Svelati alcuni segreti dell’universo
IL 4 LUGLIO dell’anno 1054, poco prima dell’alba, Yang Wei Te era intento a scrutare il cielo. In qualità di astronomo ufficiale della corte imperiale cinese, stava osservando meticolosamente il moto delle stelle quando all’improvviso una luce intensa proveniente da una regione vicina alla costellazione di Orione attirò la sua attenzione.
Era comparsa quella che gli antichi cinesi chiamarono una “stella ospite”. Dopo aver ubbidientemente riferito il raro fenomeno al suo imperatore, Yang osservò che la “stella ospite” era diventata addirittura più luminosa di Venere, tanto che per diverse settimane la si poteva vedere in pieno giorno.
Dovevano passare novecento anni prima che questo spettacolo si potesse spiegare in maniera adeguata. Ora si ritiene che quella che l’astronomo cinese vide era l’esplosione di una supernova, la morte spettacolare di una stella massiccia. I particolari dei meccanismi che provocano un fenomeno così straordinario sono solo alcuni dei segreti che l’astronomia tenta di svelare. Gli astronomi sono giunti, un passo alla volta, ad elaborare la spiegazione seguente.
Anche se le stelle come il nostro Sole possono avere una vita estremamente lunga e stabile, la loro nascita e la loro morte danno luogo agli eventi più spettacolari che si possano osservare nel cielo. Gli scienziati ritengono che la vita di una stella inizi all’interno di una nebulosa.
Nebulose. Una nebulosa è una nube interstellare di gas e polveri. Le nebulose sono tra gli oggetti più belli da osservare nel cielo notturno. Quella della foto di copertina si chiama Nebulosa Trifida (ovvero nebulosa con tre fenditure): al suo interno sono nate nuove stelle, le quali fanno sì che la nebulosa emetta una luce rossastra.
A quanto pare, le stelle si formano all’interno di una nebulosa quando la materia dispersa collassa per gravità in nubi di gas che continuano a contrarsi. Queste enormi bolle di gas raggiungono un equilibrio quando la loro temperatura sale fino al punto che nel loro nucleo si innescano reazioni nucleari tali da impedire un’ulteriore contrazione. In questo modo nasce una stella, spesso insieme ad altre, con le quali forma un ammasso stellare.
Ammassi stellari. Nella foto di pagina 8 si può vedere un piccolo ammasso chiamato Portagioie, o Scrigno dei Gioielli, che si pensa si sia formato solo pochi milioni di anni fa. Esso deve il suo nome alla fantasiosa descrizione che ne fece l’astronomo del XIX secolo John Herschel: “Un cofanetto di gemme multicolori”. Solo nella nostra galassia si conoscono più di mille ammassi simili.
L’energia delle stelle. Una stella nascente, cioè in via di formazione, si stabilizza quando il suo interno si trasforma in una fornace nucleare. Essa comincia a trasformare l’idrogeno in elio mediante un processo di fusione analogo a quello che si verifica in una bomba all’idrogeno. Una stella tipica, come il Sole, ha una massa tale che può bruciare il suo combustibile nucleare per miliardi di anni prima di esaurire le scorte.
Ma cosa accade quando una stella del genere infine consuma tutto il suo idrogeno? Man mano che la stella esaurisce l’idrogeno nelle sue regioni interne il nucleo si contrae e la temperatura sale. Nello stesso tempo gli strati esterni si espandono enormemente, facendo aumentare il raggio della stella di 50 o più volte, e la stella diventa una gigante rossa.
Giganti rosse. Una gigante rossa è una stella la cui temperatura superficiale è relativamente bassa; per questo motivo essa appare di colore rosso anziché bianco o giallo. Nella vita della stella questa è una fase relativamente breve, e termina — quando le scorte di elio cominciano ad esaurirsi — con una conflagrazione spettacolare. La stella, che brucia ancora elio, espelle i suoi strati più esterni, i quali formano una nebulosa planetaria che risplende grazie all’energia ricevuta dalla stella madre. Infine la stella si contrae drasticamente fino a diventare una nana bianca poco luminosa.
Se invece la massa della stella originale è sufficientemente grande, il risultato finale è che la stella stessa esplode. Questo è ciò che si chiama supernova.
Supernovae. Una supernova è una stella molto più massiccia del Sole che termina la sua vita esplodendo. Le violente onde d’urto scagliano nello spazio enormi quantità di polveri e di gas a velocità superiori ai 10.000 chilometri al secondo. La luce prodotta dall’esplosione è più intensa di quella di un miliardo di Soli, e la supernova appare nel cielo come un fulgido diamante. L’esplosione di una sola supernova libera la stessa energia che il Sole irradierebbe in nove miliardi di anni.
Novecento anni dopo che Yang osservò la sua supernova, gli astronomi possono ancora vedere i resti di quell’esplosione: la cosiddetta Nebulosa del Granchio. Ma la nebulosa non è il solo residuo dell’esplosione. Nel suo centro gli scienziati hanno scoperto qualcos’altro: un minuscolo oggetto, che ruota su se stesso 33 volte al secondo, chiamato pulsar.
Pulsar e stelle a neutroni. Per quel che si sa, una pulsar è un nucleo di materia estremamente densa in rotazione: quanto resta dell’esplosione di una supernova nel caso che la stella originaria avesse una massa non superiore a tre volte quella del Sole. Avendo un diametro inferiore a 30 chilometri, raramente le pulsar sono visibili con i telescopi ottici. Tuttavia possono essere identificate con i radiotelescopi, che rivelano i segnali radio prodotti dalla loro rapida rotazione. La stella emette un fascio di onde radio che ruota insieme ad essa, come il fascio di luce di un faro, così che un osservatore la vede emettere una serie di impulsi, da cui il nome pulsar. Le pulsar sono anche chiamate stelle a neutroni perché sono formate principalmente da neutroni compressi l’uno vicino all’altro. Questo spiega la loro incredibile densità: più di cento milioni di tonnellate per centimetro cubo.
Ma cosa succederebbe se una stella la cui massa è veramente grande diventasse una supernova? Secondo i calcoli degli astronomi, il suo nucleo potrebbe continuare a collassare oltre lo stadio di stella a neutroni. Teoricamente, la forza di gravità che comprimerebbe il nucleo sarebbe talmente grande da dar luogo a un cosiddetto buco nero.
Buchi neri. I buchi neri sarebbero come giganteschi gorghi cosmici da cui nulla può sfuggire. La loro attrazione gravitazionale è così forte che se la luce o la materia si avvicinano troppo a un buco nero ne vengono inesorabilmente risucchiate.
Non si è mai osservato direttamente un buco nero — per definizione, questo è impossibile — anche se i fisici sperano di dimostrare l’esistenza dei buchi neri sfruttando gli effetti che producono su oggetti vicini. Può darsi che per conoscere questo particolare segreto sia necessario sviluppare nuove tecniche di osservazione.
I segreti delle galassie
Una galassia è una struttura cosmica composta da miliardi di stelle. Nel 1920 si scoprì che il Sole non è al centro della nostra galassia, come prima si pensava. Poco dopo, potenti telescopi rivelarono numerose altre galassie, e l’uomo cominciò a rendersi conto dell’immensità dell’universo.
La fascia debolmente luminosa che chiamiamo Via Lattea in effetti è la nostra stessa galassia vista dal bordo di un suo braccio. Se la potessimo vedere da lontano, ci apparirebbe come un’enorme trottola piatta. La sua forma è stata paragonata a quella di due uova al tegame accostate dorso a dorso: naturalmente si tratterebbe di uova di proporzioni gigantesche. Viaggiando alla velocità della luce ci metteremmo 100.000 anni per attraversare la nostra galassia. Il Sole, situato verso il bordo esterno della galassia, impiega 200 milioni di anni per completare la sua orbita attorno al centro galattico.
Le galassie, come le stelle, custodiscono ancora molti segreti che affascinano la comunità scientifica.
Quasar. Negli anni ’60 furono captati intensi segnali radio provenienti da oggetti molto, molto al di là del nostro Gruppo Locale di galassie. A motivo della loro somiglianza con le stelle questi oggetti furono chiamati quasar, abbreviazione di quasi-stellar radio sources, ovvero “radiosorgenti quasi stellari”. Ma gli astronomi erano perplessi a motivo della prodigiosa quantità di energia che le quasar emettevano. La più brillante ha una luminosità circa diecimila volte superiore a quella dell’intera Via Lattea, e le più lontane scoperte finora distano oltre 10 miliardi di anni luce.
Dopo due decenni di studi intensi, gli astronomi sono giunti alla conclusione che queste quasar distanti sono nuclei molto attivi di galassie remote. Ma cosa accade nel nucleo di queste galassie per produrre un’energia così enorme? Alcuni scienziati ipotizzano che l’energia sia liberata da processi gravitazionali anziché dalla fusione nucleare come avviene nelle stelle. Gli attuali modelli teorici associano le quasar a giganteschi buchi neri, ma al momento non ci sono elementi sufficienti per garantire la correttezza di questa spiegazione.
Le quasar e i buchi neri sono solo due dei rompicapi che restano ancora da risolvere. In effetti, alcuni segreti dell’universo potrebbero rimanere per sempre al di là della nostra portata. Nondimeno, quelli che sono stati svelati ci possono insegnare importanti lezioni, lezioni le cui implicazioni vanno ben oltre il dominio dell’astronomia.
[Immagine a pagina 7]
Galassia a spirale M83
[Fonte]
Foto: D. F. Malin, per gentile concessione dell’Anglo-Australian Telescope Board
[Immagini a pagina 8]
Il Portagioie
Ammasso stellare aperto: le Pleiadi nella costellazione del Toro (M45)
[Fonte]
Foto: D. F. Malin, per gentile concessione dell’Anglo-Australian Telescope Board
[Immagini a pagina 8]
Nebulosa di Orione; nel riquadro: Nebulosa Testa di Cavallo
[Fonte]
Foto: D. F. Malin, per gentile concessione dell’Anglo-Australian Telescope Board