I "fantasmi" del cielo

Se guardiamo il Sole, in realtà vediamo la sua luce come era 8 minuti fa. Infatti per percorrere la distanza dal Sole alla Terra, la luce impiega 8 minuti. La luce ha una sua velocità di 299.792,458 km/s.  Per le grandi distanze usiamo quindi l'anno luce vale a dire circa 9461 x 4 miliardi di chilometri o circa 63241 x 4 volte la distanza tra la Terra e il Sole (nota come unità astronomica). L'anno luce è quindi una distanza enorme su scala umana. 

Sappiamo che guardando la luce di una stella in realtà guardiamo indietro nel tempo. Se per esempio osserviamo la galassia di Andromeda che si trova a circa 2,538 milioni di anni luce dalla Terra, stiamo osservando la sua luce come era in passato. 

Cosa sono i fantasmi del cielo? Semplice!
Guardare lontano, quasi agli inizi dell’Universo e vedere un “fantasma” del cielo significa osservare la luce di una stella ormai morta. La sua luce è così lontana che quando arriva fino a noi la stella ormai non esiste più.

I ricercatori infatti, vogliono capire quali erano le reali percentuali degli elementi che si formavano all’atto dell’esplosione delle prime stelle e per questo vogliono avere tanti campioni di riferimento ed essere certi di osservare nubi di gas che non sono contaminate da stelle di generazione successiva. Un lavoro possibile solo con i più potenti telescopi dei nostri giorni in grado di portarci vicino alla nascita dello spazio e del tempo.

Strangelet: la materia "strana" dell'Universo

Uno strangelet è una particella ipotetica, contenente dei quark di tipo strange. Secondo la teoria, uno strangelet dovrebbe essere composto da un numero uguale di quark up, quark down e quark strange, e andrebbe a costituire l'unità fondamentale della materia strana, che, a sua volta, formerebbe le stelle strane. Più in generale, uno strangelet può essere definito come un frammento isolato di materia strana. È stato ipotizzato che quando il neutronio che forma una stella di neutroni viene sottoposto ad una pressione sufficiente dovuta alla gravità della stella, i singoli neutroni si rompono e i quark che li costituiscono formano la materia strana. 

Ma cosa sono i quark? A questo stadio la stella viene chiamata stella strana o stella di quark. Il quark up è un quark di prima generazione con una carica elettrica positiva di +2⁄3e. Il quark down è un quark di prima generazione con una carica elettrica negativa di -1⁄3e. Il quark strange è un quark di seconda generazione con una carica di −(1/3)e e una stranezza di −1. È il quark più leggero dopo il quark up ed il quark down, con una massa che si aggira tra gli 90 e i 95 MeV/c2.

L’Astronomo Reale Martin Rees ha messo in guardia sul fatto che le strangelets potrebbero trasformare la Terra in una “sfera iperdensa inerte”.

Infatti le strangelet avrebbero il potenziale per avviare una reazione a catena è modificare tutto in ‘materia strana’, fino a trasformare la Terra in una “sfera iperdensa inerte” dal diametro di un centinaio di metri in tutto, come spiega Rees.

Eric Johnson, professore associato di Diritto presso l’Università del Nord Dakota e Michael Baram, professore emerito presso la Boston University Law School, hanno scritto l’articolo per ibtimes.com, nel quale indicano che il nuovo RHIC dovrebbe essere rivalutato a causa del suo nuovo potenziale, sospettato di poter creare un enorme disastro che potrebbe spazzare via la Terra. Comunque, in considerazione delle ricerche fatte fino ad oggi, il rischio di una catastrofe cosmica appare eccezionalmente basso. Eppure, la cosa terrificante è che non stiamo parlando di una probabilità pari a zero. Ulteriori indagini sulla questione sono ovviamente in fase di sperimentazione con ipotesi e simulazioni fatte ancora solo al computer. Qualsiasi essere vivente si avvicinasse ad una stella in questa fase verrebbe disintegrato e quindi diveterebbe parte della stessa stella.

Perchè Plutone non è un pianeta?

Nel 1930 fu scoperto Plutone da Clyde Tombaugh, un astronomo statunitense, ad una distanza media dal Sole di 5913,5 milioni di km.

Data la sua distanza, la strumentazione del periodo non consentiva uno studio molto approfondito dell'astro. Tuttavia venne classificato come il nono pianeta del Sistema Solare. Sin dall’inizio alcuni astronomi si mostrarono in disaccordo con tale scelta. La discussione si protrasse, fino a quando, nel 2006, l’Unione Astronomica Internazionale, ha deciso di “declassare” Plutone a Pianeta Nano (Dwarf planet, in inglese), al pari di altri quattro corpi celesti: Cerere, Eris, Makemake e Haumea. Ma perchè Plutone non è un pianeta? I motivi che hanno spinto l'Unione Astronomica Internazionale a prendere tale decisione sono diversi e sono legati a peculiarità che Plutone presenta rispetto agli otto pianeti del Sistema Solare.

Gli astronomi notarono che la luminosità apparente di Plutone, oltre che presentare valori relativamente bassi (la magnitudine apparente massima è di circa 14), presentava anche delle variazioni cicliche, non imputabili alla presenza del Sole (come nel caso di altri corpi celesti), bensì a un oggetto che ruota intorno ad esso. Fu così scoperto nel 1978 quello che ancora oggi viene definito il principale satellite naturale di Plutone: Caronte. Plutone ha dimensioni (1151 km di un raggio equatoriale) soltanto doppie di quelle di Caronte (603,6 km), mentre tendenzialmente un pianeta risulta essere molto più grande dei propri satelliti: per esempio il rapporto di grandezza tra Terra e Luna è di 5:1. Ciò implica che Plutone e Caronte non rappresentino un vero e proprio sistema “pianeta-satellite”, bensì un sorta di sistema binario pianeta-pianeta (anche questa definizione è tuttora controversa): essi infatti risentono dell’attrazione gravitazionale reciproca, ruotando intorno a un comune centro di gravità che si trova nello spazio tra i due corpi, alla distanza di 950 km dalla superficie di Plutone. Caronte non è, però, l’unica luna di Plutone: recentemente sono stati scoperti altri corpi orbitanti intorno a esso, Nix e Idra (scoperti nel 2005), P4 e P5, (2011 e 2012 rispettivamente). Le dimensioni di Plutone sono ridotte rispetto a quelle dei pianeti: è meno della metà di Mercurio, il pianeta più piccolo del sistema solare (2439,7 km di raggio equatoriale) e più piccolo anche della Luna (1738 km). Dallo studio del moto di questo sistema binario è inoltre emerso che Plutone e Caronte hanno una massa che è circa un ottavo di quella della Luna. Tutto ciò ha dunque suggerito che Plutone non è un vero e proprio pianeta, ma potrebbe essere per esempio un satellite sfuggito alla forza gravitazionale di un altro pianeta o un asteroide attratto in quella posizione. Anche la composizione di Plutone sembrerebbe avvalorare questa tesi: a differenza dei pianeti esterni gassosi (Giove, Saturno, Urano e Nettuno), è costituito di roccia fino a circa il 70%. L’altro 30% sembrerebbe comprendere ghiaccio, similmente a uno dei satelliti di Nettuno, Tritone. L’alta quantità d’acqua ha portato alcuni scienziati a pensare che Plutone possa essere ciò che resta di una cometa. Ma dove si trova Plutone? Durante la sua rotazione intorno al Sole, Plutone si avvicina alla periferia del Sistema Solare, in una zona ricca di asteroidi, comete e pulviscoli, chiamata fascia di Kuiper.

Terra e Venere: storia di due gemelle diverse

Venere, l'oggetto naturale più luminoso nel cielo notturno dopo la Luna, è il secondo pianeta del Sistema Solare in ordine di distanza dal Sole con un'orbita quasi circolare che lo porta a compiere una rivoluzione in 224,7 giorni terrestri. Visibile poco prima dell'alba o poco dopo il tramonto, per questa ragione è spesso stato chiamato da popoli antichi la "Stella del Mattino" o la "Stella della Sera". Prende il nome dalla dea romana dell'amore e della bellezza e il suo simbolo astronomico è la rappresentazione stilizzata della mano di Venere che sorregge uno specchio.

Nonostante ciò è classificato come un pianeta terrestre. E' infatti definito il "pianeta gemello" della Terra in quanto è molto simile per dimensioni e massa. Per altri aspetti, tuttavia, è piuttosto differente dal nostro pianeta. Venere infatti possiede un'atmosfera costituita principalmente da anidride carbonica, molto più densa di quella terrestre, con una pressione al livello del suolo pari a 92 atmosfere. La densità e la composizione dell'atmosfera creano un imponente effetto serra, che rende Venere il pianeta più caldo del Sistema Solare.

Nelle prime centinaia di milioni di anni del Sistema solare, Venere e Terra erano quasi sicuramente due pianeti molto simili sin dalla loro nascita: entrambi rocciosi, di dimensioni paragonabili e più o meno nella stessa zona del Sistema solare. Entrambi si sono formati da processi di accrescimento caratterizzati da giganteschi impatti, che provocavano la fusione della crosta fino a creare oceani di magma sulla superficie. Una volta finita la stagione degli impatti, quegli oceani di magma hanno iniziato a solidificare, allo stesso tempo creando una densa atmosfera fatta di vapore acqueo. È a questo punto che le storie dei due pianeti avrebbero iniziato a differenziarsi, per effetto del diverso irraggiamento di luce solare. Eppure guardate quanto diversi sono diventati: la Terra coperta d’acqua per la maggior parte, e con una gradevole atmosfera che ci permette di essere qui a parlarne. Venere caldissimo, arido e dall’atmosfera irrespirabile. Attraverso quali processi i due pianeti sono diventati così diversi?

Per prima cosa la diversa distanza dal Sole sembra sia una risposta per capire le diverse storie di Venere e Terra. Oppure, Venere e Terra potrebbero esseri trovati in regioni del sistema solare in cui il meccanismo che ha portato acqua sui pianeti funzionava con efficienza diversa. L’interesse di questo studio è molto interessante perchè fornisce una spiegazione molto naturale di come due pianeti così simili possano avere avuto evoluzioni così diverse.

L’idea è che non sia solo il tempo o la regione di formazione a modificare l’evoluzione di un pianeta, ma anche il modo in cui la distanza determina un diverso comportamento dell’atmosfera. Per il pianeta più vicino alla stella, che riceve più calore, l’atmosfera caldissima e saturata fa da tappo intrappolando il calore sulla superficie. A causa di questo effetto, ci vuole molto più tempo perché il magma solidifichi e il pianeta si raffreddi, probabilmente centinaia di milioni di anni in più. 

Che cosa succederebbe se non ci fosse la Luna?

Vi siete mai chiesti come sarebbe la Terra senza la Luna? Il ruolo del nostro satellite nell’esistenza della Terra è molto più importante di quanto non si pensi. La Terra è legata alla Luna da un vincolo di milioni di anni che inizia dal momento della loro formazione. Quando la Terra aveva ancora poche decine di milioni di anni, lo spazio circostante era cicondato da roccie e meteore fino a corpi molto massicci, che erano attratti dal Sole e dai vari pianeti in formazione. Le collisioni erano pertanto molto frequenti, a volte destinate a cambiare drasticamente la conformazione dei corpi celesti. Tra questi un grosso protopianeta, della massa di Marte,  invece di accasarsi in orbita attorno al Sole, finì con il precipitare sopra la giovanissima Terra. L’impatto fu violentissimo, e scagliò una enorme nube di materiale nello spazio. La materia espulsa inizialmente formò un anello attorno alla Terra, che poi rapidamente si aggregò, dando origine a un unico corpo celeste in orbita  attorno al pianeta da cui si era generato. La Luna è quindi composta di materiale terrestre; analogamente, anche la Terra ha inglobato parte dell’impattore. Terra e Luna quindi sono parenti molto stretti, e condividono la stessa composizione. Più precisamente, la composizione della Luna è molto simile a quella degli strati terrestri superficiali, costituiti prevalentemente da elementi leggeri.

Proviamo a pensare adesso a come sarebbe la Terra senza Luna.

Al nostro satellite dobbiamo la relativa stabilità climatica di cui godiamo, che ha permesso alla vita di prosperare. Nonostante periodici e inevitabili sbalzi climatici, la Terra è un luogo accogliente. Ciò avviene grazie al regolare alternarsi delle stagioni. Le stagioni si verificano perché l’asse di rotazione della Terra non è perpendicolare al suo piano orbitale, ma forma con esso un angolo di circa 23°. Questo angolo davvero ideale è stato prodotto al momento dell’impatto che formò la Luna. Ed è sempre la Luna che, dopo averla creata, mantiene invariata questa propizia inclinazione anche oggi, esercitando sull’orbita terrestre un effetto di stabilizzazione, evitando cambiamenti orbitali che risulterebbero dannosi per il mantenimento della vita. Come ulteriore conseguenza ci sarebbero giornate cortissime, un calendario fatto di anni (e non di mesi) e violenti cambiamenti climatici. 

Il giorno durerebbe 6 ore perchè in assenza della Luna il giorno sarebbe più breve.

Senza Luna, l’asse di rotazione terrestre sarebbe molto più sensibile ai piccoli disturbi causati dalla gravità dei pianeti e del Sole. Di conseguenza anche il clima sarebbe molto più instabile, con periodi di freddo glaciale alternati a punte di grande caldo. Le maree, che sono dovute in gran parte alla Luna (ma anche al Sole), sarebbero meno intense. Rivoluzionando l’aspetto (e la fauna) delle zone costiere e delle foci dei fiumi, soprattutto gli estuari. 

Le stagioni sarebbero sparite: il clima sarebbe rimasto uguale nell’arco dell’anno, eliminando i cicli dell’agricoltura. Il calendario non sarebbe stato suddiviso in mesi, ma in anni. 

Anche la Grande barriera corallina australiana non ci sarebbe: per riprodursi tutti insieme, questi coralli si sincronizzano con la Luna piena nella tarda primavera. 
Senza Luna, il cielo notturno sarebbe più buio. Si vedrebbero però molto meglio le stelle. 

Altra cosa importante nessuno scrittore o poeta potrebbe parlare della Luna e gli innamorati non godrebbero della sua incredibile luce durante la notte.

Una nuova ipotesi sulla formazione della Terra e della Luna: cos'è Synestia?

Una nuova ipotesi sulla formazione della Terra e del suo satellite la Luna. Il Journal of Geophysical Research – Planets ipotizza una nuova tipologia di oggetto celeste, chiamata Synestia. Ecco quindi che cosa potrebbe avere dato origine a Terra e Luna. Il nuovo oggetto planetario chiamato synestia è frutto dello studio dei planetologi di Harvard e della UC Davis: simulando diversi scontri tra oggetti celesti hanno scoperto che, se i pianeti che stanno per fondersi ruotano abbastanza velocemente, il risultato sarà un oggetto che ruota sul suo asse tanto velocemente da lanciare pezzi di sé nello spazio! A causa del calore generato dall'impatto, il materiale espulso sarà fuso o gassoso: si crea così una synestia, ovvero un protopianeta avvolto da un'enorme ciambella rotante di detriti vaporizzati. È possibile che la Terra sia passata per una fase synestica di un centinaio d'anni e, raffreddandosi, sia poi tornata a una forma quasi sferica. Come l'oggetto che rappresenta, anche la parola "synestia" deriva da una fusione: è l'unione tra "syn", il greco per "unione", e "Hestia", divinità ellenica dell'architettura. Molto più popolare il termine che i ricercatori hanno usato per descrivere la sua forma: "donut", le tipiche ciambelle americane.

Il Sistema Solare ha una nuova luna

Il telescopio Hubble ha scoperto una nuova luna che orbita vicino all'orbita del pianeta nano 2007 OR10, il terzo più grande dopo Plutone ed Eris. Le immagini che sono state raccolte hanno mostrato che il pianeta nano e la sua luna si trovano all'estrema periferia del Sistema Solare, in una fredda regione chiamata fascia di Kuiper. 

I ricercatori hanno inoltre trovato conferma dell'esistenza della luna nelle immagini scattate da Hubble, ma alcuni sospetti erano già nati con le osservazioni fatte dal telescopio spaziale Kepler, della Nasa. Kepler, infatti, aveva scoperto che il pianeta 2007 OR10 ha un periodo di rotazione molto lento, di 45 ore, e questo aveva fatto pensare all'influenza gravitazionale di un satellite che lo rallentava. I ricercatori hanno successivamente studiato il pianeta nano e la sua stella anche nell'infrarosso, con il telescopio spaziale Herschel dell'Esa, per calcolarne le dimensioni.

Cosa sono i misteriosi lampi di luce nell'atmosfera terrestre?

Nel corso degli ultimi anni sono apparsi alcuni lampi di luce nell'atmosfera della Terra.
La NASA ne ha scoperto l'origine. Essi scaturiscono dalla luce solare che viene riflessa da cristalli di ghiaccio, orientati orizzontalmente e posti a un'altezza compresa tra i 5 e gli 8 chilometri dalla superficie del nostro pianeta. 

I primi flash luminosi di questo genere furono osservati dall'astronomo Carl Sagan nel 1993, mentre analizzava le immagini scattate dalla sonda Galileo, che nel 1989 fu inviata nello spazio per studiare il gigante gassoso Giove e i suoi satelliti. Durante una manovra attorno alla Terra raccolse alcuni scatti dell'atmosfera, nei quali gli scienziati notarono questi flash. Poiché li videro associati soltanto agli specchi d'acqua, credettero che questi ultimi ne fossero la fonte, tuttavia analisi più accurate e recenti delle immagini ne hanno fatti emergere un paio anche sulla terraferma.Gli astronomi della NASA, per determinarne la reale origine dei flash, hanno preso in considerazione questi scatti ma soprattutto quelli ottenuti dalla sensibile fotocamera Earth Polychromatic Imaging Camera (EPIC) equipaggiata sul satellite Deep Space Climate Observatory (DSCOVR) del NOAA, lanciato nello spazio a giugno del 2015 attraverso un Falcon 9 di SpaceX. Tra la messa in servizio e l'agosto del 2016, il satellite, che orbita a 1,5 milioni di chilometri dalla Terra, ha catturato ben 866 di questi lampi. Un numero così impressionante che ha catalizzato la necessità di una spiegazione scientifica, anche alla luce delle numerose richieste giunte alla NASA dall'esterno.

Gli studiosi, coordinati dall'astronomo Alexander Marshak, hanno innanzitutto verificato il comportamento dei lampi, strettamente legato alla posizione della camera EPIC e alla luce solare. Questo dettaglio ha fatto subito depennare dalla lista un qualsiasi fenomeno atmosferico paragonabile a quello dei fulmini, che sono naturalmente indipendenti da tali fattori. Attraverso un sensore dedicato alla misurazione dell'altezza delle nubi ne hanno determinato l'esatta origine in alta quota, e l'orientamento è stato spiegato dalla presenza di cristalli di ghiaccio con particelle disposte orizzontalmente. La scoperta potrebbe aiutarci a capire meglio l'atmosfera degli esopianeti ma anche se questi cristalli di ghiaccio hanno un effetto sulla quantità di raggi di luce che arrivano a Terra. I dettagli sono stati pubblicati sulla rivista scientifica specializzata Geophysical Research Letters.

credits: scienze.fanpage.it

Universo o Multiverso? La teoria delle stringhe

L’Universo è in continua espansione, ma la teoria per ora più accreditata è che sia comunque unico. Ci sono però ipotesi diverse che ritengono plausibile l’esistenza di un multiverso di cui noi occupiamo uno dei suoi “lati”, con leggi che potrebbero essere anche molto diverse da quelle degli altri. Potrebbero essere paralleli come nella teoria di Everett, ma anche molto vicini e magari in grado di influenzarsi tra di loro. E potrebbero essere collegati proprio dai buchi neri, queste misteriose e affascinanti zone del cosmo dove sembra che tutto finisca, anche la luce. Ma non è detto che sia proprio così. Infatti alcune soluzioni delle equazioni di Einstein dimostrerebbero proprio tale ipotesi.

La scoperta delle onde gravitazionali, o meglio, la loro dimostrazione definitiva, ha riacceso il dibattito su come sia realmente fatto il cosmo e se è possibile che ospiti altre forme di vita come la nostra o magari diversa. La possibilità che esistano altri universi infatti, da un lato è supportata dalla possibilità di attraversare lo spazio-tempo, che le onde gravitazionali dimostrano essere curvo e forse percorribile con scorciatoie. 

La teoria delle stringhe, ancora in fase di sviluppo, tenta di conciliare la meccanica quantistica con la relatività generale e che si spera pertanto possa costituire una teoria del tutto. Si fonda sul principio secondo cui la materia, la radiazione e, sotto certe ipotesi, lo spazio e il tempo siano in realtà la manifestazione di entità fisiche fondamentali che vengono chiamate stringhe. La teoria delle stringhe è un modello fisico i cui costituenti fondamentali sono oggetti ad una dimensione (le stringhe), invece che di dimensione nulla (i punti) come nelle teorie precedenti. Per questa ragione è in grado di evitare i problemi connessi alla presenza di particelle puntiformi. Uno studio più approfondito della teoria delle stringhe ha rivelato che descrive oggetti che possono avere dimensioni nulle (e quindi essere punti), una dimensione (stringhe), due dimensioni (membrane) o possedere un numero D di dimensioni maggiore di due (D-brane). L'interesse verso la teoria risiede nel fatto che si spera possa essere una teoria del tutto, ossia che descriva tutte le forze fondamentali. Potrebbe cioè fornire un modello per la gravità quantistica, insieme alle altre interazioni fondamentali già contemplate dal Modello standard.  A un livello più concreto la teoria delle stringhe ha originato progressi nella matematica dei nodi, negli spazi di Calabi-Yau e in molti altri campi. La teoria delle stringhe ha anche gettato maggior luce sulle teorie di gauge supersimmetriche, un argomento che include possibili estensioni del Modello standard.

Cosa sono le supernove?

L’esplosione di una supernova è cosi potente che la sua luminosità è tipicamente un milione di volte superiore a quella del Sole. Una supernova è una stella che esplode, diventando milioni di volte più luminosa e genera radiazioni energetiche e luminose per periodi di tempo variabili, durante i quali può sprigionare un’energia paragonabile a quella che il Sole emette nell’arco della sua intera esistenza, con temperature che possono raggiungere anche cento miliardi di gradi. Qualunque pianeta orbitasse attorno ad una supernova verrebbe subito carbonizzato.

Ma come si crea una supernova? Una supernova è l'esplosione di una stella che ha esaurito il suo carburante e quindi sta arrivando alla termine della sua esistenza. Infatti una stella nasce da ammassi di gas particolarmente densi, l'azoto, l'elio, e alcuni elementi più pesanti si uniscono e collassano formando un aggregato densissimo. Inizia così la vita di un astro. Quando si giunge a valori di pressione molto elevata, nella stella si innescano dei processi termonucleari che ne mantengono stabile la struttura. Gli elettroni stessi, quindi, sono costretti a rimanere a distanza l'uno dall'altro. Inizia cosi una guerra titanica tra forza di gravità che cerca di comprimenre la stella, e forze di degenerazione, che impediscono una ulteriore compressione.
L'idrogeno viene convertito in elio, mentre la stella produce energia e diminuisce la propria massa.
Una stella non dura in eterno, ma la sua morte può avvenire in silenzio, senza che nessuno se ne accorga, ma le supernove quando si spengono, lanciano un grido disperato e rabbioso, che scuote l'Universo. Quando i processi termonucleari per continuare, necessitano di produrre ferro, questo segna la fine. Il processo di creazione del ferro è il primo che richiede energia, invece di liberarne, la stella smette di resistere alla gravità, e come un pugile stremato, si accascia. L'esplosione di una supernova arriva a generare energie pari a quella di 2,5 triliardi di bombe atomiche!  L'esplosione delle supernove è  quindi un passaggio fondamentale nell'evoluzione del cosmo: questi eventi producono infatti gli elementi pesanti dai quali nasceranno le future generazioni di stelle e pianeti.

Gli astronomi dell’Università dell’Illinois hanno simulato al computer l’esplosione in una supernova di una stella distante soltanto 30 anni luce dalla Terra. In pochi giorni l’onda d’urto raggiungerebbe il nostro sistema solare. Il vento solare e l’eliosfera che frenano i raggi cosmici e così “proteggono” la Terra, verrebbero spazzati via. E il bombardamento di raggi cosmici e particelle sul nostro Pianeta spazzerebbe via lo strato di ozono che ci ripara dai raggi ultravioletti: la vita sparirebbe in poco tempo.

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.

Perchè la nostra Galassia si chiama Via Lattea?

La nostra Galassia, la Via Lattea, ha un diametro di circa 100 000 anni luce e uno spessore, nella regione dei bracci, di circa 1 000 anni luce. Le stime sul numero di stelle che la compongono sono varie e secondo alcune fonti sarebbero circa 200 miliardi. Il nostro Sistema Solare fa parte della Via Lattea. Il nostro gruppo di pianeti, tra i quali si trova la Terra, è un punto piccolissimo della nostra Galassia. Se vi fosse un modellino in scala con un diametro di 130 km che rappresentasse la nostra Galassia, il sistema solare ne occuperebbe appena 2 millimetri.

All'esterno della Via Lattea si staglia l'alone galattico, delimitato dalle due galassie satelliti maggiori, la Grande e la Piccola Nube di Magellano. Il nome Via Lattea (Milky Way) è da attribuire a come la vediamo dalla Terra, appunto una striscia bianca di latte! Ma perchè proprio striscia di latte? Mitologicamente, durante una delle sue 'scappatelle', Zeus ebbe un figlio da Alcmena. Doveva essere un figlio tanto forte da impedire lo sterminio di uomini e dei. Alcmena partorì Eracle e lo lasciò su un prato per timore della moglie di Zeus, Era. Atena, convinta da Zeus, portò la sua regina Era sul prato e trovò il bimbo. Era decise di allattarlo ed il bimbo, appunto Eracle, si attaccò al seno con una tale forza che Era si ritrasse. Uno schizzo del latte di Era terminò in cielo, a formare la Via Lattea, mentre Eracle (che vuol dire Gloria di Era) divenne immortale. La nostra Galassia, vista da fuori da una posizione di taglio avrebbe la forma di un fuso, molto allungata e piatta. Vista di fronte, tuttavia, la Via Lattea assumerebbe la forma di una grande spirale con una barra centrale dalla quale si diramano i bracci.

 (foto: https://500px.com/photo/116296187/ribbon-of-starlight-by-stephen-allinger?ctx_page= from=related_photos&photo_id=117492343)

La forma della Galassia è stata individuata con molta difficoltà ed a tutt'oggi non è neanche molto sicura, se è vero che nuovi strumenti tecnologici ci pongono di fronte a differenti dati che, ad esempio, hanno portato il numero di bracci della spirale da 4 a 2 nel corso del 2008. Ovviamente per poterla vedere occorrerebbe spingersi molto lontano non solo dalla Terra ma dalla Galassia stessa, ed attualmente non abbiamo mezzi né tecnologie in grado di compiere questo lavoro in tempi accettabili per una vita umana. Il disco galattico è formato da stelle e materia interstellare in quantità molto abbondante. Questa materia può essere diffusa omogeneamente oppure raccolta in nubi di diversa dimensione. Guardando la Galassia da fuori e di taglio, noteremmo che la striscia luminosa che la compone è tagliata in due da una fascia oscura: la luce delle stelle in questa zona è infatti assorbita dalle polveri concentrate sul disco.

Proprio la presenza di grandi quantità di gas e polveri fa sì che il disco galattico sia un continuo fermento di stelle in formazione, quindi la popolazione di questa area galattica è molto varia, abbinando stelle anziane a stelle giovanissime.

Anche nel disco galattico sono presenti famiglie di stelle ed ammassi, ma questi ammassi sono molto meno fitti degli ammassi globulari presenti nell'alone galattico: si tratta degli ammassi aperti. Componente immateriale della Galassia ma non di poco conto, il campo magnetico galattico fu ipotizzato per la prima volta da Enrico Fermi nel 1949. E' noto che una carica elettrica in moto produce un campo magnetico, e che il gas interstellare è composto parzialmente da particelle cariche in movimento, che quindi producono un campo magnetico.

Fermi stimò anche il valore del campo magnetico in 3x10-6Gauss, basandosi sul fatto che durante la lunga vita della Galassia si fosse giunti ad un equilibrio tra densità di energia cinetica e magnetica. In effetti il valore empiricamente riscontrato è di 3,5x10-6Gauss.

Ancora nel 1949, Hiltner e Hall notarono la polarizzazione delle stelle molto lontane (significa che l'intensità della luce non è uguale in ciascuna direzione ma si concentra maggiormente in alcune direzioni anziché in altre), e che la polarizzazione stessa cresceva al crescere della distanza.

Via Lattea e M31, la galassia di Andromeda, rappresentano le maggiori esponenti delle galassie facenti parte del Gruppo Locale insieme alla galassia del Triangolo. Il Gruppo Locale, a sua volta, è compreso nel Superammasso Locale.

Si è sempre pensato che le due Nubi di Magellano fossero due galassie satelliti della nostra, mentre recenti dati sembrano dimostrare che queste galassie siano invece al loro primo e unico passaggio nei nostri dintorni.

Il futuro della Galassia è spesso indicato con il termine di Milkomeda, un nome fuso tra Milk Way (la nostra Via Lattea) e la galassia di Andromeda.

Infatti, la galassia di Andromeda è in avvicinamento alla nostra ad una velocità tra 100 e 140 km/s e tra circa 3 o 4 miliardi di anni le due giganti potrebbero entrare in collisione. L'evento porterebbe ad un mescolamento di stelle ed alla formazione di numerose altre stelle grazie allo sfregamento dei gas. Il risultato finale dovrebbe essere una gigantesca galassia ellittica, la cui formazione richiederebbe circa un miliardo di anni dall'inizio della collisione.

L'Universo ha davvero avuto origine per puro caso?

Secondo le moderne teorie, il nostro Universo ha avuto inizio da un’enorme esplosione, il Big Bang. Si ritiene che, prima di questo evento, tutta l’energia e tutta la materia dell’attuale Universo fossero compresse in un punto infinitamente piccolo; con il Big Bang si ebbe la liberazione di questa energia, a seguito della quale tutte le particelle di materia iniziarono a formarsi e ad allontanarsi rapidamente le une dalle altre.
Subito dopo l’esplosione, che sarebbe avvenuta intorno a 13,7 miliardi di anni fa, la temperatura era di circa 100 miliardi di gradi Celsius (°C). La materia era presente sotto forma di particelle con carica positiva, chiamati protoni, oppure prive di carica, i neutroni; a causa dell’elevata energia, queste particelle si scontravano tra loro aggregandosi e formando così quelli che sarebbero divenuti i primi nuclei atomici. Successivamente, quando l’Universo raggiunse una temperatura di circa 2500 °C, i protoni presenti nei nuclei cominciarono ad attrarre piccole particelle con carica negativa, detti elettroni, che resero possibile la formazione dei primi atomi. A partire da questi atomi, col passare del tempo, si sono originati tutti i pianeti e le stelle del nostro Universo, compresi la Terra e il Sole.

Ancora oggi gli scienziati non sanno dire con precisione quanto tempo fa sono comparse sulla Terra le prime forme di vita, ma è probabile che esse si siano originate spontaneamente a partire dalle varie sostanze chimiche che si trovavano negli oceani primitivi. Di sicuro, però, esiste una stretta relazione tra la formazione di queste prime forme di vita e le condizioni ambientali presenti sulla Terra miliardi di anni fa.
Secondo la teoria della relatività, applicata da Stephen Hawking e Roger Penrose allo studio dell’origine dell’universo, quel punto di dimensioni infinitesimali da cui ha avuto inizio tutto quanto è identico al punto al centro di un buco nero: una “singolarità”, un punto cioè in cui le leggi della fisica classica cessano di essere applicabili. Ma applicando la meccanica quantistica allo studio della relatività, si potrebbe riuscire a dimostrare che la singolarità all’inizio dell’universo non è realmente tale. La teoria detta della gravità quantistica a loop, una delle tante proposte per conciliare relatività e meccanica quantistica, suggerisce che prima del nostro universo un precedente universo in contrazione si è ridotto fino alle dimensioni di un punto minuscolo. Ma prima che si giunga alla singolarità, gli effetti quantistici della gravitazione impediscono il collasso dell’universo dando un vero e proprio calcio, che porta il cosmo a rimbalzare e ad espandersi nuovamente. Presentata per la prima volta nel 2007 su Nature Physics, questa tesi è stata proprio in questi giorni ampliata in un articolo su Physical Review Letter dimostrando che ben si concilia con le prove dell’inflazione cosmica, quel momento cioè che seguì il Big Bang di poche frazioni di secondo e che comportò un’espansione dello spaziotempo a un tasso accelerato. Se fino a oggi la teoria dell’inflazione è stata considerata un’ottima prova del modello standard cosmologico, ora potrebbe dimostrarsi non necessariamente collegata all’idea dell’origine dell’universo con il Big Bang, ma conciliarsi piuttosto con l’idea di un Big Bounce.

L’idea è che l’Universo è esistito per un tempo indefinito in uno stato stazionario come per primo aveva proposto Einstein, per poi diventare instabile a un certo punto innescando il fenomeno inflativo che ha dato origine al nostro attuale universo in espansione. Secondo i proponenti di questo paradigma, Gorge Ellis dell’Università di Cape Town e Roy Maartens dell’Università di Portsmouth, questo universo stazionario era di dimensioni minuscole ma comunque superiori a quelle di Planck per cui i fenomeni quantistici non si applicano e l’universo può rimanere in questo stato per lungo tempo grazie a un’energia del vuoto di tipo negativo che controbilancia la forza di gravità, ed è identica alla cosiddetta energia oscura che oggi espande l’Universo.

 

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.

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