Galassie, particelle ed altri traguardi

Leggendo le news scientifiche riportate dai principali media, si ha spesso l’impressione che la ricerca sia una grande gara: chi arriva primo al traguardo sarà ricordato per sempre, e dopo una grande scoperta i casi sono archiviati. Di solito non si tratta di una descrizione fedele della realtà. Talvolta, però, l’atmosfera di gara contro il tempo non è soltanto il succo del messaggio filtrato dai mezzi di comunicazione, ma fa parte della routine stessa degli scienziati. Almeno, qualche volta. Vediamone alcuni esempi molto recenti.

Lo scorso maggio, il Telescopio Spaziale Hubble è stato visitato da un team di astronauti che hanno sostituito e riparato alcuni dei suoi strumenti, aumentando enormemente le sue già elevate prestazioni. Il potente occhio che scruta il cosmo al di fuori della nostra atmosfera è risorto a nuova vita, ed ha compiuto numerose osservazioni durante l’estate. Uno degli obiettivi più ambiti dagli astronomi è il cosiddetto Hubble Ultra Deep Field, il campo estremamente profondo: si tratta di una fotografia del cielo ottenuta esponendo per oltre 48 ore, per cercare di captare la luce delle galassie più lontane da noi, tra le prime ad essersi formate nell’Universo. Già il “vecchio” Hubble, prima dell’installazione dei nuovi strumenti, aveva ottenuto immagini spettacolari, individuando galassie formatesi solo 800 milioni di anni dopo il Big Bang, e i risultati promessi dai nuovi strumenti erano attesi con gran trepidazione. I primi dati sono stati resi pubblici lo scorso 9 settembre all’intera comunità scientifica. Solo due giorni dopo, nel database dove gli astronomi caricano i loro articoli scientifici, c’erano già quattro articoli che riportavano la scoperta delle galassie più lontane mai viste finora, formatesi tra 700 e 550 milioni di anni dopo il Big Bang. Per ottenere questi numeri, i membri dei gruppi che hanno presentato questi lavori raccontano di aver lavorato ininterrottamente per 48 ore all’analisi dei dati: probabilmente parte del lavoro era già pronto, ed aspettavano soltanto i dati veri per tirare fuori i numeri. Dopo oltre tre mesi, quei primi risultati non sono ancora stati del tutto confermati, mentre gli articoli pubblicati sull’argomento sono aumentati, sia in numero che in accuratezza dell’analisi. In fondo, non importa trovare “la” galassia più lontana, anche se forse quello è il (momentaneo) traguardo che rimane impresso nella memoria collettiva. I risultati interessanti per comprendere la formazione delle galassie e l’intera storia del nostro universo si ottengono individuando “tante” galassie lontane e non in due giorni, ma in settimane e mesi di lavoro.

Analogamente, le ultime settimane hanno visto una simile corsa nel campo della fisica delle particelle. L’acceleratore LHC (di cui ci siamo occupati la settimana scorsa) ha iniziato a funzionare al CERN di Ginevra, anche se ancora a basse energie. Le prime collisioni di protoni sono avvenute il 23 novembre, e soltanto cinque giorni dopo un articolo che riportava i risultati ottenuti era già pronto per la pubblicazione, firmato da un’immensa collaborazione di fisici che in quei giorni hanno lavorato non-stop. Anche in questo caso, tanta parte del lavoro era già stata preparata da mesi, e si aspettavano con ansia i dati da buttare in pasto all’analisi per tirare fuori i primi numeri. La corsa ad essere i “primi” ha accelerato il lavoro, anche se si dovranno aspettare ancora mesi per il risultato principale atteso dall’esperimento, ovvero la conferma (o meno) che la cosiddetta particella di Higgs esista, e le conseguenti implicazioni sulle teorie fisiche fondamentali.

Lo scorso giovedì, inoltre, sono stati annunciati i risultati di un altro importante esperimento per la fisica delle particelle, condotto negli Stati Uniti e dedito a cercare di individuare, in laboratorio, la cosiddetta materia oscura che gli astrofisici ritengono pervada l’universo. L’esperimento si chiama CDMS (Cryogenic Dark Matter Search) e si trova in una miniera, quasi un chilometro sottoterra, nel Minnesota. Ma già una decina di giorni prima dell’annuncio stesso, la comunità scientifica era in gran fermento. Prima di conoscere la natura stessa dei nuovi dati che stavano per essere pubblicati, ma basandosi semplicemente sulla notizia che “alcuni” dati sarebbero stati annunciati a proposito della materia oscura, almeno tre gruppi nel mondo avevano già iniziato a preparare articoli analizzando le possibili conseguenze teoriche di questi risultati! Alla fine, l’annuncio non è stato epocale come ci si aspettava: due osservazioni compiute con CDMS “potrebbero” essere spiegate con la materia oscura, ma non necessariamente. C’è bisogno di ulteriori osservazioni e, ovviamente, di lunghe analisi per interpretare i risultati ottenuti.

Perché correre, dunque? Per essere i primi a trovare la galassia più lontana, la particella più elusiva? Per accontentare dei mezzi di comunicazione affamati di notizie che dimenticano il giorno successivo? Dopo un anno passato dietro le fila di questa rubrica, porsi queste domande è naturale. Abbiamo provato a proporre, con “a riveder le stelle”, uno spazio alternativo, che ai racconti di gare e traguardi sostituisse una riflessione più attenta sulla scienza nascosta dietro ogni risultato. Speriamo di esserci riusciti, almeno un pochino. Colgo l’occasione per salutare tutti i lettori e ringraziare tutti i collaboratori che hanno scritto durante questo lungo Anno dell’Astronomia 2009.

CLAUDIA MIGNONE

Nell'immagine, la versione più recente dell'Hubble Ultra Deep Field, realizzata tramite osservazioni nella banda infrarossa per catturare la luce delle galassie più lontane, tra le prime a formarsi nell'universo. Per capire la profondità di queste osservazioni, si pensi che i lati dell'immagine, nel cielo, sono circa 12 volte più piccoli del diametro della Luna! (NASA, ESA, and the HUDF09 Team)

Tutti gli occhi puntati sulla Via Lattea

Chiunque abbia ammirato il cielo notturno troverà forse sorprendente credere che i nostri occhi sono in realtà ciechi rispetto alla maggior parte della “luce” che proviene dall’universo. Quella che percepiamo è, infatti, soltanto una piccolissima frazione dell’energia che stelle, galassie ed altre sorgenti astronomiche producono.

La cosiddetta luce “visibile” non è che una minima parte di quello che gli scienziati chiamano lo “spettro elettromagnetico”: onde radio, microonde, luce infrarossa corrispondono a energie più basse rispetto alla luce visibile, luce ultravioletta, raggi X e raggi gamma invece hanno energie più alte, ma si tratta sempre di luce.

L’atmosfera della Terra, inoltre, contribuisce al nostro “isolamento” assorbendo parte di questa radiazione e lasciando passare solo la luce visibile e le onde radio. Se non ci fosse l’atmosfera, e se i nostri occhi si fossero evoluti in qualche altro degli infiniti modi possibili, probabilmente il cielo notturno ci apparirebbe in modo completamente diverso.

Grazie ai progressi tecnologici degli ultimi decenni, gli astronomi hanno però imparato a guardare il cielo anche nelle altre energie, realizzando così innumerevoli scoperte. Mediante i telescopi spaziali che scrutano l’universo da una posizione privilegiata, fuori dall’atmosfera, in orbita intorno alla Terra, si sono potuti aprire “nuovi occhi” sul cosmo, osservandolo attraverso la luce infrarossa e ultravioletta, attraverso i raggi X, i raggi gamma e le microonde.

In particolare, le immagini di uno stesso oggetto realizzate in diverse “bande” energetiche svelano la vasta gamma di fenomeni fisici che avvengono al suo interno. Questa immagine, rilasciata lo scorso martedì dalla NASA, ne rappresenta un brillante esempio.


Ad essere ritratto è il centro della nostra Galassia, la Via Lattea, all’interno del quale è nascosto un buco nero supermassiccio, con una massa pari a quattro milioni di volte quella del Sole, la cui presenza non si può osservare direttamente ma solo intuire in modo indiretto. I vari colori dell’immagine corrispondono ad osservazioni realizzate in diverse bande energetiche, e riflettono diversi fenomeni fisici.

Quello che vede il Telescopio Spaziale Hubble, nella luce visibile e nel cosiddetto “vicino infrarosso”, è mostrato in giallo: si tratta di centinaia di migliaia di stelle, alcune delle quali stanno nascendo mentre altre brillano, bruciando il loro combustibile nucleare. In rosso, invece, sono rappresentate le osservazioni infrarosse effettuate dal Telescopio Spaziale Spitzer. La luce infrarossa corrisponde ad energie più basse rispetto a quella visibile: Spitzer è quindi sensibile a oggetti più freddi rispetto a Hubble, e può “vedere” la struttura filamentosa delle nubi di polvere cosmica, forgiate da venti prodotti dalle stelle vicine, e da cui nasceranno in futuro nuove stelle. In blu e viola, infine, sono riprodotti i dati osservati ai raggi X dal Telescopio Spaziale Chandra: i raggi X vengono emessi dal gas ad altissime temperature, oltre un milione di gradi, che si trova nei pressi del centro galattico, così caldo grazie all’energia rilasciata dalle vicine esplosioni stellari e dai getti energetici provenienti dal buco nero nascosto nel cuore della Via Lattea.

Combinando le immagini ottenute con i diversi telescopi, gli astronomi hanno potuto scoprire dettagli finora ignoti circa i fenomeni violenti ed impetuosi che hanno luogo nel centro della nostra Galassia, distante circa 26,000 anni-luce da noi.

CLAUDIA MIGNONE

Questa immagine, grande circa quanto la luna piena in cielo, mostra stelle nascenti, esplosioni, nubi di gas e polvere nel centro della Via Lattea. I diversi colori corrispondono ad osservazioni in diverse bande dello spettro elettromagnetico: il giallo rappresenta osservazioni nel visibile e vicino infrarosso (Hubble), il rosso indica osservazioni infrarosse (Spitzer), il blu-violetto mostra le osservazioni ai raggi X (Chandra). Immagine distribuita da NASA, ESA, CXC, SSC, STSci.

Il telescopio spaziale Hubble vede meglio di prima

Il telescopio spaziale Hubble, lanciato nel 1990, osserva le meraviglie del cosmo da una posizione privilegiata, in orbita intorno alla terra, da ormai quasi due decenni. Si tratta di un tempo considerevole per un prodotto di elevata tecnologia come questo: alcuni dei suoi strumenti avevano smesso di funzionare come una volta, altri semplicemente non potevano competere con i più moderni e sofisticati analoghi odierni.

Per questo motivo, la NASA ha progettato una missione di servizio, operata con successo nel maggio scorso, per installare due nuovi strumenti sul telescopio e riparare due di quelli già presenti a bordo. I sette astronauti a bordo dello Shuttle Atlantis hanno portato a termine il delicato incarico grazie a cinque “camminate” nello spazio, ciascuna della durata di sei ore e mezza; durante queste camminate, due astronauti per volta possono lavorare sul telescopio, che è stato costruito appositamente in modo da facilitare simili operazioni di manutenzione. Si è trattato della quinta ed ultima missione del genere, grazie alla quale il telescopio spaziale dovrebbe restare in funzione almeno fino al 2014.

Grazie alle recenti modifiche, Hubble è tornato sulla scena con risultati grandiosi: i nuovi strumenti sono più sensibili alla luce rispetto a quelli di precedente generazione, consentendo di riprendere immagini spettacolari con tempi di esposizione molto più brevi. Dopo tre mesi di cauta calibrazione e attento monitoraggio della nuova strumentazione, dopo aver osservato sorgenti astronomiche note ed averne analizzato le immagini, il team del telescopio spaziale ha presentato al mondo il nuovo Hubble, ringiovanito e con più grinta di prima.

Le nuove fotografie scattate da Hubble, rese pubbliche mercoledì 9 settembre 2009, mostrano stelle, galassie e nebulose con un incredibile grado di dettaglio. Le prossime osservazioni avranno come oggetto, fra gli altri, il censimento dei corpi della fascia di Kuiper, asteroidi che popolano le regioni più remote del sistema solare, insieme alla ricerca di pianeti extra-solari e delle galassie più vecchie e lontane dell’universo.

CLAUDIA MIGNONE

Immagine NASA, ESA, and the Hubble SM4 ERO Team.

Cento ore per scoprire l’Universo

Inizia oggi una delle iniziative chiave dell’Anno Internazionale dell’Astronomia, forse la più globale di tutte: “100 ore di astronomia”. Per quattro giorni, da oggi fino a domenica 5 aprile, astronomi professionisti, università, centri di ricerca, astrofili, appassionati, enti locali e associazioni di 135 paesi del mondo saranno coinvolti in una non-stop di attività per avvicinare il grande pubblico ai misteri del cosmo.

Sarà possibile assistere in diretta ad una serie ininterrotta di collegamenti tramite webcast sul sito www.100hoursofastronomy.org. Il programma internazionale prevede per oggi, 2 aprile, un susseguirsi di servizi in diretta dai più grandi centri di ricerca del globo, con interventi degli astronomi che vi lavorano; domani, invece, sarà la volta degli strumenti astronomici, protagonisti dell’evento planetario “Il giro del mondo in 80 telescopi”. Durante questa staffetta tra i più grandi osservatori mondiali e spaziali, ciascuno di essi trasmetterà in diretta per 20 minuti le attività di ricerca che vi si stanno svolgendo in quel momento, e le immagini del cielo che vengono riprese dal vivo.

Ad esempio, nella serata di venerdì, tra le 19.20 e le 19.40, sarà possibile ammirare in diretta le immagini riprese dal Telescopio Spaziale Hubble. Il contributo italiano all’avvenimento prevede un collegamento dal Telescopio Nazionale Italiano Galileo, situato sulle Isole Canarie (dalle ore 1.20 alle ore 1.40, durante la notte tra venerdì e sabato) e dal Large Binocular Telescope, un telescopio binoculare con due specchi del diametro di 8 metri ciascuno, che si trova in Arizona e di cui l’Italia è partner, insieme alla Germania e agli Stati Uniti (tra le 7.40 e le 8.00 di sabato mattina).

Ma non si tratta soltanto di un evento virtuale: durante l’intera durata della manifestazione, mostre, conferenze ed attività di osservazione del cielo saranno possibili in tutto il mondo. In particolare, sabato 4 sarà dedicato al “Global Star Party”, con osservazioni pubbliche e gratuite ai telescopi, mentre domenica 5 si festeggerà il “Sun Day”, una celebrazione del Sole e della sua importanza per la vita sul nostro pianeta. Le numerose iniziative in programma in Italia si possono trovare sul sito www.astronomy2009.it; per quanto riguarda le iniziative regionali, si veda l’inserto a destra nella pagina.

La cerimonia inaugurale della manifestazione si terrà oggi presso il Franklin Institute di Philadelphia, che ospita la mostra “Galileo, i Medici e l’Età dell’Astronomia”, dove è possibile ammirare uno dei due unici esemplari rimasti dei telescopi costruiti dal grande astronomo e fisico italiano 400 anni fa. L’inaugurazione si potrà osservare in diretta sul web questo pomeriggio, a partire dalle ore 17.00.

CLAUDIA MIGNONE

Telescopi spaziali: presente e futuro

Sta per compiere 19 anni l’Hubble Space Telescope (HST), il telescopio spaziale dedicato all’astronomo statunitense Edwin Hubble: lanciato il 24 aprile 1990 e da allora in orbita intorno alla Terra, ha realizzato il sogno degli astronomi di superare i limiti imposti dall’atmosfera alle osservazioni.

HST è piccolo rispetto ai giganteschi telescopi costruiti negli osservatori più all’avanguardia: questi hanno specchi con diametro di 8-10 metri, mentre quello del telescopio spaziale, a causa delle dimensioni dello Space Shuttle che lo ha trasportato, è di appena 2,4 metri. È tuttavia la sua posizione a renderlo uno strumento straordinario: trovandosi in orbita a 600 km dalla Terra, non è soggetto al seeing, il fenomeno di sfuocamento delle immagini dovuto alle turbolenze dell’atmosfera. Le immagini ottenute dal telescopio spaziale hanno quindi una risoluzione che le osservazioni da terra non possono raggiungere, permettendo di studiare dettagli fino ad allora ignoti.

Grazie a HST, adesso si conosce molto più a fondo la vita delle stelle, dalla loro formazione alla loro morte, è stato possibile analizzare le galassie vicine con grande precisione, confermando l’ipotesi che al centro di ogni galassia si trova un buco nero super-massiccio, e sono state osservate galassie molto fioche ed estremamente lontane, distanti fino a 12 miliardi di anni luce e formatesi poco dopo il Big Bang. Questi e molti altri risultati hanno cambiato per sempre il nostro modo di vedere l’universo e l’evoluzione delle sue varie componenti.

Un progetto come questo ha però i suoi inconvenienti, a cominciare dal costo (svariati miliardi di dollari) che ha richiesto una collaborazione della NASA con l’Agenzia Spaziale Europea, l’ESA. È stato necessario eseguire più di una volta missioni di manutenzione con astronauti a bordo: la prima è servita a correggere un critico errore di lavorazione dello specchio; anche per mantenere HST in orbita occorre inviare periodicamente missioni di servizio, dispendiose e pericolose. Per questo la vita del satellite, già prolungata oltre i 15 anni previsti, non durerà molto ancora, ed entro il 2012 il progetto sarà interrotto.

Ma, ancor prima del lancio di HST, il suo successore era già stato pianificato: il telescopio spaziale James Webb (JWST), insolitamente intitolato ad un dirigente della NASA degli anni ’60. Anche in questo caso si tratta di una collaborazione tra NASA ed ESA, dal costo di almeno 4,5 miliardi di dollari, il cui lancio è previsto per il 2013. Nuove tecnologie permetteranno allo specchio di avere un diametro di 6 metri, molto più grande rispetto a quello di HST: potrà entrare nello Shuttle ripiegato su se stesso e si aprirà soltanto quando sarà in orbita. Un’altra differenza: JWST non orbiterà intorno alla Terra, ma insieme alla Terra intorno al Sole. Il nostro pianeta sarà al centro tra il Sole ed il satellite, garantendo a quest’ultimo un totale oscuramento dai raggi solari. Benché conveniente per le osservazioni, ciò vuol dire che il telescopio sarà lontano un milione e mezzo di km da noi, rendendo la possibilità di una missione di manutenzione del tutto impraticabile. Una volta lanciato, JWST deve funzionare perfettamente: non c’è spazio per eventuali errori.

Il successore di HST è stato progettato con obiettivi ancora più ambiziosi: fra gli altri, osservare gli oggetti più distanti dell’Universo, le primissime galassie che si sono formate. Ma probabilmente, come succede spesso in questo campo, le scoperte più affascinati saranno quelle inaspettate.

CLAUDIA MIGNONE

A sinistra il Telescopio Spaziale Hubble in orbita intorno alla Terra, e a destra il progetto del suo successore, James Webb Space Telescope, che sarà lanciato nel 2013. Immagini gentilmente messe a disposizione dall'Agenzia Spaziale Europea (ESA).