Astronomia per tutti: Volume 4

Con l'arrivo del nuovo mese è uscito fresco fresco il nuovo volume del corso di astronomia multilivello e multidisciplinare "Astronomia per tutti".
Per chi non sapesse ancora di cosa sto parlando è meglio dare un'occhiata qui.

Il nuovo numero di Astronomia per tutti!

In questo volume, disponibile per Kindle (con formule ben leggibili) e in PDF ad alta risoluzione, andiamo nel vivo delle categorie di astronomia amatoriale.

Nella categoria riguardante i neofiti, utilizzeremo le nozioni teoriche apprese nei volumi precedenti per capire cosa e come osservare il cielo a occhio nudo; scopriremo ad esempio come trovare i pianeti con un semplice sguardo, facendo un po' di attenzione alla loro luce.

 Per gli appassionati della fotografia vedremo un’applicazione estremamente semplice e interessante: riprendere il vero colore delle stelle con una reflex e un modesto treppiede, quasi sempre nascosto anche alle classiche fotografie scattate con i più grandi telescopi professionali. Questo ci farà capire meglio il capitolo sull'astrofisica in cui parleremo del corpo nero e dei colori delle stelle (e non solo).

Nella categoria dedicata alla ricerca amatoriale vedremo come studiare e scoprire nuove stelle variabili (si, avete capito bene!) con il nostro piccolo telescopio e una camera digitale.

Nello spazio dell'astronautica inizieremo ad affrontare il tema affascinante dell'esplorazione della Luna, che si concluderà nel volume successivo con la cronaca delle missioni umane e qualche "intoppo" non previsto.

Come tema d'attualità, infine, sono state scelte le montagne del Sistema Solare. Certo, perché non crederete mica che solo la Terra abbia alte e appuntite vette, splendide da ammirare e scalare? Vi anticipo una cosa: le montagne terrestri potrebbero sembrare poco più che delle colline. E sono pronto a scommettere che non indovinerete mai dove si trova la vetta più alta di tutto il Sistema Solare. No, non è (più) su Marte, ma su un insospettabile outsider...outsider...

Per acquistare il volume per il lettore Kindle e tutti i dispositivi che lo supportano, cliccare qui.

Per acquistarlo in PDF ad alta risoluzione cliccare qui.

A breve sarà disponibile anche la versione cartacea.

Domande e risposte: Cosa sono i buchi neri?

Per cercare di capire cosa sono e come si formano i buchi neri, almeno quelli stellari, dobbiamo considerare brevemente le ultime fasi di vita di una stella almeno 15 volte più massiccia del Sole.

A partire dalle 8 masse solari in poi la stella cerca di rinviare la sua morte fondendo tutti gli elementi creati dai precedenti processi, fino ad arrivare al ferro.

La fusione del ferro non produce più energia, quindi la stella crolla sotto il suo stesso peso, poi rimbalza come un’immensa onda d’urto ed esplode come una supernova.

Al centro, laddove prima si trovava il nucleo di ferro, resta un oggetto estremamente caldo e molto particolare. 

Rappresentazione artistica di un buco nero.

Se la massa del nucleo è inferiore ad 3,8 masse solari, si forma una stella di neutroni, un agglomerato di materia che ha la stessa densità di un neutrone, milioni di miliardi di volte superiore a quella dell’acqua. Di fatto, quest’oggetto, dal diametro di una decina di chilometri, può essere assimilato a un gigantesco neutrone.

Se il nucleo rimanente ha una massa superiore a 3,8 masse solari, e questo si verifica orientativamente quando la massa originaria della stella era superiore a 15-20 volte quella del Sole, allora neanche la pressione dei neutroni riesce a contrastare il collasso gravitazionale, che procede fino a formare quello che è chiamato buco nero.

Il buco nero è un oggetto talmente massiccio che la forza di gravità nelle sue vicinanze è così forte da non far sfuggire neanche la radiazione elettromagnetica eventualmente emessa.

Poiché le onde elettromagnetiche sono ciò che viaggia più velocemente nell’Universo, ne consegue che dalla superficie del buco nero non può fuggire assolutamente nulla. Qualsiasi cosa vi entri non potrà più liberarsi da un abbraccio così soffocante. È per questo motivo che il buco nero appare completamente nero, quindi del tutto invisibile. 

Come fanno gli astronomi a essere allora certi della sua presenza?

Attraverso quelle che vengono chiamate misure indirette, ovvero osservando gli effetti che provocano sulla materia che senza accorgersi si avvicina troppo a questo silenzioso e invisibile predatore cosmico.

Stelle o gas che incontrano un buco nero vengono lentamente risucchiate, formando quello che si chiama disco di accrescimento. Il materiale spiraleggia velocemente verso il buco nero, ma prima di venirne inghiottito per sempre saluta l’Universo emettendo una grande quantità di radiazione elettromagnetica, principalmente raggi x, a seguito del forte riscaldamento subito. 

Appena varcata una linea immaginaria chiamata orizzonte degli eventi, di colpo sparisce completamente qualsiasi informazione e il gas resterà intrappolato per sempre in un ambiente che probabilmente non conosceremo mai.

In effetti nessuno sa e mai potrà sapere cosa c’è dentro un buco nero; se c’è materia, e in tal caso in quale stato si trova, oppure no. 

Gli scienziati considerano la superficie di un buco nero come un’area immaginaria, nella quale potrebbe non esserci affatto materia.

I confini di un buco nero sono infatti identificati da quello che si chiama orizzonte degli eventi.

Il raggio dell’orizzonte degli eventi, detto raggio di Schwarzschild, identifica le dimensioni di una sfera immaginaria all’interno della quale neanche la luce può più uscire, ma non identifica necessariamente un confine nel quale si incontra della materia. 

Alcuni scienziati, addirittura, credono che all’interno dell’orizzonte degli eventi non vi sia materia, ma uno squarcio nel tessuto spazio-temporale che potrebbe collegare due punti lontani dell’Universo.

Al di là delle speculazioni, una cosa è certa: al centro dello spazio delimitato dal buco nero c’è quella che di chiama singolarità. Tutte le grandezze fisiche in quel punto assumono valori infiniti o nulli. 

Poiché il concetto di infinito in fisica non esiste, questo significa che al centro di un buco nero non valgono più le leggi fisiche che conosciamo e che regolano il funzionamento dell’Universo.

I buchi neri non si generano solamente dal collasso di stelle di grande massa, ma anche al centro delle galassie, regioni nelle quali la grande concentrazione di materia genera buchi neri con una massa miliardi di volte superiore a quella del Sole, detti buchi neri galattici.

A quanto risulta, ogni galassia, compresa la Via Lattea, ha un buco nero molto massiccio nel centro.

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Domande e risposte: Quanto è densa una nebulosa?

Molte nebulose oscure appaiono così dense da creare dei veri e propri buchi in cielo. 

Alcune grandi nebulose a emissione, come la celebre M42 in Orione o la nebulosa Laguna nel Sagittario, con un telescopio e soprattutto in fotografia sembrano cortine impenetrabili di gas.

Anche in questo caso, l’apparenza inganna, e anche molto!

La densità del gas di ogni nebulosa è milioni di miliardi di volte inferiore alla densità dell’aria che stiamo respirando in questo momento. 

Gli oggetti più densi sono le nebulose oscure. La densità può arrivare anche a 1 milione di molecole per centimetro cubo.

Le nebulose a emissione, in conseguenza della minore quantità di gas (utilizzato per formare le stelle) e della temperatura elevata (un gas caldo si espande) hanno densità tipiche comprese tra 1000 e 10.000 atomi (non più molecole) per ogni centimetro cubo di spazio.

La densità di queste gigantesche nubi calde di gas è così bassa che se ci fossimo immersi probabilmente non noteremmo nulla, se non un debolissimo alone grigio in cielo simile alle nottate astronomiche estive afflitte da un’alta umidità.

Nessuna visione spettacolare, quindi. Il colore delle nebulose non si riesce a osservare a occhio nudo neanche se vi siamo immersi. Il problema è tutto della sensibilità dei nostri occhi. 

Ben altro discorso per le macchine fotografiche. Grazie al tempo di esposizione regolabile a piacere, le nebulose sono gli oggetti celesti più colorati in assoluto.

Domande e risposte: Perché non esistono stelle verdi?

La domanda è molto interessante e per rispondere dobbiamo necessariamente considerare un’altra variabile: l’occhio umano. 

Colore in funzione della temperatura delle stelle

Le stelle, in effetti, emettono radiazione elettromagnetica che ha un picco ad una lunghezza d’onda che dipende dalla temperatura. Una stella con un picco di emissione nel verde ha una temperatura superficiale vicina ai 6000°C, non troppo diversa da quella della superficie solare. 

Tuttavia, il Sole non ci appare affatto verde e per quanto possiamo cercare nessun astro della giusta temperatura mostrerà questo tipo di tonalità.

La risposta in questo caso è da ricercare nel comportamento dell’occhio umano.

La sensibilità del nostro apparato visivo non è la stessa per tutti i colori. Per una curiosa coincidenza, la luce emessa da una stella con picco di emissione nel verde si sovrappone alla curva di sensibilità del nostro occhio che ce la fa apparire completamente bianca.

Quindi la risposta è: esistono stelle la cui emissione di corpo nero ha un massimo nel verde, ma il nostro occhio le percepisce bianche, e lo stesso accade a tutti i sensori di ripresa calibrati secondo la risposta ai colori del nostro occhio (ad esempio le comuni fotocamere digitali).

L’influenza della risposta dell’occhio umano nella percezione dei colori è più forte e profonda di quanto si possa pensare.

Le normali lampadine a incandescenza, ad esempio, si trovano ad una temperatura di circa 3000°C ed emettono quindi radiazione di corpo nero il cui massimo cade nel rosso. Tuttavia, se le osserviamo ci sembrano emettere una luce tendente al giallo, quasi bianca. Questo è dovuto al fatto che l’occhio umano mostra maggiore sensibilità nel giallo e nel verde e meno nel rosso. Di conseguenza, anche se la lampadina emette più luce nel rosso, è la sensibilità dell’occhio umano a regolare la nostra percezione del colore e a farcela sembrare di tonalità giallastra. 

Queste vicende ci forniscono anche un ottimo insegnamento sul come affrontare i temi dell’astronomia e della scienza: l’occhio non è lo strumento più adatto a mostrarci la realtà per come è veramente!