universo e telescopio

L’Universo al telescopio
LEZIONE 6
§§1: La velocità della luce
Come abbiamo già accennato, la luce viaggia nel vuoto ad una velocità
pari a 300'000 km/s. Per fare un paragone, la luce ci impiega circa 1
secondo e mezzo per percorrere la distanza che c’è fra la Terra e la Luna.
La velocità della luce rappresenta un limite invalicabile: non è infatti
possibile, secondo la fisica quantistica, andare più veloci della luce. Ci si
può avvicinare considerevolmente, come avviene per le particelle
atomiche del CERN (Centro Europeo per la Ricerca Nucleare).
Tuttavia la velocità della luce è una velocità finita, e tutto sommato
paragonata alle distanze cosmiche non è neppure elevata. Per esempio la
luce del Sole ci arriva 8 minuti dopo, quindi noi vediamo il Sole come era
8 minuti fa. Ci sono galassie che sono distanti anche diversi miliardi di
anni luce, ovvero noi le vediamo come erano diversi miliardi di anni fa.
Una precisazione: tutto lo spettro elettromagnetico viaggia alla velocità
della luce, quindi anche le onde radio e gamma. I segnali che utilizziamo
quotidianamente (con cellulari, televisioni, computer) si propagano alla
velocità della luce, quindi non istantaneamente. Tuttavia le distanze che
devono percorrere sono molto brevi e la trasmissione avviene in poche
frazioni di secondo.
Questo è anche il motivo per cui è molto difficile comunicare con altre
eventuali civiltà extraterrestri: i pianeti candidati a poter ospitare la vita
sono ad almeno 20-30 anni luce, e quindi il segnale ci impiegherebbe 2030 anni per raggiungere il suddetto pianeta. Senza contare che poi
dovremmo aspettare altri 20 anni per ricevere una eventuale risposta.
La velocità di 300'000 km/s viene raggiunta quando la luce si propaga nel
vuoto; quando attraversa un mezzo più denso (come l’aria o l’acqua)
rallenta considerevolmente. Poiché anche nello spazio il vuoto non c’è, la
velocità teorica non viene mai raggiunta.
Notizia storica: il primo che dedusse che la velocità della luce fosse finita
fu Galileo: ideò quindi un esperimento per misurarla. Tuttavia non si
immaginava che la luce fosse così rapida e l’esperimento non fornì risultati
validi. Rimane comunque di rilievo la straordinari intuizione per quel
periodo.
§§2: Le distanze degli oggetti celesti
Ci sono oggetti che sono distanti molte centinaia di anni luce. Qui sotto
riportiamo un diagramma che mostra l’Universo conosciuto. I nodi sono i
superammassi di galassie, ovvero ammassi di ammassi. Un superammasso
può contenere diverse migliaia di galassie.
All’interno dei superammassi ci sono molti ammassi, come quello
mostrato qua sotto.
§§3: Le galassie
Le galassie sono le entità basilari dell’Universo. Ce ne sono diversi
miliardi di miliardi in tutto l’Universo. Presentano forme diverse, ma la
struttura di base è sempre quella. Le galassie a seconda della forma si
dividono in spirali, ellittiche, spirali barrate.
§§4: Le spirali
Le spirali presentano un nucleo piuttosto luminoso (bulge) da cui
dipartono i bracci della galassia stessa. I bracci possono essere avviluppati
strettamente oppure essere aperti e ben visibili.
§§5: Le ellittiche
Le galassie ellittiche non presentano bracci, ma solo un nucleo molto
luminoso. Sono gli oggetti più massicci dell’Universo e possono
raggiungere dimensioni davvero notevoli. Si crede che nel loro centro trovi
posto un buco nero supermassiccio.
§§6: Le spirali barrate
Le galassie spirali barrate sono molto caratteristiche. Il loro nucleo è
attraversato da una banda centrale di poveri e gas. Dalle estremità della
barra dipartono i due bracci della galassia. Anche in questo caso i bracci
possono essere stretti oppure più aperti. Si presume che la nostra Galassia
sia una spirale barrata.
§§7: Gli ammassi aperti
Gli ammassi aperti sono ammassi di stelle.
Sono formati da diverse centinaia di stelle
abbastanza distanti fra loro. Tuttavia la
densità di stelle è maggiore di quella media
dell’Universo. Di solito sono formate da
stelle appena nate, quindi con una origine in
comune. In molti ammassi sono visibili
ancora bande di gas della vecchia nebulosa
che ha formato le stelle. Un esempio sono le Pleiadi.
§§8: Gli ammassi globulari
Gli ammassi globulari sono ammassi formati
da diverse migliaia di stelle vicinissime fra
loro. Di solito ospitano le stelle più antiche
dell’Universo. Gli ammassi globulari si
dispongono all’interno di una sfera con centro
una galassia. Questo guscio sferico di ammassi
globulari si chiama alone galattico. Anche la
nostra Galassia ne possiede uno.
§§9: Le nebulose planetarie
Le nebulose planetarie sono quello che
rimane di una stella. Una stella, alla fine della
sua vita, esplode, rilasciando un guscio di gas
e polveri nello spazio. Questo guscio si
espande molto rapidamente, a volte a 1000
km/s. Al centro di questo anello è possibile
rintracciare una piccola stellina, ovvero il
nucleo centrale della stella che ha generato la
nebulosa planetaria. Attenzione: le nebulose si chiamano planetarie per via
della loro forma simile ai dischi dei pianeti osservabili al telescopio, ma
non hanno nulla a che fare con essi.
§§10: I residui di supernova
Se una stella è molto massiccia, alla fine della sua
vita non esplode come una nebulosa planetaria, ma
come una supernova. Le supernovae sono gli oggetti
più luminosi esistenti in natura. Possono essere
visibili in pieno giorno e durare per mesi. Alla fine
dello stadio di supernova, espellono una grande
quantità di gas che si espande velocemente. Al
centro del residuo trova di solito posto una pulsar, ovvero una stella a
rapidissima rotazione (30 giri al secondo).
§§11: Stelle con pianeti
Il primo pianeta extrasolare fu scoperto nel 1995 attorno alla stella 51
pegasi. Con questa scoperta si apre una nuova branca di ricerca. Fino ad
oggi sono stati scoperti più di 500 pianeti extrasolari, alcuni dei quali
molto simili alla nostra Terra. Nel 2010 addirittura è stata confermata la
presenza di acqua liquida su un pianeta distante circa 20 anni luce.
§§12: Come osservare i buchi neri
I buchi neri sono, per definizione, neri. In effetti non è possibile osservare
direttamente un buco nero, ma se ne possono osservare le conseguenze
della sua presenza. Di solito i buchi neri non sono da soli, ma
“accompagnati” da stelle massicce. Se noi osserviamo una stella che ruota
velocemente attorno a un punto buio del cielo, sappiamo quasi per certo
che nelle vicinanze c’è un buco nero.