COME ALLA CORTE DI FEDERICO II
OVVERO
PARLANDO E RIPARLANDO DI SCIENZA
ANCORA UNA NOTTE INSONNE A PARANAL PER LEGGERE IL GRANDE LIBRO DELLA NATURA
di Massimo Capaccioli
9
LA MATERIA OSCURA
di Nicola R. Napolitano
11
L’UNIVERSO VIOLENTO
di Massimo Della Valle
13
UNA NUOVA DISCIPLINA: L’ASTROINFORMATICA
di Giuseppe Longo
15
LA VOCAZIONE PROFONDA DEGLI ASTROFISICI
di Pietro Greco
17
Gli articoli degli incontri si trovano all’indirizzo
www.comeallacorte.unina.it
"Dagli Appennini alle Ande:
un telescopio napoletano nel deserto di
Atacama scruta il cielo profondo a caccia delle origini"
Massimo Capaccioli, maremmano, è ordinario di
astrofisica
all’Università
degli
Studi
di
Napoli
Federico II.
A lungo Direttore dell’Osservatorio Astronomico di
Capodimonte, è stato Presidente della Società
Astronomica Italiana e Presidente generale della
Società Nazionale di Scienze, Lettere e Arti in
Napoli.
Si occupa principalmente di dinamica ed evoluzione
dei sistemi stellari e di cosmologia osservativa.
È autore di oltre 400 articoli scientifici e di alcuni
libri e manuali. I risultati più significativi delle sue ricerche riguardano la natura delle
galassie ellittiche, la scala delle distanze e l’abbondanza cosmica della materia oscura.
Ha
concepito,
e
gestito
in
sinergia
con
l’Osservatorio
Europeo
Australe,
la
realizzazione del telescopio a grande campo denominato VST, il maggiore della sua
classe nel mondo, che dal 2011 opera da Cerro Paranal in Cile. Giornalista pubblicista,
si interessa di storia e divulgazione della scienza, anche in area Mediterranea, e di
epistemologia. Commendatore della Repubblica per meriti scientifici, ha ricevuto
diversi riconoscimenti tra cui il titolo di Professore onorario dall’Università di Mosca
Lomonosov nel
2010.
Ha
servito
in
vari
comitati
nazionali
e
internazionali.
Attualmente è membro del Consiglio di amministrazione dell'Istituto Nazionale di
Astrofisica (INAF).
UNIVERSITÀ D STUDI DI NAPOLI FEDERICO II
COME ALLA CORTE DI FEDERICO II
Dagli Appennini alle Ande. Un telescopio napoletano
ANCORA UNA NOTTE INSONNE A
PARANAL PER LEGGERE IL
GRANDE LIBRO DELLA NATURA
disperatamente fredda o sbriciolata dal calore,
Massimo Capaccioli
di luce, hanno incrociato i più diversi sistemi
Professore di Astronomia
Università degli Studi di Napoli Federico II
solari, con pianeti tanto grandi da competere
hanno visto scontrarsi le galassie e gli astri
nascere e morire, talvolta in un fulmineo lampo
con le stelle o piccoli e solidi come la nostra
Terra, forse brulicanti di vita. Infaticabili hanno
scalato un universo in espansione che, dopo un
Quando la notte insegue il tramonto e il
buio già si mostra dietro la Cordillera, gli
astronomi
e
gli
ingegneri
Di queste esperienze i postini luminosi
raccogliere, sezionare e registrare la flebile
portano con sé qualche segno, mescolato al
pioggia di luce del cosmo. Le grandi cupole
messaggio loro consegnato nel momento in cui
d’acciaio,
Leviatani,
hanno lasciato il corpo celeste che li ha generati.
spalancano le loro fauci e i telescopi, intelligenti
Gli astronomi li raccolgono tutti con infinita
robot destati dal diurno torpore, puntano i
pazienza, uno a uno perché sono pochi e
bersagli
mietere
preziosi. Poi cercano di leggere il codice con cui
perché
il complesso delle diverse informazioni è scritto.
e
si
l’informazione
pronti
dall’energia del vuoto.
a
come
sono
lungo rallentamento, ha pigliato a correre spinto
giganteschi
apparecchiano
che
un
cielo
a
avaro
lontanissimo ci invia.
Ciò richiede segnali sempre più forti, ossia reti
A parlare di sé sono le stelle che a
centinaia di miliardi convivono nella Via Lattea, e
le innumerevoli galassie che a grappoli di varia
ricchezza via via affondano negli abissi dello
più grandi per pesche miracolose. È la ragione
per cui si costruiscono telescopi sempre più
grandi e sofisticati, in luoghi alti, deserti e
incontaminati dall’uomo.
spazio e del tempo per costruire la ragnatela
Queste moderne trappole per fotoni sono
della materia cosmica. I granelli di luce che
occhi raffinati e aguzzi, sensibili e pazienti,
impattano
capaci di rimanere appostati per ore su un
specchi
gli
tesi
obiettivi
telescopi,
bersaglio per riempire il carniere quanto basta a
per
fare il pieno d’informazione o almeno a scalfire
smisurati,
un poco la nostra ignoranza. È così che l’uomo,
anni.
Per
nell’arco di venticinque secoli, ha trasformato i
spesso
miti fantasiosi e poetici di una creatura primitiva
attraversato le praterie della misteriosa materia
e sbalordita dai prodigi della natura in teorie
oscura, quasi senza accorgersene se non per
scientificamente
qualche piccolo cambiamento di rotta, hanno
raccontare come tutto è nato e come tutto finirà,
sfiorato titanici buchi neri, incrociato materia
e
sterminate
qualcuno
portarci
astronomi
hanno
distanze
persino
il
loro
viaggiato
e
per
per
reti
indenni
tempi
miliardi
messaggio
come
grandi
di
bracconiere,
dagli
dei
di
hanno
che
fondate
descrivono,
che
talvolta
pretendono
con
di
stupefacenti
9
UNIVERSITÀ D STUDI DI NAPOLI FEDERICO II
COME ALLA CORTE DI FEDERICO II
Dagli Appennini alle Ande. Un telescopio napoletano
dettagli, le caratteristiche e le storie dei diversi
di cui parlava Kant. Arrampicati su lontani
ingredienti di cui il cosmo è fatto. Un percorso di
monti, su cime battute dal vento, nelle loro
conoscenza appena avviato, sostenuto da una
cattedrali
misteriosa spinta di Ulisse che ci condanna a
Lucrezio, ‘vegliano nelle notti serene’ per aiutarci
cercare ‘virtute e canoscenza’ per trovare le
a sciogliere il nodo gordiano dei nostri dubbi
ragioni di quel cielo stellato sopra di noi, e
sulle origini e i destini e sul nostro indecifrabile
soprattutto di quella legge morale dentro di noi,
ruolo in questo mondo.
tecnologiche
gli
astronomi,
come
10
UNIVERSITÀ D STUDI DI NAPOLI FEDERICO II
COME ALLA CORTE DI FEDERICO II
Dagli Appennini alle Ande. Un telescopio napoletano
LA MATERIA OSCURA
sappiamo di cosa è composta e perché non può
essere “vista”. Come sappiamo, allora, che c’è e
Nicola R. Napolitano
Ricercatore astronomo
INAF - Osservatorio Astronomico di Capodimonte
che è così tanta? Perché, come ogni massa,
esercita una forza gravitazionale che determina
le velocità di stelle e galassie e che, come
insegna Einstein, può modificare la geometria
Come vi sentireste ritrovandovi a una
dell’universo.
festa dove, su cento persone, ne conoscete solo
Quest’ultima proprietà è sicuramente la
quattro? Le reazioni possibili sono due: ve ne
più affascinante, perché genera dei fenomeni
state in disparte con gli altri tre e aspettate,
spettacolari che sono osservati con i nostri
annoiati, che la festa finisca, o cercate di
telescopi, quali il lensing gravitazionale (vedi
conoscere quante più persone possibili e andate
immagine).
via dal party soddisfatti della bella serata.
La situazione attuale nell’universo è circa
la
stessa:
dopo
decenni
di
Per
capire
intuitivamente
questo
fenomeno occorre pensare al nostro universo
osservazioni
come un lenzuolo ben teso, su cui fare scorrere
astronomiche da terra e dallo spazio, dopo avere
delle palline da ping pong che rappresentano i
contato miliardi di galassie, ottenuto le immagini
raggi di luce provenienti da galassie lontane e
più antiche del nostro universo (vecchio circa
che si muovono lungo direzioni rettilinee. Se al
quattordici miliardi di anni) dove si scorgono i
suo centro appoggiamo una biglia di ferro, la
primi agglomerati di materia che daranno vita
forma del lenzuolo si modifica e le palline
alle stelle e le galassie che osserviamo oggi, ci
cominciano a seguire traiettorie “incurvate”. La
siamo accorti che solo il 4% del cosmo è fatto di
biglia di ferro rappresenta un grosso alone di
materia che conosciamo, i cosiddetti barioni
materia oscura, come si pensa che ne esistano
(ossia atomi, molecole e loro composti).
intorno
La restante parte è divisa tra un 72% di
un’energia ignota che agisce come una pressione
negativa, detta energia oscura, e un 24% di una
materia di cui non conosciamo la natura, che
non interagisce con la materia ordinaria e che
non emette nessuna forma di radiazione, detta
materia oscura. Nel grande party dell’universo,
a
deformato
tutte
le
galassie,
rappresenta
la
e
il
lenzuolo
geometria
del
cosiddetto spazio-tempo, che obbliga i raggi
luminosi su traiettorie non più rettilinee. Il
risultato sono le immagini deformate di galassie
lontane la cui analisi ci permette di ricostruire
come la materia oscura è distribuita intorno alle
galassie che fanno da lente gravitazionale.
c’è un 96% d’invitati che è ignoto e gli scienziati
Questa del lensing gravitazionale non è
hanno deciso di conoscere quanto più possibile
l’unica tecnica usata per scovare la materia
di questa componente del cosmo. La materia
oscura, ma è quella su cui stanno puntando i
oscura è quindi doppiamente oscura, perché non
grandi progetti astronomici europei e americani
11
UNIVERSITÀ D STUDI DI NAPOLI FEDERICO II
COME ALLA CORTE DI FEDERICO II
Dagli Appennini alle Ande. Un telescopio napoletano
dei prossimi trent’anni. L’Italia, e in particolare
al
alcuni istituti del Sud (tra cui l’Università di
Southern Observatory, e con il futuro telescopio
Napoli Federico II e l’INAF-Osservatorio Astro-
spaziale Euclid. Con questi progetti si punta a
nomico
in
ottenere una mappa tridimensionale della dis-
programmi osservativi con il telescopio VST
tribuzione della materia oscura nell’universo per
(concepito e in parte realizzato a Napoli) istallato
capire di più sulla sua natura intrinseca.
di
Capodimonte),
è
impegnata
Cerro
Paranal
in
Cile
presso
l’European
Lente gravitazionale denominata LRG 3-757 osservata con l’Hubble Space Telescope.
Si osserva, evidente, il grande arco gravitazionale di colore blu che è l’immagine deformata di una galassia lontana
ad opera della materia oscura presente intorno alla galassia centrale di colore giallo/rosso.
Nel caso di cerchi chiusi si parla anche di anelli di Einstein.
[photo credits: ESA/Hubble & NASA]
12
UNIVERSITÀ D STUDI DI NAPOLI FEDERICO II
COME ALLA CORTE DI FEDERICO II
Dagli Appennini alle Ande. Un telescopio napoletano
L’UNIVERSO VIOLENTO
all’orbita della Terra, e i nostri pronipoti per
salvare la pelle dovranno emigrare per tempo
Massimo Della Valle
verso un altro Sistema Solare. Diverso è il
Direttore dell’Osservatorio Astronomico di Capodimonte
Istituto Nazionale di Astrofisica
destino delle stelle che sono almeno otto volte
più pesanti del Sole. Il collasso gravitazionale
delle parti centrali provoca l’esplosione della
stella che diventa una Supernova. L’esplosione
Il
senso
di
quiete
profonda
che
stellare
è
accompagnata
da
un’emissione
accompagna l’osservazione del cielo di notte non
energetica senza pari: corrispondente a circa
deve trarre in inganno. La bellezza di un cielo
1000 volte l’energia emessa dal Sole in dieci
stellato nasconde in realtà l’azione di forze
miliardi di anni.
violente
nell’universo
stella esplosa rimane una “pulsar”: un globo di
attraverso l’accadimento di eventi catastrofici.
15 km di diametro, ruotante su se stesso decine
Pensiamo, per esempio, ai bombardamenti che
di volte al secondo, e caratterizzato da una
la Terra ha subito, in un passato remoto, da
densità
parte di comete e piccoli asteroidi. O al nostro
peserebbe
migliaia
di
Sole, un gigante volubile che dispensa luce e
Supernova
esplosa
nella
calore,
osservata da Keplero e Galileo nel 1604.
che
ma
terrificanti
si
nella
manifestano
cui
esplosioni
atmosfera
e
violente
avvengono
tempeste
magnetiche, che scagliano verso la Terra sciami
di particelle e radiazioni mortali. Fortunatamente
il campo magnetico terrestre ci fornisce uno
scudo protettivo sufficiente per preservare la
vita. Da dove proviene tanta energia? Il Sole è
un enorme reattore (a fusione) nucleare. Grande
un
milione di
trasformare
in
volte
la
Terra
energia,
e
ogni
capace
di
secondo,
l’equivalente di quattro milioni di tonnellate di
idrogeno, che corrispondono a circa un milione
di volte il consumo energetico annuale mondiale.
Un numero enorme per gli standard terrestri, ma
stiamo ancora parlando di piccolezze dal punto
di vista cosmico. La nostra stella è una nana
gialla che terminerà la sua vita tra circa cinque
In qualche caso al posto della
altissima:
un
cucchiaino
di
tonnellate.
Via
materia
L’ultima
Lattea
venne
Cosa succede quando muoiono stelle
ancora più grandi, diciamo 30-40 volte la massa
del Sole? In questi casi l’esplosione produce
radiazione
di
altissima
energia,
osservata dai nostri satelliti.
che
viene
Queste catastrofi
stellari conosciute come “Lampi Gamma” sono le
più potenti esplosioni cosmiche che possiamo
studiare con i nostri telescopi. Emettono tanta
energia da poter essere osservate negli spazi più
remoti, quando l’universo aveva solo 500 milioni
di anni. I prodotti finali del collasso delle stelle
progenitrici
sono
i
buchi
neri:
“sedimenti
densissimi d’atomi stritolati” nei quali “la luce
stessa ricade, rotta dal proprio peso…” così li
descriveva Primo Levi.
miliardi di anni e lo farà in modo del tutto
Come se non bastasse, tutto è iniziato
anonimo. Espanderà i suoi strati superficiali fino
circa quattordici miliardi di anni fa, con il Big
13
UNIVERSITÀ D STUDI DI NAPOLI FEDERICO II
COME ALLA CORTE DI FEDERICO II
Dagli Appennini alle Ande. Un telescopio napoletano
Bang: cioè con la più grande di tutte le
all’Osservatorio Astronomico di Capodimonte e
esplosioni. Viviamo in universo popolato da
che hanno utilizzato anche osservazioni effettua-
miliardi di galassie che ospitano esplosioni cos-
te in Cile con il telescopio VST. Per fortuna o per
miche che si susseguono a ritmi frenetici: cinque
disegno
il secondo, come trovato da recenti studi fatti
energia non è incompatibile con la vita. Anzi...
tutto
questo
dispendio
violento
Una nube di gas e polveri, chiamata Crab Nebula (Nebulosa del Granchio)
è quello che rimane dell'esplosione di Supernova avvenuta nel 1054 e osservata dagli astronomi cinesi e
dai nativi americani. L'immagine è ottenuta combinando le osservazioni del
telescopio spaziale Hubble (blu) con quelle del satellite infrarosso Herschel
[photo credits: ESA / NASA]
14
di
UNIVERSITÀ D STUDI DI NAPOLI FEDERICO II
COME ALLA CORTE DI FEDERICO II
Dagli Appennini alle Ande. Un telescopio napoletano
UNA NUOVA DISCIPLINA:
L’ASTROINFORMATICA
siffatto in tempo reale, cioè nello stesso istante
Giuseppe Longo
tecnologica straordinaria e richiede l’adozione di
in cui essi vengono acquisiti, pone una sfida
procedure
Professore di Astrofisica
Università degli Studi di Napoli Federico II
molto
diverse
da
quelle
che
si
utilizzavano in passato. Non più estenuanti ore
di lavoro per pulire, calibrare e interpretare una
singola immagine, ma procedure automatiche
che permettono di delegare ai calcolatori ciò che
I tempi in cui gli astronomi trascorre-
non potrebbe essere fatto neppure da migliaia di
vano le notti al freddo e con l’occhio al telesco-
operatori impiegati a tempo pieno. Già nel 2000,
pio sono passati da molto. I moderni strumenti,
in un congresso che si tenne a Pasadena negli
infatti, sono gestiti da calcolatori e spesso
Stati Uniti, gli astronomi avviarono un enorme
possono
sforzo internazionale per la realizzazione del
essere
rimanendo
cosiddetto “Osservatorio Virtuale”: un’infrastrut-
immagini, acquisite con rivelatori digitali simili a
tura informatica che, attraverso la federazione
quelli
fotografiche,
dei centri di raccolta dati e delle strutture di
vengono poi immagazzinati in grandi centri dati
calcolo, oggi garantisce a chiunque la possibilità
che li smistano ai gruppi di ricerca sparsi in giro
di accedere ed utilizzare tutti i dati astronomici
per
raccolti
il
caldo
uso
mondo.
del
remotamente,
Le
in
al
controllati
nelle
In
proprio
macchine
altre
parole,
studio.
la
ricerca
dai
vari
telescopi.
Ma
una
nuova
astronomica attuale si fonda su un uso estremo
tecnologia richiede anche nuove professionalità
delle moderne tecnologie informatiche: dalle reti
ed è per questa ragione che, in tutto il mondo, si
in fibra ottica che debbono assicurare il flusso
sta assistendo alla nascita di corsi di specializza-
dei dati dagli strumenti ai centri di raccolta ed
zione finalizzati alla creazione di “astroinforma-
agli
tici” cioè di ricercatori in grado di utilizzare al
utenti,
ai
centri
di
supercalcolo
che
forniscono la potenza di elaborazione necessaria,
meglio
sino
ad
tecnologie informatiche. L’Ateneo Federico II e
estrarre l’informazione in essi contenuta. Uno
l’Osservatorio di Napoli sono stati tra i padri
strumento come il VST produce ogni notte
fondatori di questa nuova disciplina, specializ-
l’equivalente
ai
programmi
25
calcolo
ricerche
le
nuove
zandosi nello sviluppo di tecniche di “Data
Synoptic
Survey
Mining” che permettono di identificare e visualiz-
Telescope) che entrerà in funzione nel 2019, in
zare le complesse correlazioni che si nascondono
una sola notte ne riempirà ben 250. Per non
nei
menzionare
cui
letteralmente significa “scavare nei dati” fa uso
saranno necessarie alcune migliaia di DVD per
di tecniche derivate dagli studi sull’intelligenza
registrare un solo secondo di osservazione. È
artificiale e la speranza è proprio che, a furia di
evidente che l’elaborazione di un flusso di dati
“scavare” nei dati del VST si possa giungere a
il
(Large
di
proprie
mentre
LSST
DVD
necessari
le
dati,
l’americano
di
di
per
radiotelescopio
SKA,
per
dati.
Il
“data
mining”,
che
tradotto
15
UNIVERSITÀ D STUDI DI NAPOLI FEDERICO II
COME ALLA CORTE DI FEDERICO II
Dagli Appennini alle Ande. Un telescopio napoletano
quelle scoperte che sono il fine ultimo di tutti gli
convinzione che la nostra intelligenza “naturale”
sforzi sin qui fatti. Tutto ciò, ovviamente, nella
possa essere in grado di capirle.
16
UNIVERSITÀ D STUDI DI NAPOLI FEDERICO II
COME ALLA CORTE DI FEDERICO II
Dagli Appennini alle Ande. Un telescopio napoletano
LA VOCAZIONE PROFONDA
DEGLI ASTROFISICI
nomia che è duplice. Un’estetica: raccogliere
Pietro Greco
democratica: consegnarle “a noi tutti”. Come ha
nuove e belle immagini dell’universo. L’altra
fatto
Scrittore e Giornalista Scientifico
il
telescopio
spaziale
Hubble,
le
cui
immagini (bellissime) hanno riempito libri e
pagine di giornale. E come sta facendo il VLT
Qual
è
l’obiettivo
del
VLT
Survey
Survey Telescope di Capaccioli.
Telescope, il telescopio collocato in Cile di cui
Questa per l’estetica e la democrazia è
Massimo Capaccioli è il Principal Investigator? È
una vocazione profonda dell’astronomia. E per
molto
vocazione
dimostrarlo basta richiamare alla mente quello
profonda dell’astronomia e fornire a noi tutti
che hanno fatto Galileo, lo scienziato scrittore, e
nuove (e belle) immagini dell’universo.
Dante, il poeta della scienza. Il primo ha fondato
semplice:
rispondere
alla
L’astronomia è da sempre fondata sul
rapporto intimo con l’immagine. Anzi, è da
sempre la scienza fondata per definizione sul
rapporto con le immagini. Infatti gli astronomi
non possono manipolare, rompere, ridurre a
pezzetti,
ricomporre,
insomma
sperimentare
l’universo lontano come fanno i fisici e i chimici e
i biologi con la materia, inorganica, organica o
biologica, qui sulla Terra. Gli astronomi da
sempre non possono fare altro che “vedere”
l’universo da lontano. Raccogliere immagini. E la
storia dell’astronomia è la storia della crescente
capacità di raccogliere nuove (e belle) immagini
del cosmo. Fino a Tycho Brahe questa capacità
la
moderna
limitandosi
a
cannocchiale
astronomia
osservare
che
aveva
scientifica
il
cielo
non
con
il
perfezionato,
ma
scrivendo un resoconto di quelle osservazioni, il
Sidereus Nuncius, in cui le immagini (bellissime,
da lui stesse disegnate) e il testo (essenziale,
attentamente
studiato)
fanno
un
tutt’uno
organico. Con quelle immagini e quel testo
interpenetrati
genere
Galileo
letterario:
l’obiettivo
di
far
il
ha
fondato
report
consegnare
un
nuovo
scientifico.
non
Con
solo
ad
astronomi e filosofi, ma a tutti coloro che hanno
“occhi nella fronte e nel cervello” nuove (e belle)
immagini dell’universo.
era affidata agli occhi. E all’immaginazione. Con
E cosa ha fatto Dante, nella Divina
Galileo è arrivato il telescopio, che ci ha dato la
Commedia? Basta rileggere il secondo canto del
possibilità di vedere letteralmente cose mai viste
Paradiso, per verificare la genialità con cui
prima. Con l’astrofisica del XX secolo abbiamo
rispetta il “principio estetico dell’astronomia”
aperto nuovi occhi, capaci di “vedere” l’universo
creando nuove immagini virtuali della luna ed
di raggi ultravioletti, dei raggi X, dei raggi
effettuando veri e propri esperimenti mentali per
gamma, dell’infrarosso, delle radioonde. Tutte
dimostrare che il nostro satellite è un corpo
tecnologie che – lo ripetiamo – hanno consentito
opaco. Ma perché fa questo? Per rispettare il
di rinnovare la vocazione profonda dell’astro-
“principio
democratico”
dell’astronomia:
17
far
UNIVERSITÀ D STUDI DI NAPOLI FEDERICO II
COME ALLA CORTE DI FEDERICO II
Dagli Appennini alle Ande. Un telescopio napoletano
vedere tutto a tutti. Spezzare il pane degli angeli
Forniscono a noi tutti nuove e (belle) immagini
anche per chi non può sedere al tavolo dei
cosmiche per aiutarci a capire (e a stare) nella
sapienti. Questo fanno ancora oggi gli astrofisici.
casa in cui siamo nati: “io dico l’universo”.
18
