L’Universo da giovane: un argomento complicato

Rappresentazione di un tipo di quasar
15 Aprile 2008

INTERVISTA 11-2008. Il telescopio spaziale dell’ESA XMM-Newton, dedicato alle osservazioni dell’universo nella radiazione X, ha scoperto nuove peculiarità di una classe di oggetti di per sé estremamente singolari: i cosiddetti quasar.

Intanto cerchiamo di capire che cosa sia un quasar.

Il termine quasar sta per quasi-stellar radio source, che indica cioè un corpo celeste che osservato attraverso un normale telescopio appare puntiforme come una stella, ma che quando viene osservato nelle onde radio appare molto più luminoso di una semplice stella.

Anzi, la teoria più accreditata vuole che i quasar siano tra gli oggetti più luminosi dell’Universo conosciuto e che popolino l’universo di molti miliardi di anni fa. La loro luce proviene da un’epoca nella quale le galassie, cioè raggruppamenti di centinaia di miliardi di stelle tenuti insieme dalla forza di attrazione gravitazionale, si stavano formando. I quasar, in effetti, sembrano essere enormi buchi neri, di massa equivalente a quella di molti milioni di stelle come il nostro Sole, ospitati nel nucleo delle galassie stesse.

La materia che cade nel buco nero supermassiccio forma un disco di materia, chiamato disco di accrescimento, nel quale il gas e tutto ciò che lo costituisce tende a scaldarsi per attrito e dunque a emettere radiazione. Questo meccanismo è talmente efficiente da essere in grado di convertire circa la metà della massa di un corpo in caduta nel buco nero in energia. Per confronto, le reazioni di fusione termonucleare appaiono 10 volte meno efficienti!

Una curiosità finale: una volta messo a punto il sistema di identificazione dei quasar, si è capito che solo circa il 10% è particolarmente luminoso nelle onde radio. Quindi la scoperta di queste strutture attraverso la radioastronomia è stata praticamente casuale.

La regione M31 vista da XMM-Newton dal 2000 al 2004

Sui media rimbalzano sempre notizie di scoperte di oggetti strani o anomali e si trattiene l’impressione complessiva che l’Universo si riveli sempre più complicato man mano che lo osserviamo con maggiore dettaglio. È così?

È così solo se ci immergiamo nei particolari e non cogliamo le sintesi. Ma le sintesi fanno molto meno notizia che non le eccezioni, le devianze. È vero inoltre che in questi quaranta anni di telescopi spaziali abbiamo imparato ad osservare l’Universo come non abbiamo mai fatto e che oggi siamo in grado di vedere dettagli mai conosciuti, anche grazie alla tecnologia promossa dall’ESA e alla qualità della ricerca europea.

Dettagli di cui le nostre teorie devono tener conto e che spesso ci portano a una comprensione fisica dell’Universo più dettagliata. In altri termini, è certamente vero che spiegare i dettagli dell’Universo, della sua evoluzione, di tutto ciò che lo costituisce – galassie, stelle, gas, luce, forze gravitazionali, elettromagnetiche, nucleari eccetera – è estremamente complicato.

Ma la nostra consapevolezza fisica dell’Universo non è mai stata così raffinata come oggi. La scoperta di cui stiamo parlando, per esempio, ci potrà aiutare a capire in che modo si sono formati i buchi neri supermassicci nelle galassie che li ospitano e che evoluzione hanno avuto le galassie stesse. Si ritiene infatti che praticamente tutte le galassie, la nostra compresa, abbiano vissuto una porzione della loro vita da “quasar”.

Black hole
Immagine artistica di un buco nero

Torniamo ai buchi neri supermassicci che sono al centro delle galassie attive. Che cosa ha visto XMM-Newton?

Quando la materia entra a far parte del disco di accrescimento del buco nero, come ho detto, parte dell’energia viene irradiata sotto forma di luce a molte lunghezze d’onda. L’immensa pressione esercitata dalla radiazione e dai campi magnetici presenti agisce come un pistone e porta all’espulsione di parte del gas intorno al disco stesso.

Questi getti di materia hanno una profonda influenza sulla galassia in cui il buco nero supermassiccio si annida. Determinano per esempio movimenti turbolenti nelle nubi dalle quali nascono le stelle, impedendone di fatto la nascita.

XMM-Newton ha identificato flussi di gas che vengono espulsi lungo l’asse di rotazione di un quasar, dalle aree polari per intendersi, invece che dalle zone equatoriali, come si riteneva finora. Un elemento che indica che l’interazione fra buco nero e galassia che lo ospita sia ancora più complicata di quanto si pensasse. Dovremo tener conto anche di questo, nella sintesi a cui accennavo prima.

Black hole in a strong magnetic field
L'energia sprigionata da un buco nero

I risultati di cui stiamo parlando provengono da osservazioni telescopiche, principalmente dallo spazio, ma anche da terra, specialmente per quanto riguarda i dati radio e nella luce visibile, ma anche da modelli matematici. Quando conta la matematica per la comprensione di fenomeni singolari, come i buchi neri?

In generale la matematica è uno strumento fondamentale per la scienza. Una delle innovazioni più importanti di Galileo è stata proprio l’inizio della matematizzazione dello studio della natura. La matematica è inoltre uno strumento, che può essere forgiato a seconda delle necessità. Per esempio, com’è noto, esiste una geometria non euclidea, nella quale per esempio non vale il teorema di Pitagora.

Le geometrie non euclidee sono quelle che descrivono lo spazio-tempo in prossimità di un buco nero. È possibile costruire modelli numerici, vere e proprie simulazioni, attraverso le quali capire come funziona un buco nero, naturalmente semplificato: questo è possibile solo perché ogni comportamento fisico può essere descritto matematicamente e risolto per via numerica, almeno approssimativamente.

Quindi non si tratta affatto di una fredda riduzione al numero, ma di una straordinaria flessibilità di uno strumento, la matematica, che – come suggerivi – oggi come quattrocento anni fa – è lo strumento fondamentale della ricerca scientifica. Oltre che essere estremamente divertente!

Le interviste

Dal maggio 2000, con cadenza settimanale, RAI NEWS 24 - canale televisivo digitale della RAI dedicato all'aggiornamento in tempo reale - riserva all'ESA uno spazio di approfondimento di 5 minuti: un'intervista su una notizia di attualità legata alle attività nello spazio.

I servizi vengono ritrasmessi ulteriormente su RAI International e RAI 3. Si va dagli approfondimenti sulla Stazione Spaziale Internazionale, alle scoperte scientifiche dei satelliti dedicati all'astronomia, alle applicazioni concrete legate alle osservazioni della Terra dallo spazio.

I giornalisti della Rai, Lorenzo di Las Plassas, Stefano Masi, Marco Dedola si alternano nel discutere con il giornalista scientifico che collabora con l'ESA, Stefano Sandrelli, per dare un'idea dell'argomento e per approfondirne un aspetto, in modo che, leggendo di seguito le interviste relative a uno stesso settore se ne abbia uno spaccato sempre più ampio, venendo a conoscenza di cose sempre nuove.

Per ulteriori informazioni, rivolgersi a: Franca.Morgia@esa.int.

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