La cosmologia di Halton Arp

Chi è Halton Arp? Halton Christian Arp, nato a New York nel 1927, è un astronomo statunitense noto per il suo Atlas of Peculiar Galaxies pubblicato nel 1966 che cataloga (non a caso) molti esempi di galassie in interazione. Ma Arp è ancor più noto per essere un acceso critico della teoria del Big Bang , sostenendo invece una cosmologia non in linea con il modello accettato dalla maggioranza dei suoi colleghi, in particolare per quanto riguarda il redshift, lo spostamento verso il rosso. Un suo importante campo di indagine astronomica riguarda le quasar, oggetti cosmici con un elevatissimo redshift. Secondo la teoria dominante, ciò può significare solo una cosa: questi oggetti si stanno allontanando da noi ad altissima velocità e si trovano agli estremi confini dell’universo. Ma secondo Arp, se si evidenziano nelle foto e nelle rilevazioni i collegamenti tra i quasar ad elevato redshift ed alcune galassie a basso redshift, ecco che decenni di teorie e revisioni cadono. L’ipotesi di Arp, che egli espose nel 1960 , è che le quasar siano oggetti locali eiettati dal nucleo di galassie molto attive. Arp evidenzia come in alcune fotografie appaiano evidenti legami fisici fra le quasar e altre galassie, che secondo la legge di Hubble sono molto più vicine a noi di quanto non dovrebbero essere le quasar in questione. Inoltre Arp fa anche notare come le quasar non siano uniformemente diffuse nell’Universo a noi noto, piuttosto tendono a concentrarsi in zone dello spazio angolarmente poco distanti da un determinato tipo di altre galassie. Arp suggerisce che le quasar siano in realtà emesse dal nucleo di galassie particolarmente attive. Galassie vicine, caratterizzate da forti emissioni radio e da una particolare morfologia, come Messier 87 e NGC 5128, sembrerebbero confermare l’ipotesi di Arp. L’implicazione dell’ipotesi è che il redshift di queste quasar debba avere un’origine non cosmologica, o intrinseca. Arp spiega il redshift con la teoria della relatività generale di Einstein e la teoria di Narlikar del 1977 secondo la quale la massa delle particelle (e per estensione dei corpi che di particelle sono formati) aumenterebbe progressivamente nel tempo. Se ne deduce che una delle innumerevoli cause del redshift sarebbe quindi l’età delle particelle. Arp cita anche la teoria della quantizzazione del redshift come spiegazione del redshift delle galassie. Nei suoi libri, Arp spiega alcune delle ragioni che lo portano ad criticare la teoria del Big Bang, citando le sue ricerche sulle quasar.
L’ultimo libro pubblicato in Italia di Arp ha un titolo molto significativo, “Seeing red. L’Universo non si espande”. Il “vedere rosso” a cui si riferisce il titolo corrisponde all’interpretazione dello slittamento delle righe spettrali delle galassie verso lunghezze d’onda maggiori, uno slittamento tanto più forte quanto più la galassia osservata è lontana. L’interpretazione dello spostamento delle linee spettrali verso il rosso (redshift) è interpretato dalla grande maggioranza degli astronomi e dei cosmologi come una prova del moto di allontanamento delle galassie dovuto all’espansione dell’universo, e quindi, in ultima analisi, come una prova della teoria secondo cui l’inizia dell’universo sarebbe legato a un Big Bang, una grande esplosione avvenuta 13,75 miliardi di anni fa. E ciò in accordo anche con la cosmologia di Einstein, Friedman, e Lemaitre. L’osservazione e poi l’interpretazione dello spostamento spettrale verso il rosso delle galassie come espansione dello spazio-tempo risale a Edwin Hubble e ai suoi classici studi compiuti negli Anni Venti del secolo scorso e proseguiti fino all’inizio degli Anni Cinquanta, quando Hubble morì di morte improvvisa per un infarto. Halton Arp, che ha lavorato a lungo accanto a Hubble all’Osservatorio di Monte Palomar, non ha però mai accettato questa interpretazione. Arp ha sempre sostenuto che lo spostamento verso il rosso non è dovuto al moto di espansione dell’universo (che non esisterebbe) e quindi non è riconducibile a un “effetto Doppler”. A dimostrazione di questa tesi ha raccolto e documentato alcuni casi di galassie che sembrano molto vicine tra loro ma mostrano velocità di allontanamento assai diverse, e quindi dovrebbero trovarsi a distanze da noi altrettanto disparate. La maggior parte degli astronomi spiega queste situazioni come anomalie locali, ininfluenti rispetto al moto di espansione globale dell’universo. Arp e il piccolo gruppo dei suoi seguaci preferiscono invece interpretazioni alternative basate su teorie della gravità elaborate da Fred Hoyle e dal suo allievo Narlikar. La polemica tra Arp e i suoi colleghi rappresenta una delle più interessanti manifestazioni di dissenso in ambito scientifico.
Il libro pubblicato in Italia da Jaca Book è la sintesi delle argomentazioni e delle lotte scientifiche di Arp. Rispetto all’edizione originaria di “Seeing red”, datata 1998, quella italiana riporta un Post-scriptum aggiuntivo, con gli ultimi risultati delle sue ricerche cosmologiche. La tesi di fondo è ancora quella di Fred Hoyle e della “creazione continua” di materia. “L’evidenza più devastante che continua ad accumularsi contro il Big Bang – scrive Arp nelle ultime righe del post-scriptum – è che tutti i redshift che superano i 300 chilometri al secondo sono prodotti da materia più giovane e non indicano velocità di recessione”. (Elaborato da Piero Bianucci La Stampa 16 marzo 2009).

Pubblicità

Un universo nato per essere osservato

Questo scritto è tratto dal libro “Le origini dell’Universo” di J. D. Barrow (pagine 21 – 38). Fino ai primi anni del secolo ventesimo né i filosofi né gli astronomi avevano mai messo in dubbio l’idea che esistesse uno spazio fisso sullo sfondo del quale si muovevano le stelle, i pianeti e tutti gli altri corpi celesti. Per quanti cambiamenti si potessero osservare ci si immaginava sempre che essi avvenissero sullo sfondo di uno spazio fisso […] Ma negli anni Venti questa semplicistica rappresentazione dovette essere mutata; in primo luogo, per suggerimento dei fisici che studiavano le conseguenze della nuova concezione einsteiniana della gravità; e, in secondo luogo, per i risultati delle nuove osservazioni eseguite dal famoso astronomo nordamericano Edwin Hubble sul colore della luce emessa dalle stelle appartenenti a galassie lontane. Hubble fece uso di una semplice proprietà delle onde elettromagnetiche. Se la loro sorgente si allontana dall’osservatore, la frequenza con cui le onde stesse sono ricevute diminuisce. […] Anche la luce è un’onda e quando la sorgente si allontana dall’osservatore, la diminuita frequenza delle onde luminose fa sì che la luce visibile appaia all’occhio dell’osservatore leggermente più rossa. Questo effetto è chiamato “spostamento verso il rosso”. Quando la sorgente luminosa si avvicina all’osservatore, invece, la luce visibile diventa più azzurra e questo effetto prende il nome di “spostamento verso il blu”.
Hubble scoprì che la luce proveniente dalle galassie da lui osservate mostrava uno spostamento sistematico verso il rosso. Fu studiando su questo fenomeno che Hubble scoprì che quanto più lontana era la sorgente luminosa quanto più velocemente essa si allontanava da noi. Si tratta della famosa “legge di Hubble”. Hubble aveva scoperto l’espansione dell’Universo e questo significava che l’universo si trovava in uno stato dinamico. Fu la prima grande scoperta scientifica del XX secolo, che confermava quanto la teoria generale della relatività di Einstein aveva già predetto a proposito dell’universo: che esso non può essere statico. L’attrazione gravitazionale fra le stelle e le galassie le spingerebbe le une addosso alle altre se esse non si allontanassero reciprocamente. Insomma, il cosmo non può stare fermo! E allora se l’universo si espande – invertendo la direzione di marcia della storia e guardando al passato – troveremo le prove che il cosmo è emerso da uno stato più denso e più piccolo nel quale esso aveva dimensione zero. Insomma, stiamo parlando del Big Bang.
Ma di preciso cosa si sta espandendo? Solo quando si passa alla scala dei grandi ammassi di centinaia di migliaia di galassie è possibile constatare che l’espansione vince la locale forza di gravità. Per esempio la galassia di Andromeda si sta muovendo verso di noi perché l’attrazione gravitazionale fra la Via Lattea e Andromeda è più forte degli effetti dell’espansione dell’Universo. Per capire, è preferibile pensare l’espansione dell’universo come l’espansione dello spazio esistente fra gli ammassi galattici. Ma perché diciamo che tutti gli ammassi si allontanano da noi? Perché proprio noi? Copernico ha già ampiamente dimostrato che la Terra non è al centro dell’universo; allora se pensiamo che ogni cosa si sta allontanando da noi ci ricollochiamo al centro dell’immensità degli spazi? Assolutamente no, le cose non stanno così. L’espansione dell’universo non è un’esplosione che abbia avuto origine in un determinato punto nello spazio. Non esiste uno spazio inteso come uno sfondo fisso entro il quale l’universo si sta espandendo; l’universo contiene tutto lo spazio esistente. […] L’universo è tutto ciò che esiste.
A questo punto possiamo domandarci se lo stato di espansione continuerà o no. […] Se l’energia del moto verso l’esterno è superiore a quella creata dall’attrazione gravitazionale che agisce verso l’interno, l’oggetto supererà la velocità di fuga e continuerà ad espandersi. Se invece l’attrazione che la gravità esercita fra le parti dell’oggetto in espansione è più forte, ’oggetto stesso alla fine comincerà a tornare indietro, come fanno la Terra e la pietra lanciata in aria. Così avviene anche con gli universi in espansione; esiste una velocità di lancio critica nel momento in cui essi cominciano ad espandersi. Se la velocità di lancio supera la velocità critica, l’attrazione gravitazionale della materia contenuta in tale universo non sarà in grado di fermare l’espansione del medesimo, ed esso continuerà ad espandersi eternamente. Se invece la velocità di lancio è inferiore al valore critico , l’espansione alla fine si fermerà e invertirà il suo corso: la contrazione continuerà fino a quando quell’universo raggiungerà la dimensione zero (la stessa che possedeva quando cominciò ad espandersi). Fra questi due sistemi se esiste un altro: un universo che possiede esattamente la velocità di lancio critica cioè il valore minimo che gli consente di espandersi per sempre. Uno dei più grandi misteri dell’universo è che esso si sta espandendo a una velocità sorprendentemente vicina alla velocità critica. Così vicina che di fatto non possiamo dire ancora da quale parte dello spartiacque critico esso si trovi. […] Per ora accontenti amici di capire perché qualunque universo il quale contenga degli esseri umani debba trovarsi dopo miliardi di anni di espansione, vicinissimo a quello spartiacque critico. Se l’universo comincia ad espandersi ad una velocità molto superiore alla velocità critica allora la gravità non può dare origine a delle isole locali di materia idonee alla formazione di galassie e stelle. Gli universi i quali si espandono a una velocità superiore alla velocità critica non daranno mai origine alle stelle e quindi non produrranno mai i mattoni per la costruzione di entità “viventi” così complesse come gli esseri umani. Del pari se un universo si espande ad una velocità molto inferiore alla velocità critica la sua espansione si rovescerà in contrazione prima che le stelle abbiano avuto il tempo di formarsi, di esplodere e di creare le componenti degli esseri viventi. E anche in questo caso ci troviamo in presenza di un universo incapace di dare origine alla vita. Ne impariamo una sorprendente lezione: solo gli universi che dopo miliardi di anni continuano ad espandersi molto vicini allo spartiacque critico sono in grado di produrre la materia che sta alla base di qualsiasi struttura sufficientemente complessa da potersi qualificare come un osservatore.

Scienza e mitologia nel Centauro

Il Centauro è un costellazione molto bella e luminosa grazie alla presenza di alcune fra le stelle più luminose dell’Associazione Scorpius-Centaurus, l’associazione OB più vicina al Sole; si tratta di un’associazione stellare composta da stelle blu luminose con un’origine comune e che si muovono assieme nello spazio. La costellazione del Centauro è famosa anche perché ospita la stella più vicina al nostro Sole, alfa Centauri, che è composta da tre stelle. Questa costellazione si trova in una parte molto luminosa della Via Lattea.
Rigel Kentaurus è la stella più luminosa della costellazione del Centauro: per questo è più nota come Alfa del Centauro o Alfa Centauri. E’ una stella ben visibile ad occhio nudo per chi osservi dall’emisfero australe, essendo una delle più brillanti del cielo: la terza per la precisione, dopo Sirio, la gemma che risplende nelle nostre notti invernali, e Canopo, la stella più brillante della costellazione della Carena.
Nel 1689 si scoprì che Alfa Centauri era formata da due stelle molto vicine fra loro e, negli anni successivi, ci si rese conto che le due compagne ruotavano periodicamente l’una attorno all’altra, essendo fra loro legate dalla mutua attrazione gravitazionale.
Le osservazioni condotte fino ad oggi hanno permesso di migliorare sempre più le nostre conoscenze sui due membri del sistema: l’una è una stella di magnitudine visuale apparente -0,04 e di tipo spettrale G, cioè gialla come il nostro Sole, e l’altra è una stella tre volte più debole (di magnitudine visuale apparente 1,17) e di tipo spettrale K (appena più fredda), che ruotano una attorno all’altra in circa 80 anni. Durante lo svolgimento di un’orbita, le due stelle vengono a trovarsi vicine fino ad 11 unità astronomiche (l’unità astronomica, è la distanza media Terra-Sole), per allontanarsi poi fino a 35 U.A.
Le masse delle due componenti sono rispettivamente 1,10 e 0,85 volte quella del Sole, i raggi 1,07 e 1,22 quello solare ed infine le luminosità 1,5 e 0,4 quella solare. L’astro più massiccio è dunque molto simile al nostro Sole; l’altro è un po’ più grande, nonostante la massa minore, un po’ meno luminoso e di un colore arancio appena più scuro, come indicato dal tipo spettrale.
Dall’epoca della scoperta della duplicità, gli studi sul sistema di alfa Centauri si moliplicarono. Nel 1915, una debole stellina invisibile ad occhio nudo, distante sulla sfera celeste circa 2 gradi da alfa Centauri, sembrò strapparle la palma della stella più vicina al Sole. In quell’anno, infatti, una serie di misure della parallasse diede un valore di circa 0″,89, corrispondente a 3,66 anni luce: un nuovo record. Proprio per questo la stella fu battezzata Proxima Centauri. Successive misure più precise hanno corretto il valore a 4,28 anni luce.
Essendo vicina in cielo alla coppia di alfa Cemauri ed essendo praticamente alla stessa distanza, Proxima potrebbe essere il terzo componente del sistema? Un semplice calcolo statistico lascerebbe pensare di sì. Poiché la distanza media di due stelle (non legate gravitazionalmente) nei dintorni del Sole è di circa 490.000 U.A. e quella invece che separa Proxima da alfa Centauri è soltanto 13.300 U.A., sembrerebbe altamente improbabile che le due stelle si trovino così vicine per puro caso.
Curiosamente, se Proxima è il terzo componente del sistema di alfa Centauri, allora, ruotando in un’orbita completa, Proxima ed alfa Centauri si alternerebbero, ora l’una ora l’altra, nel ruolo di “stella più vicina al Sole”!
Esistono argomenti di altra natura, però, che fanno pensare che Proxima Centauri possa essere una stella indipendente. Infatti se fosse un membro del sistema di alfa Centauri, dovrebbe essere nata alla stessa epoca e mostrare quindi la stessa età. È infatti ragionevole ritenere che le stelle di un sistema binario o multiplo si siano formate dentro la stessa nube molecolare.
Invece, una delle caratteristiche più importanti di Proxima è quella di essere una stella a flare (“brillamento” in inglese), ossia di mostrare di quando in quando improvvisi aumenti di luce, dei guizzi verso l’alto di breve durata molto intensi soprattutto nell’ultravioletto.
Dalle moderne teorie dell’evoluzione stellare sappiamo che tali stelle sono nelle prime fasi della loro vita: per le stelle a flare nei dintorni del Sole l’età non dovrebbe superare i 400 milioni di anni. Alcune stime dell’età di alfa Centauri danno invece il valore di circa tre miliardi di anni. Se così fosse, saremmo allora costretti a ritenere Proxima Centauri stabilmente la stella a noi più vicina, che solo il caso ha voluto collocare nei pressi della sua più famosa e rilucente compagna.
Gamma Centauri, distante 110 anni luce, è una doppia stretta con componenti bianco-azzurre di mag. 3.1 e 3.2 che orbitano l’una intorno all’altra con un periodo di 85 anni. Assieme, splendono come una stella di mag. 2.2. Nel 1973 si trovavano alla massima distanza tra loro ed erano visibili con un’apertura di 100 mm, ma intorno al 2015 si troveranno alla distanza minima e non saranno più separabili con i telescopi per dilettanti.
Omega Centauri (NGC 5139) è l’ammasso globulare più grande e più brillante del cielo, tanto che nelle vecchie carte celesti era etichettato come una stella. A occhio nudo, lo si vede come una stella di mag. 3.7, e copre un’area pari a oltre due terzi quella della Luna piena. Un piccolo telescopio, o perfino un binocolo, comincia a risolvere in singole stelle le sue regioni esterne, ed è un vero spettacolo per gli strumenti di tutte le aperture. La sua luminosità e le sue dimensioni apparenti sono in parte dovute alla sua relativa vicinanza a noi, 16.000 anni luce, che lo rende uno degli ammassi globulari più vicini.
NGC 3918 è una piccola nebulosa planetaria distante 14.500 anni luce, scoperta da John Herschel, che la chiamò Planetaria blu. Ha un aspetto simile a quello del pianeta Saturno, ma è notevolmente più grande.
NGC 5128 è una galassia peculiare (dista circa 15 milioni di anni luce) nota ai radioastronomi come Centaurus A. Nelle fotografie a lunga esposizione appare come una galassia ellittica gigante attraversata da una densa banda di polvere, ma sulle radio immagini appare fiancheggiata da lobi di radio­emissione, come se avesse espulso getti di materia in seguito a una serie di esplosioni. In condizioni favorevoli, è visibile con un binocolo, ma è necessaria un’apertura di almeno 100 mm per scorgerne la forma e la banda oscura di polvere.
NGC 5460. distante 2700 a.l., è un grande ammasso di circa 25 stelle, visibile con un binocolo o un piccolo telescopio (Vedi anche articolo Una nova nel Centauro pubblicato il 25 ottobre 2010).
Il Centauro, creatura fantastica della mitologia greca ha le sembianze umane nella parte superiore del corpo e di cavallo in quella inferiore. Abitanti della Tessaglia, i Centauri rappresentavano i pregi e i difetti del genere umano portati ai massimi livelli. Infatti, la mitologia, da quella greca a quella medioevale, presenta queste creature a volte come estremamente sagge altre come esseri capaci di indicibili crudeltà. I Centauri erano noti per essere degli inguaribili ubriaconi e violentatori di donne. Non tutti i Centauri però avevano questa indole. Chirone, per esempio, era considerato uno dei Centauri più saggi e i suoi insegnamenti, soprattutto quello sull’arte della guarigione, lo fanno ritenere il padre fondatore della scienza veterinaria. Durante il periodo medievale, all’immagine del Centauro era associata quella dell’eretico proprio per il fatto che la dissociazione delle sue parti anatomiche lo rendeva simile allo stato equivoco dell’eretico: per metà cristiano e per l’altra metà pagano. Il Centauro nella gran parte dei casi è raffigurato armato di un arco o di una clava intento nella caccia di prede quali colombe o cervi, animali scelti entrambi a simboleggiare la debolezza dell’anima, facile preda del male. Troviamo i Centauri citati nell’Inferno di Dante come giustizieri delle persone che hanno usato violenza verso il prossimo. La collocazione dei Centauri nell’Inferno con tale compito sta proprio a simboleggiare la loro indole violenta perseguita durante la loro vita terrena.
Chirone, personaggio della mitologia greca era un Centauro. Nacque da Filira, figlia di Oceano e dal Titano Crono che per sedurla si trasformò in cavallo. Ciò spiega la sua immortalità ed il fatto che avesse appunto l’aspetto di un centauro, metà uomo e metà cavallo. Considerato il più saggio e benevolo dei centauri, esperto nelle arti, nelle scienze ed in medicina ebbe per allievi numerosi eroi come Aiace, Achille, Teseo, Eracle e Giasone. In quanto medico, fu chiamato a curare Achille quando quest’ultimo, a seguito delle magie praticate da sua madre Teti per renderlo immortale, ebbe la caviglia ustionata. Chirone gliela sostituì con quella di un Gigante morto, Damiso, particolarmente dotato nella corsa (ciò avrebbe reso Achille piè veloce). Essendo Eracle venuto a contrasto con i Centauri ne uccise alcuni ed i superstiti si rifugiarono presso la grotta dove viveva Chirone, che peraltro era amico dell’eroe. Nel corso della battaglia una freccia, scagliata da Eracle, colpì al ginocchio Chirone. Questa ferita, causata da una freccia avvelenata, non poteva guarire ma nemmeno poteva portare a morte Chirone, nato immortale, così che essa gli causava indicibili sofferenze che lo portarono alla disperazione. Desiderando la morte, Chirone riuscì ad ottenerla scambiando la sua immortalità con Prometeo che era diventato mortale per i suoi contrasti con Zeus. Il padre degli Dei, al quale il centauro era particolarmente caro, lo volle comunque vicino a sé nel cielo, dando origine alla costellazione del Centauro. A differenza degli altri Centauri Chirone si distingueva per la grande bontà d’animo, per la saggezza, per la conoscenza delle scienze, in particolare quella medica.

Aristarco di Samo anticipò di 2000 anni la concezione eliocentrica

Aristarco (Samo, circa 310 a. C. – circa 230 a. C.) fu un filosofo e matematico greco che anticipò di quasi due millenni la concezione eliocentrica di Copernico. Secondo alcuni brani della sua opera principale, Sulle dimensioni e distanze del Sole e della Luna (purtroppo andata perduta), riportati da Archimede l’ipotesi di Aristarco sul sistema solare è la seguente: le stelle fisse e il Sole sono immobili; la Terra si muove intorno al Sole lungo l’eclittica, ruotando contemporaneamente su se stessa. Aristarco fu il primo ad effettuare una stima delle distanze della Luna e del Sole dalla Terra, partendo dalla considerazione che, quando la Luna è esattamente all’ultimo quarto, si trova sul vertice dell’angolo retto di un triangolo rettangolo, agli altri vertici del quale sono collocati la Terra e il Sole.
I metodi geometrici da lui utilizzati sono teoricamente esatti, ma i valori ottenuti risultano inferiori a quelli reali a causa della limitatezza degli strumenti disponibili a quell’epoca.
Aristarco spiegò inoltre l’alternarsi delle stagioni con l’inclinazione dell’asse terrestre, la quale non è perfettamente perpendicolare al piano dell’orbita compiuta attorno al Sole. Della sua vita ci sono pervenute poche notizie. E’ noto, tuttavia, che egli fu condannato per empietà e come corruttore della gioventù per aver insegnato la teoria eliocentrica. Aristarco può essere considerato il principale protagonista in campo astronomico dell’epoca alessandrina. La sua principale intuizione, l’eliocentrismo, oggetto di numerose critiche, cadde ben presto nel dimenticatoio, fino all’avvento di Copernico.

Giovani stelle blu in NGC 602

A circa 200 mila anni luce di distanza dalla Terra, nel cuore della Piccola Nube di Magellano si stanno formando brillanti stelle blu (ammasso stellare NGC 602). La radiazione solare proveniente da queste stelle scava una vera e propria cavità, dando forma al gas e alla polvere circostante.
La Piccola Nube di Magellano rappresenta un grandioso laboratorio stellare per portare avanti studi molto dettagliati sui processi di formazione stellare e sull’evoluzione delle stelle in un ambiente poco differente da quello della nostra Galassia.
Le galassie nane, come lo è la Piccola Nube di Magellano, presentano un numero inferiore di stelle rispetto alla nostra e rappresentano i primi mattoni della galassie più grandi. Lo studio della formazione stellare in questa galassia nana è particolarmente interessante perché la sua natura giovane implica che vi è una mancanza degli elementi più pesanti che si sono formati nella successiva generazione di stelle.
Fonte Gruppo Locale

Novità: quanti pianeti come la Terra!

Siamo soli nell’Universo? La risposta definitiva a questa domanda ancora non l’abbiamo, ma oggi sicuramente sappiamo che, almeno nel nostro vicinato cosmico, si trovano tanti pianeti dalle dimensioni confrontabili alla Terra. Quanti? All’incirca uno ogni quattro, tra tutti quelli presenti intorno a stelle simili al nostro Sole. Sono questi i risultati di un studio sugli esopianeti durato ben cinque anni, che viene pubblicato nell’ultimo numero della rivista Science.
Andrew Howard e Geoffrey Marcy – gli astronomi dell’Università di Berkeley in California primi autori della ricerca – hanno selezionato 166 stelle con dimensioni e proprietà simili al Sole entro un raggio di 80 anni luce di distanza da noi, scoprendo che intorno ad esse orbitano molti pianeti di massa relativamente piccola, al limite della possibilità di identificazione degli attuali telescopi: le cosiddette “super-Terre”, con masse pari a circa tre volte quella del nostro pianeta. Per ottenere questi risultati così accurati gli astronomi hanno utilizzato il telescopio Keck sulle isole Hawaii, che ha permesso di individuare e misurare le piccolissime oscillazioni delle stelle prese in esame, la prova decisiva degli effetti gravitazionali prodotti da pianeti ad esse vicini.
“Su circa 100 stelle simili al Sole, una o due possiedono pianeti delle dimensioni di Giove, circa sei un pianeta delle dimensioni di Nettuno e circa 12 sono super-Terre con massa compresa tra dieci e tre volte quella terrestre” commenta Andrew Howard. “Se estrapoliamo questi risultati fino a pianeti ancora più piccoli – tra la metà e due volte la massa della Terra – prevediamo che se ne possano trovare 23 ogni 100 stelle”.
Fonte INAF

Una stella di neutroni da Guinness

Ha una massa doppia rispetto del Sole, impacchettata in uno spazio grande come il centro di Roma. L’oggetto superdenso, che si trova a 3.000 anni luce dalla Terra, è la stella di neutroni più grande mai scoperta. Circa il 20 per cento più massiva rispetto agli oggetti di questo genere. A individuarla un gruppo di ricerca statunitense e olandese, coordinato da Paul Demorest del National Radio Astronomy Observatory a Charlottesville (Usa) che ha annunciato la notizia sulla rivista Nature. La scoperta costringerà a riscrivere molte delle attuali teorie sulle stelle di neutroni. Spiega Paolo Esposito, astrofisico dell’INAF Osservatorio astronomico di Cagliari: “Una delle più sfide ardite della cosmologia è comprendere la struttura interna delle stelle di neutroni. A dispetto del loro nome, infatti, non sappiamo esattamente di cosa sono fatte. Sicuramente sono ricche di neutroni, ma l’esatta composizione è ancora sconosciuta e man mano ci si addentra verso il cuore delle stelle di neutroni, dove si raggiungono condizioni di pressione, gravità e temperatura, più ci si spinge nell’ignoto”.
Le stelle di neutroni sono i resti ultradensi di stelle molto grandi esplose come supernove la cui massa è compressa in una sfera grande quanto una piccola città. Per scoprire gli ingredienti “mancanti”, gli scienziati hanno bisogno di definire l’equazione di stato, effettuando misurazioni precise e simultanee della massa e del raggio, per calcolare la densità. “Alcuni modelli per descrivere le stelle di neutroni prevedono che queste siano composte da particelle esotiche, quark osservati esclusivamente dentro i grandi acceleratori, per brevissimi istanti”, prosegue Esposito. “Si è pensato che, seppur instabili sulla Terra, queste particelle, iperoni, nucleoni e altre, potessero formare le stelle di neutroni. Ora la scoperta di questa stella, dalla massa record, fa vacillare queste teorie perché l’equazione di stato non funziona”.
La stella di neutroni appena ‘pesata’ è una pulsar millisecondi che lampeggia con una frequenza molto precisa in onde radio e, oltre a essere ultradensa, ruota sul proprio asse 317 volte al secondo. Per misurare la sua massa è stato usato un effetto previsto dalla teoria della Relatività Generale di Einstein, il ‘Ritardo di Shapiro’, per il quale le pulsazione delle pulsar arrivano in ritardo sulla Terra a causa della curvatura dello spazio-tempo quando le due stelle, quella di neutroni e la sua compagna, si avvicinano mentre orbitano l’una attorno all’altra. I ricercatori si aspettavano che la stella avesse una massa pari a 1,5 volte la massa solare, invece le osservazioni hanno rivelato una massa più elevata di circa il 20%, alta abbastanza da escludere i modelli sulla composizione di stelle di neutroni che prevedono anche particelle esotiche.
“A questo punto, il cerchio si stringe”, dice Esposito. “Ci sono forti indicazioni per ritenere che, nonostante l’ambiente estremo, sia la materia ordinaria, quella di cui siamo fatti anche noi, a costituire questi oggetti bizzarri”.
Oggetti che, recentemente, stanno stravolgendo i punti cardinali degli astronomi. Solo pochi giorni fa, uno studio al quale ha partecipato anche Esposito ha descritto un’altra pulsar anomala. Che cosa sta succedendo? Risponde l’astronomo dell’Osservatorio di Cagliari: “E’ la dimostrazione che quello delle stelle di neutroni è un campo molto vivace della ricerca, nel quale c’è ancora tantissimo da fare e da scoprire”.
Fonte INAF

Gamow, ovvero Joe, un grande fisico pieno di ironia

George Gamow (“Joe”) è stato un grande fisico statunitense nato ad Odessa in Ucraina nel 1904. Fu il primo a calcolare le condizioni del Big Bang, previde l’esistenza della radiazione cosmica di fondo e diede un contributo alla decifrazione del codice del DNA, la molecola della vita. Gamow è stato un personaggio straordinario ed eclettico che spaziò dalla fisica nucleare alla cosmologia e alla biologia molecolare. Il suo grandissimo senso dell’umorismo lo condusse a perpetrare vari scherzi (alcuni rimasti famosi) e inoltre trovò il tempo di scrivere molti libri di divulgazione scientifica, alcuni dei quali ristampati ancora oggi.
Figlio di un maestro, Gamow visse in patria nel periodo tormentato della guerra e della rivoluzione e nel 1922, all’età di diciotto anni, andò a studiare all’università di Novorossijsk. Si era appassionato all’astronomia già a 13 anni, quando per il compleanno il padre gli aveva regalato un telescopio. Ben presto si trasferì a Leningrado dove studiò ottica e cosmologia sotto la guida di Aleksandr Fridman, da cui apprese di prima mano i modelli cosmologici. Completò gli studi di dottorato nel 1928, tre anni dopo la morte di Fridman.
Fra il 1928 e il 1931 studiò in vari paesi europei all’università di Gottingen, all’Istituto di fisica teorica di Bohr a Copenaghen, al Cavendish Laboratory a Cambridge e di nuovo a Copenaghen. Questi tre centri si trovavano nel bel mezzo della rivoluzione provocata allora in fisica dallo sviluppo della teoria quantistica. Gamow diede il suo principale contributo alla scienza durante il suo soggiorno a Gottingen, applicando la teoria quantistica alla spiegazione di come una particella alfa possa sfuggire da un nucleo atomico (alla stessa spiegazione pervenne indipendentemente l’americano Edward Condon, 1902 – 74). Questa spiegazione del decadimento alfa può anche essere rovesciata per chiarire come le particelle alfa (che sono nuclei di elio) si combinino con altri nuclei (fissione e fusione).
Richiamato in Russia nel 1931, Gamow fu nominato maestro di ricerche all’Accademia delle Scienze di Leningrado, e professore di fisica nella locale università. Egli soffrì molto per il regime stalinista del tempo (che non lasciava molto spazio al suo carattere scherzoso ed ironico) e nel 1933, approfittando del permesso di partecipare al Congresso Solvay per la fisica di Bruxelles, lasciò definitivamente l’Unione Sovietica e accolse l’invito a recarsi in America per una serie di conferenze. Negli Stati Uniti, dove tutti gli amici e colleghi lo hanno sempre chiamato Joe, accettò l’offerta di insegnare alla George Washington University dove rimase dal 1934 al 1956. Successivamente si trasferì nell’Università del Colorado dove rimase fino alla morte nel 1968. In Colorado ricevette il Kalinga Prize dell’Unesco in riconoscimento della sua attività di divulgazione, ben rappresentata dalla serie di libri su Mr. Tompkins.
Pur avendo compiuto ricerche anche sul decadimento beta e sull’evoluzione delle stelle, e pur avendo collaborato durante la seconda guerra mondiale al Progetto Manhattan e allo sviluppo della bomba a idrogeno, Gamow è noto soprattutto per il suo contributo alla teoria del Big Bang. A partire dal 1946, in collaborazione con i suoi allievi Ralph Alpher e Robert Herman, dimostrò che l’elio promordiale doveva essere stato prodotto a partire dai nuclei di idrogeno (protoni) e da neutroni nel Big Bang stesso, e predisse che l’universo attuale doveva essere immerso in un debole fondo di radiazione a microonde residua del Big Bang.
Questa previsione fu dimenticata fino agli anni Sessanta, quando Penzias e Wilson scoprirono accidentalmente la radiazione cosmica di fondo. E’ forse a causa del ritardo con cui la radiazione fu scoperta che non sempre ci si rende conto dell’esistenza di una connessione diretta fra i modelli cosmologici di Fridman, sviluppati già nel 1917, e gli studi moderni della radiazione di fondo, attraverso l’opera del suo allievo Gamow.
La Teoria alfa-beta-gamma
Questa teoria spiega come l’idrogeno primordiale fu parzialmente convertito in elio nel Big Bang, fornendo la materia prima di cui sono state fatte le stelle. Questa teoria predisse l’esistenza della radiazione cosmica di fondo a microonde, che fu poi confermata dall’osservazione. I calcoli della teoria prendono il via da meno di un secondo dopo l’origine dell’Universo, quando esso era un miscuglio estremamente denso e caldo di protoni, neutroni, elettroni e altre particelle fondamentali. Negli anni Quaranta Gamow e Alpher mostrarono che, nel corso dell’ulteriore espansione e raffreddamento dell’universo, il 75% della massa presente in tali particelle sarebbe rimasto sotto forma di protoni (nuclei di idrogeno), mentre il 25% sarebbe stato convertito in particelle alfa (nuclei di elio, contenenti ciascuno due protoni e due neutroni). Questa previsione corrisponde abbastanza esattamente alle abbondanze dell’idrogeno e dell’elio osservate nelle stelle più antiche, formatesi quando l’universo era giovane e spiega l’origine del 99% del materiale visibile nelle stelle e nelle galassie. Benché i calcoli fossero stati pubblicati nella tesi di dottorato di Alpher, Gamow ritenne che meritassero una circolazione più ampia e preparò un articolo per la rivista “Physical Review”. A questo punto si lasciò prendere dal suo senso dell’umorismo. Come scrisse egli stesso: “pareva di fare un torto all’alfabeto greco firmando i pezzi coi soli nomi di Alpher e Gamow ,così allestendo la relazione per la stampa venne inserito anche il nome del dottor Hans Bethe”. Bethe avuto in visione il manoscritto non protestò e fu anzi di aiuto nella successiva elaborazione così l’articolo apparve con tutti e tre i nomi nel numero del 1 aprile 1948 ed è noto ancora oggi come l’articolo “alfa-beta-gamma”, dai nomi Alpher, Bethe e Gamow.
Mr. Tompkins
Mr Tompkins è il protagonista di numerose e incredibili avventure. Dietro la sua aria annoiata da bancario alle prese con un giorno di riposo, si cela un viaggiatore curioso e appassionato, ben presto calato in un mondo apparentemente inaccessibile ai suoi sensi. Quel mondo che lui raggiunge nel sogno, è il regno della meccanica quantistica, della cosmologia e della relatività. A condurlo all’interno dei misteri della natura sarà un vecchio professore di fisica. Tra particelle e curvature spazio temporali il nostro eroe avrà anche tempo di innamorarsi di Maud, la nipote del professore. Con questi semplici ingredienti George Gamow è riuscito a creare una serie di racconti molto interessanti, che accompagnano il lettore nei meandri della natura riuscendo a creare per lui nuovi mondi, apparentemente piuttosto strani e incomprensibili, ma in realtà governati con le stesse leggi della fisica che troviamo nel nostro mondo “reale” ma con la particolarità, in vero cruciale, di avere i valori delle costanti universali differenti. Ed è con questo espediente che il simpatico bancario sarà in grado di osservare con i comuni sensi gli effetti quantistici o relativistici, altrimenti inosservabili. Gamow aveva cominciato a scrivere le storie di Mr Tompkins alla fine degli anni Trenta per la rivista Discovery, edita dalla Cambridge University Press, riscuotendo un enorme successo. Nel 1940 la Cambridge propone a Gamow di raccogliere queste storie in un libro che sarà poi intitolato Mr Tompkins nel paese delle meraviglie. Successivamente, nel 1944, esce un secondo libro intitolato Mr Tompkins esplora l’atomo. Nel 1965 la Cambridge raccoglie i due volumi in un unico libro, Mr Tompkins in Paperback che Gamow aggiorna con le ultime scoperte della fisica delle particelle elementari e della cosmologia. Proprio in quest’ultimo settore lo scienziato russo era direttamente coinvolto nella disputa che vedeva schierati da una parte i sostenitori della teoria dello stato stazionario tra cui Fred Hoyle, e dall’altra i sostenitori della teoria del Big Bang di cui proprio Gamow era uno dei padri fondatori. Sebbene il panorama editoriale si sia arricchito molto di prodotti divulgativi alcuni dei quali molto validi, il libro di Gamow mantiene inalterato tutto il suo fascino e si colloca a buon diritto come una delle opere più importanti nel campo della divulgazione scientifica, se non altro perché è stato il capostipite di questo genere di libri ed è stato tradotto praticamente in tutte le lingue europee, compreso il cinese e l’hindi. Infine una curiosità: le iniziali del nome di Mr Tompkins, C.G.H. sono tre delle costanti fondamentali della fisica, ovvero la velocità della luce c, la costante gravitazionale G e la costante di Planck h. (torinoscienza.it)

V404 Cygni, un sistema binario con buco nero

V404 Cygni è un sistema binario comprendente il buco nero “pesato” con maggiore precisione. L’interesse per l’oggetto V404 Cygni ebbe origine nel 1989, quando il satellite giapponese per l’astronomia nei raggi X Ginga rilevò un burst di raggi X da un oggetto etichettato allora GS2023+338. Gli astronomi si resero conto ben presto che i raggi X provenivano da una regione in cui nel 1938 era stata osservata una nova. Quando furono controllate le fotografie, si scoprì che, nel periodo in cui era stato osservato il burst di raggi X, la vecchia nova aveva accresciuto considerevolmente la sua luminosità, confermando che i raggi X venivano dalla stessa sorgente.
L’emissione era troppo intensa per poter essere spiegata con la presenza di una nana bianca in una nova ricorrente, cosicché dovevano provenire una stella di neutroni o da un buco nero.
Poiché la V404 Cygni è relativamente vicina a noi il suo studio è molto più facile di quello di altri possibili buchi neri. E nel 1994 gli astronomi poterono disporre di informazioni sufficienti per determinare le proprietà delle due stelle che costituivano questo sistema binario. La stella visibile orbita intorno ad una compagna invisibile con un periodo di 6,5 giorni ed una velocità di 210 Km/s (circa 750.000 chilometri orari). I particolari dell’orbita dimostrano che la compagna invisibile ha una massa 17 volte maggiore di quella della stella visibile. Le masse dei due oggetti sono rispettivamente di 0,7 e 12 masse solari. L’oggetto più leggero è la stella visibile; la compagna invisibile ha quindi una massa 12 volte maggiore di quella del nostro Sole, quattro volte di più il limite di Oppenheimer – Volkoff per la massa più grande possibile per una stella di neutroni. Essa deve essere quindi un buco nero.

 

I raggi del Sole illuminano la statua di Ra

I popoli antichi avevano molte più occasioni di noi di osservare il cielo e non sorprende quindi che avessero una certa familiarità con i fenomeni celesti. Numerosi monumenti antichi, dalle costruzioni egizie e maya ai monumenti megalitici di Stonehenge, testimoniano una puntigliosa ricerca di allineamenti esatti con oggetti celesti. C’è addirittura chi, come Fred Hoyle, ha sostenuto che Stonehenge era una macchina perfetta per la predizione delle eclissi. Alla radice di quest’interesse per l’osservazione del cielo dovette esserci una consapevolezza dell’associazione fra determinati fenomeni celesti e terrestri (l’esempio più classico è quello fra la levata eliaca di Sirio e l’inizio della piena del Nilo). Queste osservazioni condussero all’idea che i corpi celesti esercitassero un’influenza sulle cose del mondo, idea confortata dai fatti nel caso di azioni più vistose (il Sole che fa maturare le messi). Da qui allo sviluppo dell’astrologia, in epoche prive di una coscienza del metodo scientifico, il passo è abbastanza breve. Ma i monumenti archeoastronomici con la loro ricerca di precisi allineamenti – per esempio con la direzione della levata e del tramonto del Sole e della Luna agli equinozi e ai solstizi – testimoniano un’esigenza primaria anteriore: quella di determinare di anno in anno con precisione il ritorno del Sole alla stessa posizione in cielo. Quando Sirio ridiventa visibile in cielo poco prima della levata del Sole, è passato esattamente un anno dalla precedente levata eliaca e lo stesso vale per quando il Sole torna al solstizio d’estate sorgendo esattamente al centro della “pietra del tallone” a Stonehenge.
Nel 1890 Norman Lockyer notò che la direzione del corridoio del tempio di Ammon – Ra a Karnak era tale che al solstizio d’estate i raggi del Sole dovevano penetrare fino alla camera interna e illuminare la statua di Ra, il dio solare. Così Gerald Hawkins intorno al 1970, notò che il tempio di Abu Simbel è orientato in modo tale che due giorni all’anno, il 18 ottobre e il 22 febbraio, i primi raggi del Sole dovevano entrare nel tempio illuminando la stanza di Ramses II. Il 22 febbraio corrispondeva all’inizio dell’anno civile egizio al tempo della celebrazione del giubileo di Ramses. Allineamenti analoghi sono stati osservati anche in altri monumenti, come pure in costruzioni dell’America precolombiana.
John Gribbin Astronomia e Cosmologia

Voci precedenti più vecchie