Le grandi domande della vita: Questione di dimensioni

A volte mi imbatto in domande curiose la cui prima risposta sarebbe quella di ignorarle, come per esempio quella relativa a Giove e al fatto che non orbita intorno al Sole.
Ovviamente Giove orbita intorno al Sole come tutti gli altri pianeti del Sistema Solare, ma c'è una particolarità nella sua orbita che potrebbe indurre a sostenere anche il contrario. La massa di Giove, infatti, è tale per cui il baricentro del sistema Sole-Giove si trova fuori dalla superficie del Sole, a una distanza che è appena un decimo del raggio solare. Ciò è dovuto essenzialmente alla sua massa e non tanto alle sue dimensioni, come suggerito nella domanda da cui sono partito, ma al di là di questo risultato, è comunque corretto sostenere che sia Giove a gravitare intorno al Sole e non il contrario.

Le grandi domande della vita: Più grande di quel che sembra

Una delle domande più interessanti sull'universo, che torna spesso in varie versioni (qui ne trovate una) è su quali siano le sue effettive dimensioni.
Secondo la teoria cosmologica più accettata, lo spaziotempo si è espanso e forse si sta ancora espandendo a una velocità superiore a quella della luce. Questo ha come conseguenza che ciò che chiamiamo "universo osservabile", ovvero quello che vediamo dell'universo, è solo una porzione dell'intero universo. Questa porzione, però, possiamo comunque provare a rappresentarla, per esempio con una iconica immagine artistica realizzata da Pablo Carlos Budassi:

Le grandi domande della vita: Intorno a cosa sta ruotando?

Nell'ultimo articolo de L'astronomo risponde su EduINAF Antonio Maggio ha fornito una risposta relativamente a un articolo scientifico secondo cui adottare la tesi di un universo in rotazione permetterebbe di risolvere il problema noto come tensione di Hubble. La domanda del lettore non era su questo quesito tecnico, ma su una faccenda relativamente più "semplice". In redazione, però, nel corso della discussione intorno a quella domanda, l'amico Marco Castellani si è posto una domanda interessante (che reinterpreto: non mi metto a cercarla tra le vecchie e-mail!): ammesso che l'universo effettivamente stia ruotando, intorno a cosa ruota?

L'universo con gli occhi del Vera Rubin Observatory

Star trail sopra il Vera Rubin Observatory durante la prima luce dell'aprile 2025

Con una formula forse un po' arzigogolata, sulla wiki inglese troviamo scritto che:

Ella, studiando la curva di rotazione galattica, ha scoperto la discrepanza tra il momento angolare previsto e osservato delle galassie. Il suo lavoro sul problema della ritazione delle galassie è stato citato da altri come prova dell'esistenza della materia oscura.

Insomma tutto pur di non dire che Vera Rubin è stata una delle scopritrici della materia oscura, concetto che era stato introdotto da Fritz Zwicky nel 1933 (e che spesso consideriamo come lo scopritore della materia oscura). D'altra parte il comitato che assegna il Premio Nobel non le ha mai assegnato tale riconoscimento, né per questa scoperta né per altri suoi lavori nel campo dell'astronomia. Le discussioni su questo mancato riconoscimento sono proseguite anche dopo la sua morte, avvenuta il 25 dicembre del 2016, e ovviamente una delle ipotesi sulla mancanza è legata al fatto che fosse una donna.

Tra i fumi del vapor d'acqua

Illustrazione artistica del sistema di K2-18 - via ESA

Scoperto da Kepler nel 2015, K2-18b è un esopianeta distante da noi 124 anni luce che orbita intorno a una nana rossa nella zona abitabile di quella stella. Per il fatto di essere intorno a una nana rossa, si trova particolarmente vicino alla sua stella, all'incirca il 15% della distanza Terra-Sole. Di conseguenza il suo tempo orbitale è particolarmente ridotto, 33 giorni circa.
Stutturalmente il pianeta è classificato come sub-nettuniano con un raggio di 2.6 volte quello della Terra. La luce che riceve dalla sua stella è, invece, paragonabile a quella che riceve la Terra.
Già solo questi dati rendevano K2-18b, anche classificato come EPIC 201912552 b (EPIC sta per Ecliptic Plane Input Catalog, catalogo di esopianeti dedicato alla seconda presa dati di Kepler), un esopianeta particolarmente interessante. L'interesse, però, aumento sul finire del 2019 quando un gruppo di ricerca annunciò che erano state rilevate tracce di vapore acqueo nell'atmosfera del pianeta.

Il primo pezzo del puzzle cosmico di Euclid

Il 15 ottobre nel corso del Congresso Internazionale di Astronautica svoltosi a Milano, è stato presentato il primo mosaico realizzato con gli scatti di Euclid dei suoi primi 6 mesi di attività. E' costituito da qualcosa come 260 foto e ritrate un miliardo e più tra stelle e galassie. La sua estensione corrisponde a un'area di circa 500 volte quella occupata dalla Luna piena vista dalla Terra. Se consideriamo che questa ha un diametro apparente di mezzo grado, per poter visualizzare questo mosaivo dobbiamo immaginare una striscia con 250 lune di base due lune di altezza, ovvero 125° di base e 1° di altezza, il che corrisponde a qualcosa come 5 millesimi dell'area che riusciamo a osservare con i nostri occhi con un semplice sguardo (considerate che la nostra visione si estende per circa 180° di larghezza e 130° di altezza). Ovviamente l'obiettivo di Euclid è quello di "misurare la Via Lattea", motivo per cui è stato definito il "geometra dell'universo" (in realtà la segreta speranza è quella di avere delle prove conclusive sulla curvatura dell'universo), e soprattutto capire come materia ed energia oscure influenzano l'evoluzione del cosmo.
Tutto questo, comunque, l'ho raccontato nel video che trovate qui sotto:

Margherita Hack: Le origini dell'universo

Dopo un mese dalla precedente videolettura, ecco arrivare l'ultimo spezzone tratto da Vi racconto l'astronomia di Margherita Hack. Col video che segue si conclude (per ora) la serie dedicata alla grande astronoma italiana. I video che l'hanno composta sono stati originariamente pensati e realizzati per celebrare i cento anni dalla sua nascita, avvenuta il 12 giugno del 1922. Quest'anno, invece, ricorderemo i 10 anni dalla sua scomparsa, avvenuta il 29 giugno del 2013, motivo per cui, pur non dando per certo una prosecuzione della serie, non la do nemmeno per chiusa definitivamente.

Margherita Hack: Le strutture dell'universo

Lo devo confessare: me ne ero completamente dimenticato che avevo ancora da concludere le letture tratte da Vi racconto l'astronomia di Margherita Hack. Poi, come dico nell'introduzione al video, che ho girato appositamente per la ripresa della serie, visto che avevo bisogno di svuotare l'hard disk del portatile, sono andato a curiosare tra le varie cartelle extra-disneyane, scoprendo che erano rimasti ancora incompleti alcuni video, inclusi quelli della serie dedicata al centenario di Margherita Hack. Ed ecco che ho provveduto a montare e sistemare le ultime due video letture, di cui quella che vi presento oggi è la prima (o la penultima, dipende dai punti di vista). L'appuntamento alla prossima e ultima videolettura hackiana è, però, al momento senza alcuna data precisa, ma spero di non andare oltre un mese da questa.

Il suono dell'universo

Il testo dell'ultima traccia di Omega, con lo stesso titolo dell'album, è da attribuirsi a Mark Jansen, il chitarrista degli Epica. Torniamo, quindi, a parlare della band olandese di symphonic death metal e del loro ottavo e per ora ultimo album in studio.
Jansen non ha certo la scrittura in un certo senso visionaria, ma anche dettagliata di Tuomas Holopainen, ma anche nel testo di Omega si possono trovare diversi spunti scientifici. E già ne troviamo nei primi due versi:

Enigmas of the universe
Cannot be known without a search
We will find out that all roads lead to Om

Al centro della Via Lattea

Era l'8 settembre del 1966 quando il primo episodio ufficiale di Star Trek, The Man Trap, Trappola umana, veniva messo in onda dalla NBC. Dopo i 55 anni da quella prima puntata festeggiati con lo Star Trek Day dell'anno scorso, anche in questo 2022 dedico un video alla fisica di Star Trek. In questa occasione, però, mi lascio ispirare dalla serie animata, che ha proseguito le vicende della serie classica a partire dal 1973 e fino al 1974 per un totale di 22 episodi.

Gli abissi del tempo

In questo periodo, spesso, mi trovo sul tram ad ascoltare musica. Utilizzo la app NewPipe (potete trovarla su F-Droid), che permette di ascoltare la musica su YouTube senza l'interruzzione degli ads automatici di Goole. Per alcune caratteristiche particolari della app, preferisco cancellare periodicamente la cronologia (la salva sul dispositivo) per non ingozzare troppo lo smartphone e trovarmi con lo spazio occupato da svuotare d'urgenza prima di girare il prossimo video. E in questi giorni l'album eletto a essere quello da ascoltare è Omega, l'ottavo album in studio degli Epica.
Uscito nel 2021, ne ho già scritto un paio di righe relativamente a Code of life. Ad ogni buon conto, mentre lo riascoltavo, giusto stamattina facevo una considerazione in qualche modo discutibile. Ma fino a un certo punto, visto lo stile di scrittura dei Draconian, già protagonisti delle particelle musicali. Ovvero che in questi tempi moderni molti dei principali autori di Metal, in particolare symphonic metal, e più in generale gli "scrittori" di concept album, stanno arricchendo il discorso filosofico in modi assolutamente unici rispetto alle epoche precedenti.
Ho voluto allargare il discorso ai concept album essenzialmente per inserire anche Arjen Anthony Lucassen, che è spesso protagonista, ultimamente, di questa serie grazie agli Ayreon. Ovviamente Lucassen non è l'unico che veicola la sua visione del mondo attraverso la filosofia. In questo senso forse uno dei più filosofici, ma anche tra i più poetici autori metal del momento è Tuomas Holopainen, leader dei Nightwish, la band con cui il symphonic ebbe inizio (la storia è più complessa di così, ma concedetemi l'esagerazione in questa occasione!).
Come produzione di testi poetici e filosofici, però, non ci scherzano nemmeno Simone Simons e Mark Jansen, i due leader degli Epica, tornando così proprio a Omega, da cui questo pensiero era partito.

Il colore dell'universo

Quando guardiamo il cielo di notte, ciò che vediamo è un'immensa oscurità costellata qua e la da alcune luci che sembrano scintillare, effetto dovuto alla presenza dell'atmosfera terrestre. Verrebbe, dunque, da dire che l'universo è quasi completamente nero, C'è però un problema: il nero non è un colore, come ricorda Ivan Baldry del Liverpool John Moores University Astrophysics Research Institute, ma l'assenza di luce rilevabile, o in altri termini di luce visibile. Che poi è quella che ci arriva dalle galassie e dalle stelle che vediamo con i nostri strumenti.
A quel punto ecco che Baldry, Karl Glazebrook e un nutrito gruppo di colleghi, quelli che lavoravano per il 2dF Galaxy Redshift Survey, pensò bene di determinare il colore medio dell'universo (o se preferite il colore che un osservatore esterno molto lontano avrebbe percepito guardando il nostro universo). Per ottenere il risultato, il gruppo è partito dalle circa 200000 galassie osservate dal 2dF-GRS, tutte racchiuse in pochi miliardi di anni luce (che considerando la sua età è all'incirca il presente dell'universo), e ne ha ricavato lo spettro di emissione di tutta la luce di queste galassie (in un certo senso ha fatto, in maniera un po' sofisticata, lo stesso esperimento con la luce bianca fatto da Isaac Newton: farla passare attraverso un prisma). Il risultato è una sorta di "arcobaleno":

Le grandi domande della vita: Tutto sotto sopra

Avevo voglia di scrivere una nuova puntata ufficiale di questa serie che oramai è così aperiodica e casuale che se ne sono perse le tracce. L'ultima volta che qualcosa è uscito con la parvenza di appartenere a questa rubrica è stato a novembre dello scorso anno, mentre è a luglio sempre del 2020 che risale l'ultima uscita ufficiale. In questo caso, spulciando tra il post in bozza che contiene alcune domande interessanti prese da Quora, mi imbatto in una particolarmente intrigante che mi stimola a riprendere la rubrica, foss'anche solo per questo mese in tutto il 2021: cosa c'è sotto il nostro Sistema Solare?

Orizzonte demoniaco

Disponibile fino a un paio di mesi fa, Event Horizon. Punto di non ritorno è ormai da considerarsi come un classico della fantascienza horror. Diretto da Paul William Scott Anderson, ha per protagonista Sam Neill, quello di Jurassic Park (ma non solo!), che interpreta il dottor William Weir, che ha progettato il motore che muove la Event Horizon, una gigantesca astronave che si era perduta nel cosmo e che è improvvisamente ricomparsa dopo 7 anni, nel 2047, nei pressi di Nettuno. A investigare sulla faccenda viene inviata la Lewis and Clark, il cui equipaggio è guidato dal capitano Miller, un sempre ottimo Laurence Fishburne, e ha come ospite proprio Weir in qualità di consulente. Tra i protagonisti si conta anche Joely Richardson (che ho anche recentemente visto ne Il colore venuto dallo spazio di Richard Stanley) il cui personaggio, il tenente Starck, riveste un ruolo importante nello sviluppo della trama.
Il punto centrale del film è, effettivamente, il motore della Event Horizon, che viene "venduto" da Weir come un vero e proprio buco nero artificiale. La sua attivazione, secondo quanto ricostruito dai diari di bordo e dalle informazioni fornite da Weir, potrebbe aver portato l'astronave in un'altra dimensione, un universo parallelo diabolico e deviato da cui ha trasportato nel nostro un'entità malvagia e diabolica. Con tutte le conseguenze del caso per l'equipaggio della Lewis and Clark.

Fino alla fine del tempo

Ho scoperto i Magic Opera grazie a Leonardo Petrillo, che tempo addietro avevo introdotto nel mondo del metal, in particolare il power metal. In particolare la band italiana si inserisce nel filone del symphonic power metal dove abbiamo un'altra band di un certo spessore, i Rhapsody of Fire. E in effetti The golden pentacle, album di debutto della band di Marco Garau è un concept album di genere fantasy. Ambientato in un reame fantastico, il regno di Amtork, ruota intorno all'eterna lotta tra bene e male, tra pace e armonia da un lato, avidità e distruzione dall'altro.
I Magic Opera, però, non si limitano al semplice compito dello sviluppo di un album di genere puro e semplice, ma inseriscono anche elementi di death metal in alcuni dei pezzi del sommario, aggiungendo una dinamicità dovuta al dialogo tra i due stili musicali distinti. Da amante di entrambi i generi, non posso che apprezzare la scelta, ma non sono qui semplicemente per raccontarvi l'album (che comunque vi invito a sostenere, anche perché ci sono diverse chicche musicali molto interessanti), ma per prendere spunto dalla traccia conclusiva, Until the end of time, titolo utilizzato da diversi musicisti in generi completamente differenti. Come immaginabile dai miei lettori usuali, in questo caso andrò a soffermarmi proprio sul titolo e sulle sue implicazioni scientifiche.

Orologiai relativistici

Tra i miei piuttosto nascosti appunti di scrivere di questo o di quell'articolo, c'era anche infilato da qualche parte una serie di link relativi a

Delva, P., Lodewyck, J., Bilicki, S., Bookjans, E., Vallet, G., Le Targat, R., ... & Lopez, O. (2017). Test of special relativity using a fiber network of optical clocks. Physical review letters, 118(22), 221102. doi:10.1103/PhysRevLett.118.221102 (arXiv)

Non voglio dilungarmi più di tanto, ma semplicemente riassumere un paio di concetti. Partiamo dalla relatività speciale: una delle sue assunzioni fondamentali è che le leggi della fisica debbono essere valide in tutti i sistemi di riferimento (invarianza di Lorentz). Sono molti gli esperimenti che hanno verificato tale principio e quello cui fa riferimento l'articolo linkato qui sopra è un test che utilizza una rete di orologi ottici utilizzati per misurare con la massima precisione la dilatazione del tempo. In particolare gli orologi sono stati posti in Francia, presso l'Osservatorio di Parigi, in Germania, presso il Physikalisch-Technische Bundesanstalt (l'istituto di metrologia) a Braunschweig, e in Gran Bretagna, presso il National Physical Laboratory a Teddington.
E i risultati non hanno prodotto alcuna discrepanza significativa dal principio di Lorentz.
La faccenda la si potrebbe anche chiudere qui, allora, almeno fino a che non si ottengono alcune osservazioni particolari che innanzitutto suggeriscono che il tasso di espansione dell'universo non è esattamente uguale in tutte le direzioni, il che lascerebbe intendere che l'universo non è così isotropo come si vuol credere e che a una scala piuttosto grande il principio di Lorentz potrebbe non essere più tale. La cosa, però, è ancora tutta da verificare.

Migkas, K., Schellenberger, G., Reiprich, T. H., Pacaud, F., Ramos-Ceja, M. E., & Lovisari, L. (2020). Probing cosmic isotropy with a new X-ray galaxy cluster sample through the LX–T scaling relation. Astronomy & Astrophysics, 636, A15. 10.1051/0004-6361/201936602 (arXiv)

In the line of fire

Sesto album della band, terzo da quando è a bordo come cantante Roy Khan, Epica è il primo di due concept album consecutivi ispirati al Faust di Johann Wolfgang von Goethe. Uscito nel 2003 con un titolo che è anche un omaggio agli Epica, precede The Black Halo, che ne è il segutio, e che vede come guest star Simone Simons, cantante degli Epica. L'album, dopo un breve prologo strumentale, si apre con Center of the Universe, ma non si occupa di temi scientifici, come ben chiaro dal corus della canzone:

If the war by heavens gate released desire
In the line of fire someone must have known
That a human heart demands to be admired
'Cause in the Center of the Universe
We are all alone

A volter essere pignoli c'è un leggero accenno scientifico negli ultimi due versi: in fondo le galassie sono destinate a diventare sempre più isolate a causa di quanto avvenuto al centro dell'universo all'incirca 14 miliardi di anni fa. Questa, però, non è la storia che andremo a raccontare nelle prossime righe.

Un universo cavo nello spazio

Formatisi nel 1975, il loro primo album venne pubblicato nel 1980, titolato, come molti gruppi all'esordio, con il loro stesso nome. Colonne dell'heavy metal britannico, il loro ultimo album è uscito nel 2015, risultando uno dei successi dell'anno: sto parlando dell'album The Book of Souls e, soprattutto, degli Iron Maiden, che non saranno i Metallica, ma qualcosa alla storia della musica la stanno lasciando.
Dal punto di vista iconografico, gli Iron Maiden sono immancabilmente rappresentati da Eddie, la loro mascotte, uno zombie. Protagonista del merchandise del gruppo, Eddie è anche diventato il protagonista di un paio di videogame lanciati dalla band. D'altra parte nel video di Speed of light il buon Eddie saltella da un genere videoludico all'altro, omaggiando così uno dei mezzi di divertimento più diffusi degli ultimi quarant'anni.
Sebbene, a conti fatti, tecnicamente i Metallica sono superiori, vale la pena spendere qualche riga ogni tanto anche sugli Iron Maiden e sull'appena citata Speed of light, visto che il testo presenta alcuni spunti molto interessanti.

Un uomo disse all'universo

Un uomo disse all'universo:
"Signore, Io esisto!"
"Ciò nonostante", replicò l'universo,
"Il fatto non ha creato in me
Alcun senso di obbligo".

---

Stephen Crane

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