Le grandi domande della vita: Le origini degli elementi chimici

La nucleosintesi stellare è il processo di creazione degli elementi chimici, quelli appartenenti alla tavola periodica. Ognuno degli atomi di cui è costituito l'univero è stato creato o nel corso del Big Bang (in particolare idrogeno, elio e piccolissime quantità di litio) o nei processi di formazione stellare, in particolare gli istanti finali delle stelle, come per esempio la "morte" delle stelle di piccola massa (processo nel quale è stata creata la maggior parte del litio presente nell'universo) o nelle esplosioni di stelle particolarmente massiccie (supernove e kilonove), senza dimenticare i processi che generano grandi quantità di onde graviotazionali come la collisione e conseguente fusione di due (o più) stelle di neutroni. Esiston, però, anche una manciata di elementi chimici che non sono stati creati nei processi di nucleosintesi, ma nei laboratori terrestri.
Nella tavola periodica che trovate qui sotto, per ciascun atomo è indicata anche la sua origine: in questo modo potrete apprezzare visivamente quali sono gli atomi che non sono stati creati nelle stelle (in pratica nessuno di "uso comune").

Fatti della luce delle stelle

Sai, gli scienziati dicono che siamo tutti fatti di luce stellare, e che nello spazio c'è il passato Osserviamo la luce delle stelle morte e noi stessi siamo pezzi di stelle, o comunque fatti della stessa energia. Se questo è il termine giusto. Alla fine, qualsiasi cosa ci animi o animi la realtà, tornerà a essere ciò che era prima. O una forma di ciò che era prima.

- da La setta delle ciambelle di Joe Lansdale

La perduta stella del nord

Dopo una memorabile e irreversibile litigata con gli altri membri del gruppo, a quanto pare Tuomas Holopainen in testa, Tarja Turunen abbandona i Nigthwish e inizia una carriera da solista. Dopo un abbastanza classico esordio con un disco di cover, a tema natalizio, il 19 novembre del 2007 in Finlandia e il 2 gennaio dell'anno d'opo in Sud America (per poi andare nel resto del mondo) viene rilasciato My winter storm, un concept album invernale. E quale giorno migliore per citarlo se non proprio il primo giorno d'inverno?
Oggi, 21 dicembre 2021, alle 15:59, ha avuto inizio il solstizio d'inverno astronomico. I solstizi, parola che viene dal latino solstitium, ovvero sole fermo, sono definiti da una particolare posizione tra l'asse di rotazione della Terra e il suo piano orbitale. In particolare i due solstizi, d'inverno, quando abbiamo il numero minimo di ore di luce, e quello d'estate, quando abbiamo il massimo di ore di luce, coincidono con il minimo e il massimo angolo di inclinazione dell'asse terrestre rispetto al piano orbitale.
Non è, però, del solstizio che voglio scrivere (vi rimando a questo video di Sandro Bardelli per EduINAF) le classiche due righe, ma della Lost Northern Star, terza traccia dell'album di Tarja:

Wikiritratti: Hans Bethe

Il badge di Hans Bethe
presso i laboratori di Los Alamos

Nonostante sia a tutti gli effetti un fisico nucleare, Hans Bethe vinse il Premio Nobel per la fisica nel 1967 per i suoi contributi all'astrofisica. D'altra parte se consideriamo quale suo lavoro venne premiato, la cosa assume anche un altro aspetto: la nucleosintesi. D'altra parte Bethe è cofirmatario, pur non essendo coautore, di uno degli articoli fondamentali del campo, The origin of chemical elements, lavoro in realtà sviluppato da George Gamow e dal suo dottorando Ralph Alpher (il famoso articolo alpha-beta-gamma).
Bethe, in effetti, nacque a Strasburgo il 2 luglio del 1906. All'epoca la cittadina francese faceva parte del territorio tedesco. Nato da madre ebrea, Anna Kuhn, e da padre protestante, Albrecht Bethe, pur essendo cresciuto con il credo paterno divenne successivamente ateo. Dopo lo spostamento della famiglia nel 1915 a Francoforte a causa del nuovo ruolo del padre, direttore del dipartimento di fisiologia della locale università, si ammalò di tubercolosi. La cosa provocò l'interruzione degli studi, che riprese solo nel 1917.
Nel 1924 entrò nell'università di Francoforte scegliendo la chimica come materia di studio: la fisica non era molto forte in quella città, mentre l'approccio matematico di Carl Ludwig Siegel e Otto Szász non era di suo gradimento. Il problema di Bethe, però, era quello di essere un pessimo sperimentatore, così su consiglio del fisico Karl Meissner (nel frattempo il ragazzo era passato a fisica) nel 1926 entrò all'università di Monaco, che presentava una scuola di fisica teorica molto più solida e avanzata rispetto a Francoforte. D'altra parte a Monaco si trovavano fisici del calibro di Arnold Sommerfeld, che seguì Bethe nel suo corso di studi, e Wolfgang Pauli.

Arrakis: un viaggio tra i miti e le stelle

Arrakis è il nome con cui è nota la stella binaria Mu Draconis, nella costellazione del Dragone. Il nome è di chiara derivazione araba: forse da ar-raqiş, il danzatore, o forse da al-Rāqiṣ, il cammello al trotto. Adogni modo è anche il nome del pianeta protagonista dell'esalogia di Dune di Frank Herbert.
In questo caso parliamo di un pianeta desertico che orbita intorno alla stella Canopo, nota anche come Alpha Carinae. Questa è la seconda stella più brillante del cielo notturno. Appartenente alla costellazione moderna della Carena, ha una magnitudine apparente di -0.74 e dista da noi all'incirca 310 anni luce.

Le grandi domande della vita: Speciale astronomo risponde 2019

Ho cercato in tutti i modi di evitare di rispondere alle domande della rubrica de L'astronomo risponde su Edu INAF, ma in questo 2019 alla fine ben due articoli di questa rubrica sono usciti a mio nome, uno dedicato alla durata di un possibile viaggio interstellare e l'altro dedicato alla stella più grande. Andiamo con ordine e pariamo verso le stelle:

In viaggio verso Proxima Centauri b

La domanda è relativa al tempo che servirebbe per viaggiare verso una meta interstellare relativamente vicina a noi. Per questo prendiamo in considerazione Proxima Centauri, una nana rossa a circa 4.2 anni luce dalla Terra nella zona di cielo occupata dalla costellazione del Centauro. Intorno a questa stella si trova un pianeta extrasolare, Proxima Centauri b, la cui scoperta è stata annunciata dall'ESO nel 2016 e che si trova nella zona abitabile della stella. Tra l'altro il pianeta è già stato protagonista di un piccolo giochino matematico con le serie numeriche a metà strada tra Buzzati e la fantascienza. Ad ogni modo, per raggiungere la stella, viaggiando alla velocità della luce, $c$, ovvero 300000 km/s, impiegheremmo all'incirca 4 anni, 2 mesi e un paio di settimane.
Mentre viaggiamo verso Proxima Centauri il tempo sulla Terra trascorre in maniera differente rispetto a noi che siamo nell'astronave, come spiegava molto bene Carl Sagan nel libro Intelligent life in the universe⁽¹⁾. Per capire questa differenza di tempo ci viene in aiuto la relatività speciale di Albert Einstein. Uno dei risultati di tale teoria è che per un corpo in movimento il tempo si dilata, in sostanza si invecchia di meno rispetto a chi rimane fermo.
Per avere un'idea di tale differenza, supponiamo che la nostra astronave viaggi a una frazione della velocità della luce, diciamo $0.8 \, c$. Questo vuol dire che, per i nostri amici rimasti sulla Terra, la durata del nostro viaggio sarebbe all'incirca di 10 anni, 5 per l'andata e 5 per il ritorno. Per noi che restiamo sull'astronave, invece, il viaggio durerebbe all'incirca 6 anni, 3 per l'andata e 3 per il ritorno. Questa differenza è dovuta al rapporto tra il tempo proprio dell'astronauta, $t_{astronauta}$, e il tempo misurato sulla Terra, $t_{Terra}$, che alla velocità di $0.8 \, c$ è

E alla fine ne restò solo uno

Nel corso della sua evoluzione, il nostro Sole è destinato a diventare prima una gigante rossa e successivamente una nana bianca. Quindi studiare il comportamento di tale genere di stelle risulta particolarmente interessante per il futuro del nostro pianeta. Ciò che in realtà risulta ancora più interessante è quando questo genere di studi vengono condotti con strumenti a terra, come il Very Large Telescope. Il telescopio, costruito in Cile dall'ESO, è infatti riuscito a osservare una nana bianca, per ora identificata con la sigla WDJ0914+1914, e, soprattutto, è riuscito a scoprire tramite il metodo del transito un pianeta che le ruota intorno. Dai dati raccolti e rielaborati dagli astronomi si è visto che questo pianeta è un gigante gassoso tipo Nettuno in corso di evaporazione intorno alla stella, un po' per via delle alte temperature della stella, la cui superficie dovrebbe essere cinque volte più alta rispetto a quella del nostro Sole, un po' per via della vicinanza del pianeta, visto che il suo periodo di rivoluzione sembra essere di una decina di giorni appena.
La notizia, che è stata rilasciata da pochissimo dall'ESO, risulta secondo me particolarmente interessante nell'ottica del successore del VLT, l'Extremely Large Telescope, che avrà una risoluzione molto maggiore rispetto al VLT e dunque potrebbe arrivare molto vicino anche a vederli realmente i pianeti e non solo a catturarne gli scampoli di luce che vengono smorzati dal loro passaggio di fronte alla loro stella madre.

L'Orsa Maggiore e le stelle di van Gogh

La Notte stellata sul Rodano, quadro notturno di Vincent van Gogh, vede protagonista del cielo la costellazione dell'Orsa Maggiore che, come scrivo su Edu INAF, è rappresentata con grande precisione dal pittore olandese. Per cui, come già fatto con l'Ofiuco, anche in questo caso spendo qualche riga per la leggenda occidentale dietro questa costellazione:

Senza mai riposo

La costellazione dell'Orsa Maggiore è presente in diverse culture, anche molto distanti tra loro, il che fa supporre a molti antropologi che l'origine di tale costellazione vada fatta risalire a tempi dell'ordine dei 30000 anni fa, quando in Europa era diffuso il culto dell'orso⁽¹⁾.
Il mito classico occidentale racconta di come Era, dopo l'ennesimo tradimento di Zeus, trasformò la ninfa Callisto in un'orsa poco prima che questa partorisse il figlio del dio, Arcas. Zeus e Artemide, però, decisero di porre i due in cielo, dando così origine alle costellazioni dell'Orsa Maggiore e dell'Orsa Minore. Era ancora una volta ci mise lo zampino e chiese a Teti di scagliare una maledizione contro le due costellazioni, che furono costrette a muoversi continuamente nel cielo senza poter scendere mai a riposarsi sotto l'orizzonte. In questo modo gli antichi spiegavano il perché queste costellazioni erano circumpolari.

Una stella per ogni giorno

(da linus #599, aprile 2015)

Le stelle nel cielo

(da linus #599, aprile 2015)

Il cielo in trasparenza

di John Philipps Emslie via Lost Type Blog

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John Philipps Emslie è stato un artista topografico e un folclorista britannico.
Dal 1854, Emslie studio al Working Men's College, dove fu studente di Dante Gabriel Rossetti. Divenne un artista topografico e nel 1900 illustrò The Illustrated topical record of London vol. 9. Intorno al 1887 scrisse è illustrò il New Canterbury Tales.
Emslie fu un membro originale della Folklore Society, di cui fu anche membro del consiglio. Raccolse le storie del folclore locale per tutta l'Inghilterra, prendendo appunti e disegni topografici.

Le punte delle stelle

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Leggi anche: Perché le stelle scintillano?

Ritratti: Cecilia Payne-Gaposchkin

La struttura dell'atmosfera delle stelle è oggi un fatto assodato. Essa è semplicemente costituita da una serie di strati con nomi e proprietà ben distinti: fotosfera, cromosfera, regione di transizione e cromosfera sono gli strati che la compongono, mentre il lor componente principale è l'idrogeno. Questa scoperta è relativamente recente: infatti, fino alla fine degli anni Venti del XX secolo, gli astronomi erano convinti che, in realtà, il componente principale fosse il ferro, in similitudine con il nucleo della Terra.
Per rompere questa convinzione ci volle una donna, Cecilia Payne, che sostenne l'ipotesi nella sua tesi di dottorato. Il problema, all'epoca, fu che la revisione fatta da Henry Norris Russell metteva in dubbio i suoi risultati, che così non vennero divulgati con il giusto peso; passarono però quattro anni, alla fine dei quali, Russell ottenne conferma delle osservazioni di Cecilia, peccato però che, nonostante gli espliciti ringraziamenti di Russell al lavoro della collega astronoma, fu quest'ultimo a venire accreditato per diverso tempo come lo scopritore della struttura dell'atmosfera solare.

Cecilia Helena Payne-Gaposchkin nasce il 10 maggio del 1900 a Wendover, in Inghilterra da Emma Leonora Helena ed Edward John Payne. Dopo le scuole vinse nel 1919 una borsa di studio per il Newnham College a Cambridge, dove studiò botanica, fisica, chimica. E' qui che, grazie a una lezione di Eddington sulla sua spedizione del 1919 per osservare l'eclisse di quell'anno (e verificare così la teoria della relatività di Einstein), che Cecilia si appassionò all'astronomia, che sarebbe quindi diventata la sua professione.

Quando ho sentito l'astronomo istruito

Quando ho sentito l'astronomo istruito,
Quando le prove, le figure, erano disposte in colonne di fronte a me,
Quando ho visto i grafici e i diagrammi, per aggiungerli, dividerli e misurarli,
Quando io, seduto, ho sentito l'astronomo nella stanza dove ha insegnato tra gli applausi,
Quanto inesplicabilmente presto sono diventato stanco e sofferente,
Fino a che alzatomi e scivolato via non ho iniziato a vagare da solo,
Nella mistica umida aria notturna, e di tanto in tanto,
Guardavo in perfetto silenzio verso le stelle.

(mia traduzione di When I heard the learn'd astronomer di Walt Whitman; vignetta tratta da zen pencils)