I colori delle stelle

Le stelle sembrano tutte bianche a prima vista. Se però le osserviamo con attenzione, possiamo notare tutta una gamma di colori: blu bianco, rosso, ecc. Il motivo per cui le stelle hanno diversi colori rimase un mistero fino a due secoli fa, quando i fisici svilupparono un'adeguata comprensione della natura della luce e delle proprietà della materia alle altissime temperature.
In fisica lo spettro visibile è quella parte dello spettro elettromagnetico che cade tra il rosso e il violetto includendo tutti i colori percepibili dall'occhio umano che danno vita dunque al fenomeno della luce. La lunghezza d'onda della luce visibile nell'aria va indicativamente dai 390 ai 700nm .In termini di frequenze, lo spettro visibile varia tra i 770 ed i 430 THz.

Un prisma separa per rifrazione la luce nei colori che compongono lo spettro visibile (esperimento di Newton). Ma oltre i colori nello spettro della luce ci sono delle zone scure. Cosa sono? 
Il primo ad osservare delle zone scure nello spettro del sole fu il chimico inglese William Hyde Wollaston nel 1802. Successivamente, nel 1814, Fraunhofer riscoprì indipendentemente le linee e cominciò una classificazione sistematica, insieme ad una misura accurata della lunghezza d'onda delle linee stesse. Catalogò in tutto 570 linee, assegnando alle principali le lettere da A a K e altre lettere alle linee più deboli.
Successivamente Kirchhoff e Bunsen, scoprirono che ciascun elemento chimico può essere associato a serie di righe spettrali e dedussero perciò che le linee scure nello spettro solare fossero dovute all'assorbimento da parte degli elementi presenti negli strati più esterni del sole. Oggi, con le moderne tecniche di osservazione e di spettroscopia si possono distinguere migliaia di righe nello spettro solare.
Ogni elemento presente nell'Universo ha un diverso modo di assorbire la luce e quindi dallo spettro riflesso di una stella, dove si possono osservare anche le zone scure, si può determinare la sua composizione e quindi da quali elementi è composta.

Da cosa è composta la materia oscura dell'Universo?

I corpi celesti che osserviamo nell’Universo sono luminosi perché emettono luce o perché la riflettono. Le stelle brillano perché producono una grande quantità di fotoni e i pianeti risplendono perché riflettono la luce del Sole. Se non ci fosse il Sole, i pianeti non si vedrebbero e perfino un pianeta grande come Giove non sarebbe visibile se si trovasse, solitario nello spazio, molto lontano dal Sole.

Esiste comunque la possibilità di identificare un corpo celeste anche senza vederlo direttamente. Se ad esempio non si vedesse la Luna, potremmo dedurre la sua presenza dal fatto che esercita una leggera attrazione sulla Terra spostando leggermente la sua orbita. Allo stesso modo, le oscillazioni indotte dall'energia gravitazionale hanno permesso di individuare dei pianeti intorno a stelle lontane. Quindi la luce e la sua energia sono molto importanti. Ma il nuovo modello è quello di un Universo incredibilmente buio per i nostri occhi e per i nostri telescopi composto da solo il 4 per cento di barioni, ossia di materia ordinaria formata da protoni e neutroni, mentre circa il 23% è costituto da materia oscura. Per quanto sia impossibile osservare direttamente la materia oscura, possiamo tuttavia conoscere la sua massa in base all’attrazione gravitazionale che essa esercita sugli altri corpi celesti e sulla luce. La materia oscura, anche se invisibile, esercita dunque una forza di gravità e quindi, come qualsiasi altro corpo celeste, influenza la luce che le passa vicino. Per poter osservare un fenomeno tanto strano serve un mezzo di osservazione altrettanto originale. Il nuovo telescopio che ci consente di osservare anche ciò che non si vede ci fu offerto da Einstein con la sua teoria della relatività. Quella teoria prevedeva la distorsione dello spazio per la presenza in esso della materia. Secondo Einstein la presenza di un corpo distorce spazio e tempo e la distorsione è tanto più grande quanto più massiccio è il corpo che la produce.Se c’è della materia oscura tra noi e la galassia che stiamo osservando, la direzione della luce proveniente da quell’insieme di stelle verrà deviata leggermente perché la materia oscura si comporta come una lente gigantesca. Questo effetto prende il nome di “lente gravitazionale” e ha consentito di individuare molti corpi celesti il cui numero tuttavia non è ancora sufficiente per rendere conto di tutta la massa mancante nell’Universo. Da cosa è composta la materia oscura? Potrebbe essere costituita da nubi di gas oscuro, da stelle molto piccole che non sono riuscite ad innescare nel loro centro le reazioni nucleari di fusione a causa delle ridotte dimensioni, da pianeti non illuminati da stelle vicine o forse ancora da buchi neri. Complessivamente questi corpi sono detti MACHO o MAssive Compact Halo Object (oggetti massivi e compatti dell’alone) e sono costituiti di materia ordinaria, ossia protoni, neutroni ed elettroni. In realtà una parte della materia oscura potrebbe essere proprio questa, ma è molto più probabile che la forma misteriosa di materia possa essere composta da un nuovo tipo di particelle subatomiche chiamate WIMPs, acronimo di Weakly Interacting Massive Particles (particelle massive debolmente interagenti), che non produrrebbero praticamente alcun effetto sulla materia ordinaria o sulla luce. Un buon candidato a rappresentare le WIMPs è il neutrino, di cui ultimamente è stata misurata la massa, scoprendo che è molto piccola, ma non inconsistente come si era sempre ritenuto. In ogni caso, per quanto in numero enorme, i neutrini potrebbero costituire solo una parte della massa mancante dell’Universo, non tutta, quindi c’è posto per altre particelle più esotiche che aspettano di essere rilevate. Fra queste le più favorite sono gli assioni, particelle stabili con una massa molto piccola, ma sufficiente per interagire seppure debolmente con la materia ordinaria. Però la cosa non finisce qui. L’Universo in cui viviamo, non solo è molto esteso, ma si va anche ulteriormente espandendo. Esso cioè, col passare del tempo, si ingrandisce sempre più.