caso particolare della relatività generale di Einstein, e precisamente il caso nel quale lo spazio è sostanzialmente euclideo, per le grandi distanze abbiamo due osservazioni con cui fare i conti: 1) da più di mezzo secolo si sa che le galassie non ruotano rispettando Newton se consideriamo solo le loro stelle; 2) dal 1998 è noto che l’universo lontano accelera il suo moto di espansione come se avvertisse una sorta di gravità negativa o anti-gravità. 
Per spiegare la prima osservazione senza congedare Newton, gli astrofisici hanno introdotto la materia oscura: così le stelle diventano “traccianti” di qualcosa che non si vede e tutto funziona rispettando l’inverso del quadrato. Per spiegare la seconda osservazione la procedura adottata è simile, ma questa volta si ipotizza la presenza di una energia oscura. 
L’esito finale è imbarazzante: perché i conti tornino salvando Newton, la materia oscura deve rappresentare circa il 25 per cento dell’universo e l’energia oscura circa il 70. Conclusione: del cosmo conosciamo direttamente (si fa per dire) soltanto il 5%.

L'Organizzazione europea per la ricerca nucleare

L'Organizzazione europea per la ricerca nucleare, conosciuta come CERN, è il più grande laboratorio al mondo di fisica delle particelle. Si trova al confine tra Svizzera e Francia alla periferia ovest della città di Ginevra nel comune di Meyrin. La convenzione che istituiva il CERN fu firmata il 29 settembre 1954 da 12 stati membri mentre oggi ne fanno parte 21 più alcuni osservatori, compresi stati extraeuropei.

Lo scopo principale del CERN è quello di fornire ai ricercatori gli strumenti necessari per la ricerca in fisica delle alte energie. Questi sono principalmente gli acceleratori di particelle, che portano nuclei atomici e particelle subnucleari ad energie molto elevate, e i rivelatori che permettono di osservare i prodotti delle collisioni tra fasci di queste particelle. Ad energie sufficientemente elevate, nelle collisioni vengono prodotte tantissime particelle diverse, in alcuni casi sono state scoperte in questa maniera particelle fino a quel momento ignote. Dopo la seconda guerra mondiale si sentì il bisogno di fondare un centro europeo all'avanguardia per la ricerca al fine di ridare all'Europa il primato nella fisica, dato che in quegli anni i principali centri di ricerca si trovavano negli Stati Uniti. A tale scopo nel 1952 dodici Paesi europei riunirono un consiglio di scienziati con il compito di tradurre in realtà quel desiderio. Il consiglio venne denominato Consiglio europeo per la ricerca nucleare (in francese Conseil européen pour la recherche nucléaire) da cui la sigla CERN. Nel 1954 prende vita il progetto del centro di ricerca europeo vagliato dal Consiglio europeo per la ricerca nucleare: nasce così l'Organizzazione europea per la ricerca nucleare, che ne eredita la sigla.
Attualmente 21 paesi membri fanno parte del CERN.
Il 14 dicembre 2012 le è stato riconosciuto lo status di osservatore dell'Assemblea generale delle Nazioni Unite. Il complesso degli acceleratori del CERN comprende 7 acceleratori principali, costruiti in vari periodi a partire dalla fondazione dell'istituto. Fin dal principio, è stato previsto che ogni nuova e più potente macchina avrebbe utilizzato le precedenti come "iniettori", creando una catena di acceleratori che porta gradualmente un fascio di particelle ad energie sempre più elevate. Per consentire il funzionamento di questa catena, tutte le funzioni degli acceleratori sono coordinate da un unico segnale di riferimento, generato da un sistema di orologi atomici e distribuito per tutta l'installazione, con una precisione dell'ordine del nanosecondo.
Gli acceleratori principali a disposizione del CERN sono: Due LINAC, o acceleratori lineari, che generano particelle a bassa energia, successivamente immesse nel PS Booster. Sono noti come LINAC2 e LINAC3 e forniscono protoni da 50 MeV e ioni pesanti da 4.2 MeV per nucleone rispettivamente. Tutta la catena di acceleratori successiva dipende da queste sorgenti.
Il Low Energy Ion Ring (LEIR), che accelera fasci di ioni di piombo fino a 72 MeV per nucleone, ha iniziato a lavorare nel 2010 nella catena di pre-accelerazione dell'LHC.
Il PS Booster, costituito da 4 sincrotroni sovrapposti con un raggio di 25 m, aumenta l'energia delle particelle generate dai LINAC prima di iniettarle nel PS. Viene inoltre utilizzato per esperimenti separati, come ad esempio ISOLDE, che studia nuclei instabili di isotopi molto pesanti.

Il Proton Synchrotron (PS), costruito nel 1959, un sincrotrone con una circonferenza di 628.3 m in grado di accelerare protoni fino a 28 GeV, oltre a tutta una serie di particelle accelerate per diversi esperimenti. In particolare riceve protoni dal Proton Synchrotron Booster e ioni di piombo dal Low Energy Ion Ring.

Il Super Proton Synchrotron (SPS), un acceleratore circolare di 2 km di diametro, costruito in un tunnel, che iniziò a funzionare nel 1976. Originariamente aveva un'energia di 300 GeV, ma è stato potenziato più volte fino agli attuali 450 GeV per il protone. Oltre ad avere una propria linea di fascio rettilinea per esperimenti a bersaglio fisso, ha funzionato come collisore protone-antiprotone e come stadio finale di accelerazione per gli elettroni e i positroni da iniettare nel Large Electron Positron Collider (LEP). Ha ripreso questo ruolo per i protoni e gli ioni piombo immessi nell'LHC.

Il Large Hadron Collider (LHC), entrato in funzione il 10 settembre 2008 dopo lo smantellamento di LEP. Si estende su una circonferenza di 27 chilometri ed è stato inizialmente progettato per accelerare protoni fino a un massimo di 7 TeV di energia; permettendo di studiare le particelle elementari in condizioni sperimentali paragonabili a quelle dei primi momenti di vita dell'Universo, subito dopo il Big Bang.

Una APP per vedere le stelle

Chi di noi non ha mai sognato ad occhi aperti guardando il cielo? L'immensità del cosmo non ha confini in tutti i sensi.

Come e dove guardare le stelle a Milano, Roma, Palermo ed altre città italiane? Scopri dove vedere il cielo stellato in Italia: dai migliori osservatori astronomici fino alle località più belle da cui osservare la via lattea. Il nostro Paese è sicuramente ricco di fascino: storia, cultura, arte e paesaggi lo rendono una delle mete favorite per moltissimi turisti. Ma avete mai pensato di visitarlo anche con gli occhi rivolti verso il cielo attraverso il vostro smartphone? Ecco a voi una bellissima app per poter ammirare il cielo da un suggestivo ed insolito punto di vista.
Si chiama Mappa Stellare e permette di ammirare il cosmo a seconda del posto dove ci troviamo. Grazie alle sue mappe la visione è chiara e degna dei migliori telescopi.