28 TuttoScienze LA STAMPA MERCOLEDÌ 2 NOVEMBRE 2011 Le frontiere della cosmologia LA RICERCA SUL PASSATO E SUL FUTURO DEL TUTTO “L’Universo che non avete ancora visto” ,, Ecco le nuove sfide, dalla materia all’energia oscura E la matematica anticipa osservazioni ed esperimenti che le componenti oscure devono far sentire il proprio influsso sul resto dell'Universo». Intervista Un esempio? FELICE CIMATTI UNIVERSITA’ DELLA CALABRIA Q «Se il Sole fosse invisibile, si potrebbe dedurre la sua presenza e misurarne la massa studiando le orbite dei pianeti del Sistema solare. Allo stesso modo, grazie all'effetto che le componenti oscure hanno sulla materia che si riesce a osservare, gli astronomi sono riusciti a stanarle, e a capire qualcosa della loro natura». Lo sapevi che? La materia primordiale ual è la differenza fra il modo di pensare - e di vedere Se l'Universo è davvero infidi uno scienziato e nito dovrebbero esserci andi chi non lo è? che infinite stelle e, quindi, il I «Vedere» la materia Una risposta buio non doprimordiale prodotta subanale è che vrebbe esbito dopo il Big Bang: è la lo scienziato serci. Eppupromessa della nuova facerca le caure di notte il se di collisioni al nastro di se dei fenobuio c'è. Copartenza nell’acceleratomeni, mentre me si spiega re più grande del mondo, agli altri baquesto che il Large Hadron Collider stano i fenosembra un del Cern di Ginevra. Dal meni, i fatti paradosso? 14 novembre nell’anello così come so«Bisogna avere da 27 km cominceranno a no. Ma quele idee chiare scontrarsi i fasci di ioni, sta è, appunsulla struttura ha spiegato Paolo Giubelto, una rispocomplessiva lino, dell’Istituto Nazionasta banale, del cosmo e per le di Fisica Nucleare (Infn) perché non questo motivo e coordinatore dell’esperic'è bisogno di la domanda ha mento «Alice»: «Stavolta essere uno confuso per sela frequenza degli scontri scienziato coli anche le sarà maggiore che nel pasper cercare menti più brilsato, da 10 a 20 volte». E la causa di un lanti. Oggi sapquesto significa che il livelRUOLO: E’ RICERCATORE piamo che la evento. Una lo di dettaglio a cui arriveALL'UNIVERSITÀ DI TOR VERGATA risposta diranno le osservazioni sarà IL LIBRO: «IL BUIO OLTRE LE STELLE. s p i e g a z i o n e versa è queldi gran lunga superiore. L'ESPLORAZIONE DEI LATI OSCURI corretta sta nel DELL'UNIVERSO» - CODICE EDIZIONI fatto che l'Unila che si trova nel saggio verso ha avuto di Amedeo Balbi, astrofisico un'origine. Dato che la luce tura del mondo. Il caso più che insegna all'Università di viaggia a velocità finita, quan- eclatante è quello della RelatiTor Vergata a Roma e che ha do guardiamo lontano nello vità generale di Einstein che, scritto «Il buio oltre le stelle. spazio guardiamo anche indie- pur partendo da solidi argoL'esplorazione dei lati oscuri tro nel tempo. E, guardando menti fisici, giungeva, sulla badell'Universo». lontano, e quindi molto indie- se di deduzioni geometricoLo scienziato cerca quello tro nel tempo, non troviamo matematiche, a conclusioni apche non si vede e problemi più stelle o galassie semplice- parentemente contrarie a che non si sono ancora posti, mente perché non si erano an- qualsiasi senso comune. Conproblemi oscuri, appunto. cora formate. Questo spiega clusioni che, però, si sono riveForse anche per questo mol- come mai il cielo notturno non late esatte. È quella che il fisiti politici non capiscono che brilla tutto come una stella. co Eugene Wigner ha definito cosa sia la scienza, perché Nel buio del cielo è scritta la ri- "l'irragionevole efficacia della non hanno abbastanza imma- sposta a una delle più antiche matematica": perché mai una ginazione. Balbi, invece, di curiosità dell'umanità, quella deduzione logica, interna al noimmaginazione ne ha molta, sull'origine di stro cervello, dooltre alla capacità di farci ve- tutto». LA LUCE FOSSILE vrebbe farci scodere quello che altrimenti fenomeni Nel libro si E’ ciò che resta prire sfugge al nostro sguardo. del mondo reale racconta la dell’enorme calore che non avevaI «lati oscuri dell'Universo» storia dell' dopo il Big Bang mo mai osservasono tanti, dall’energia astronomia to prima? È una oscura alla materia oscura. come un’imSe sono oscuri, come li si presa in cui sempre più spes- questione interessantissima, cerca e li studia? so le scoperte sono anticipa- che è stata molto dibattuta, «È vero, è una faccenda che te da un ragionamento ma- ma non ha mai trovato una rimerita un chiarimento. tematico. Com'è possibile sposta del tutto soddisfacente. Quando parliamo di compoche un calcolo, cioè un'ope- Va detto anche che oggi la fisinenti oscure, in astronomia, razione mentale, anticipi ca teorica si trova di fronte a ci riferiamo al fatto che non qualcosa che si trova là fuori una crisi legata, per certi veremettono luce visibile o, più si, anche a questa irragionevonel mondo? in generale, radiazione elet- «Le due cose, osservazione e le efficacia delle matematica: tromagnetica. Ma ciò non si- interpretazione matematica la teoria delle stringhe è una gnifica che non lascino trac- dei fenomeni, dovrebbero pro- splendida costruzione formace della loro presenza. Qual- cedere di pari passo: ma spes- le, talmente elegante che siasi forma di materia o di so accade che l'intuizione ma- chiunque l'abbia studiata ritieenergia esercita una forza tematica anticipi qualcosa che ne impossibile che non sia angravitazionale e quindi an- poi si rivela far parte della na- che vera, almeno in parte. Ma Amedeo Balbi Astrofisico dal punto di vista sperimentale non ci sono al momento speranze di metterla alla prova. Ci fidiamo della matematica o dell'esperimento? Sta diventando un problema». Un altro enigma è ciò che gli studiosi chiamano «luce fossile»: che cos’è? «È ciò che resta dell'enorme calore che pervadeva l'Universo nelle fasi successive al Big Bang. All'inizio la temperatura nel cosmo era altissima. Quando si sono formati i primi atomi di idrogeno, 380 mila anni dopo il Big Bang, lo spazio brillava come la superficie di una stella. Oggi, dopo miliardi di anni di espansione, l'Universo è diventato freddo e il bagliore iniziale si è trasformato in un debolissimo segnale radio, la “radiazione cosmica di fondo”. Usando strumenti abbastanza sensibili, la si può osservare, ricostruendo un'immagine primordiale. Una testimonianza fossile, appunto». Può esistere qualcosa al di là dell'orizzonte cosmologico? E come si fa a studiare qualcosa oltre i limiti fisici di ciò che si può esplorare? «Ci basiamo su un'estrapolazione di modelli matematici di cui conosciamo la validità solo in un ambito più ristretto, quello dell'Universo osservabile. Di queste estrapolazioni la cosmologia è costretta a farne molte: il fatto sorprendente, semmai, è che spesso si rivelano corrette. Ma, a rigore, che cosa ci sia fuori dell'orizzonte non possiamo e non potremo mai saperlo direttamente». re, di cui parlava Pitagora più di 2500 anni fa, era un’intuizione giusta? «In un certo senso la corrispondenza tra fenomeni fisici e sonori si ritrova un po' ovunque in natura: è una conseguenza del fatto, scoperto da Fourier, che ogni funzione matematica si può scomporre in Che cos'è, invece, l'«epoca una serie di onde. Ma se tutto oscura» di cui parlano gli o quasi si può tradurre in un suono, non è detto che questi astronomi? «Parlando del paradosso del suoni siano armonici. In cocielo buio, dicevo che c'è stata smologia, attraverso lo studio un'epoca, nella della radiazione storia dell'UniLA TEORIA GLOBALE di fondo, si è scoverso, in cui non che l'UniE’ il miraggio che perto si erano ancora verso primori fisici continuano diale era attraformate stelle e a inseguire versato da onde galassie: quel periodo è stato ridi pressione che battezzato “epoca oscura”. E si propagavano nella materia credo che l'uso di una termino- densa esattamente come le onlogia con assonanze mitologi- de sonore si propagano nell' che sia stato intenzionale. È aria e che c'erano precise relaun periodo su cui è difficile zioni matematiche tra queste avere informazioni dirette, onde, simili a quelle tra le arma, al contrario di ciò che si moniche di uno strumento mutrova fuori dell'orizzonte, ci so- sicale. La tentazione di vederno buone speranze di indagare ci una sorta di armonia pitagomeglio quell'era nel prossimo rica, o il grande “Om”, la vibrafuturo grazie ai progressi del- zione delle religioni orientali, è le tecniche di osservazione». forte, ma non mi lascerei prenTra le tracce che i cosmologi dere la mano. In realtà quelle cercano ce ne sono anche di relazioni matematiche si trasonore: l’armonia delle sfe- ducono in un suono sgradevo- LA STAMPA MERCOLEDÌ 2 NOVEMBRE 2011 TuttoScienze 29 L’occhio di Hubble Una immensa montagna di polveri e gas si eleva nella nebulosa Carina A destra il centro della Via Lattea ha rivelato una inedita quantità di stelle Un interruttore per i buchi neri Il sospettato numero uno? E’ la collisione tra galassie “Le prove sono nelle immagini a raggi X dei telescopi” Un gigantesco anello di materia oscura La nascita di una stella nella galassia a spirale M83 le al nostro udito. Sono armonie piacevoli solo per i cosmologi, che sono riusciti a ricavarne importanti informazioni sulla natura dell'Universo». Quando si sentono gli scienziati parlare di una teoria del tutto, la «Toe», «Theory of everything», nascono molti interrogativi: per costruire una teoria del genere dovremmo poterci collocare all'esterno dell'Universo, nelle parti oscure di cui lei parla nel libro. Ma in un posto del genere, per definizione, non possiamo andarci. E allora che tutto è, quello delle teorie del tutto? «Quello della “Toe” è un miraggio che i fisici hanno inseguito a lungo, ma forse è sempre stato più un orizzonte concettuale che una possibilità concreta. C'è stato persino chi ha tirato in ballo, non so quanto a proposito, il teorema di incompletezza di Gödel per mettere un limite ultimo alla possibilità di comprensione scientifica del mondo. Oggi molti fisici e cosmologi ritengono che il nostro Universo possa essere solo uno fra una moltitudine di altri, ciascuno con caratteristiche fisiche completamente diverse. Se così fosse, la teoria del tutto sarebbe una descri- sciplina ci ha messo decenni zione matematica di questo prima di accreditarsi come "multiverso", ma non sarebbe scienza "dura". Per molti, la in grado di fare specifiche pre- paura di sentirsi accusare di visioni riguardo ai singoli uni- fare filosofia fa scattare mecversi. Tutto ciò che osservia- canismi di autodifesa. Sarà mo nel nostro cosmo, compre- per questo che, di recente, se le stesse leggi della fisica, Stephen Hawking è arrivato a sarebbe solo il risultato di un affermare che la scienza ha processo casuale. Inoltre, per ormai ucciso la filosofia, premettere alla prova un’ipotesi tesa che mi sembra eccessiva. del genere, avremmo bisogno La cosmologia, oggi, è fondata di informazioni che si trovano su osservazioni di grande acfuori dell'orizzonte cosmologi- curatezza e di solidità e il quaco e che sono quindi inaccessi- dro che descrive l'evoluzione bili per definiziodell'Universo è ne. Non so se IL «PERIODO BUIO» supportato dall' questa possa esMa E’ quello in cui evidenza. sere ritenuta la esiste sempre stelle e galassie una frontiera in teoria del tutto dovevano nascere cui la speculache avrebbe sognato un fisico zione, per quandi 50 anni fa». to rigorosa, precede il dato L'immagine della cosmolo- scientifico. E, d'altra parte, gia che si trae dal libro è quando si ha a che fare con quella di una scienza in cui l'origine dell'Universo, con la la dimensione empirica è in- struttura dello spaziotempo e trecciata a quella teorica e con la natura di tutto ciò che speculativa. Ma così i confi- esiste, una certa inclinazione ni con la filosofia si fanno in- per le "grandi domande", che certi. Per un filosofo non è poi sono anche quelle della filoun problema, anzi, ma per sofia, sotto sotto bisogna averla. Poi, però, per uno scienziauno scienziato? «Per uno scienziato è un po' to, le risposte vanno sempre un problema, in effetti. I co- cercate nell'osservazione e smologi sono particolarmente nell'esperimento. Se non c'è sensibili, visto che la nostra di- quel marchio, non è scienza». RICCARDO LATTANZI NEW YORK UNIVERSITY - USA minciare a espandersi. Le osservazioni di Cappelluti cone per le ciambelle cordano con altri dati che monon è sempre vero, strano che la crescita della sembra che tutte le massa di una galassia, causata galassie escano col dallo scontro con un'altra, va buco, un buco nero, di pari passo con le dimensioni al centro. Naturalmente la pro- del proprio buco nero. va definitiva non c'è, perché La scoperta, frutto del suo l'attrazione gravitazionale dei dottorato presso il Max-Planbuchi neri è talmente forte che ck Institute per la fisica extraneanche la luce riesce ad usci- terrestre di Monaco di Baviere e quindi «sono corpi celesti ra, è avvenuta analizzando iminvisibili, la cui presenza è rile- magini raccolte con i telescopi vabile solo indirettamente, mi- spaziali a raggi-X della Nasa e surando l'energia che emana- dell'Esa, che consentono di rino», spiega Nico Cappelluti, 32 levare la radiazione emessa da anni, astrofisico all'osservato- questi nuclei galattici, quando rio di Bologna. «E' assodato si accendono e iniziano a creche al centro di scere, risucogni galassia chiando tutto c'è un nucleo quello che pasestremamente sa vicino. Per denso, con masqueste ricersa che va dal che lo «Europemilione ad olan Astrosky tre il miliardo Network», un' di volte quella associazione del Sole». Non dedicata alla difa eccezione la vulgazione dell' Via Lattea, la astronomia, ha galassia che conferito a Capospita il Sistepelluti il prema solare, anmio Marsden, che se per forriservato ogni tuna il «noanno ai migliostro» buco neri giovani astroro non è attivo. nomi europei. Potrebbe però Ora il prossimo diventarlo e passo sarà capiRUOLO: E’ RICERCATORE PRESSO «mangiarsi il L'OSSERVATORIO ASTRONOMICO re come, una mondo intero», DI BOLOGNA volta attivi, i RICERCHE: MECCANISMI buchi neri sucome nella canDI ATTIVAZIONE DEI BUCHI NERI zone «Superpermassicci massiccio» di progrediscono Elio e le Storie Tese? Grazie al e influenzano la vita delle galavoro di Cappelluti presto po- lassie. «Il loro sviluppo è legatremmo avere una risposta. to alla quantità di materia Il suo campo di ricerca, in- oscura che li circonda e dalla fatti, è lo studio dei meccani- loro evoluzione dipende sia la smi che portano all'attivazione probabilità che due galassie si dei buchi neri supermassicci. uniscano dopo la collisione sia «Solo alcuni si attivano e re- quale sarà l'aspetto finale». centemente io e i miei collaboL'altro grande interesse di ratori abbiamo dimostrato che Cappelluti è cercare la «matela causa più probabile è la colli- ria mancante» dell'Universo, sione tra galassie». Grazie all' studiando le emissioni a ragimpatto il buco nero verrebbe gi-X provenienti dallo spazio. a contatto con nuovo materia- Si tratta di barioni (neutroni, le cosmico (gas o stelle, per elettroni e protoni) che erano esempio), di cui nutrirsi per co- presenti negli istanti successi- S Nico Cappelluti Astrofisico vi al Big Bang, ma di cui si sono perse le tracce. L'ipotesi più accreditata è che si trovino in un sistema intricato di nubi di gas caldo, che in passato non erano state identificate per via della densità molto bassa e del «range» di temperature atipico, ma che oggi sono prede ambite per cacciatori cosmici come Cappelluti. Originario di Rimini, in controtendenza rispetto a molti suoi coetanei, dopo un periodo all'estero ha deciso di continuare il lavoro in Italia. Nel 2010 è tornato grazie ad una borsa post-dottorato dell'Istituto Nazione di Astrofisica, vinta classificandosi primo su 100 candidati. «Dopo sei anni consideravo finita l'esperienza tedesca e ho cercato altrove. Avevo offerte dagli Usa, ma ho scelto la borsa dell'Inaf, perché mi avrebbe permesso di rientrare in Italia, con uno stipendio competitivo e un budget di ricerca da gestire liberamente. Inoltre, avevo molta stima dei ricercatori con cui avrei lavorato a Bologna». Purtroppo queste iniziative sono isolate nel sistema della ricerca italiana e non sono inserite in un percorso strutturato di carriera. «La borsa di studio finirà nel 2012 e ho poche prospettive di rimanere. Lo dico con rammarico, perché ho fiducia nel "metodo italiano". Ho scoperto che qui si lavora bene e, a differenza della Germania, dove il sistema è gerarchico, da noi i giovani sono coinvolti nelle discussioni strategiche e, nei gruppi più aperti, hanno lo stesso peso dei senior al momento di decidere». Certo, sarebbe un peccato lasciarsi sfuggire un talento come Cappelluti, riconosciuto come uno degli astronomi italiani più promettenti della sua generazione e selezionato dall’Aspen Institute Italia per far parte degli Aspen Junior Fellows, un network di 180 persone che riunisce giovani italiani di successo sparsi per il mondo.