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04 Novembre 2008

Sotto il cielo stellato con Margherita Hack

Quattro giorni con l'amica delle stelle

Argomento: Scienza

Il cielo, la nostra finestra sull'Universo, ha sempre affascinato l'uomo dalle epoche più remote. ll grande filosofo tedesco Immanuel Kant disse che erano due le cose che lo meravigliavano nella vita, il cielo stellato e la propria legge morale. Sappiamo poco dei misteri del cosmo e la sera, quando appaiono le prime stelle, ci rendiamo conto dell'enormità del luogo in cui siamo, che ci affascina e ci spinge a domande sulla nostra esistenza qui, sulla Terra. Sappiamo tante cose sul nostro pianeta, un piccolissimo corpo celeste composto da elementi rarissimi nel resto dell'universo, che viaggia nello spazio attorno ad una stella di media grandezza in un braccio esterno di una galassia a spirale chiamata Via Lattea. Ma, come ha ammesso la famosa astronoma Margherita Hack in una delle sue lezioni alle Vacances de l'Esprit appena passate , sono forse più le cose che non conosciamo di quelle che conosciamo riguardo al Cosmo.

Il destino del pianeta Terra. Nei quattro giorni in compagnia con l'amica delle stelle abbiamo scoperto anche il destino del sistema solare: il Sole, vecchio quasi un terzo della vita stimata dell'Universo, si trova a metà della sua durata presunta. Quando il combustibile che lo tiene acceso e che rende possibile la vita sulla Terra finirà, l'equilibrio durato dieci miliardi di anni sarà per sempre rotto e tutta la materia si compatterà, attratta dall'enorme forza gravitazionale del nucleo. Mentre state leggendo, infatti, all'interno del Sole avvengono innumerevoli reazioni nucleari che permettono a coppie di protoni - i nuclei dell'atomo di idrogeno - di fondersi insieme a formare un atomo di elio con il contemporaneo sprigionamento di una enorme quantità di energia, che spinge all'esterno la materia che, altrimenti, cadrebbe verso il centro. Quando l'idrogeno inizierà a scarseggiare all'interno della nostra stella, la materia inizierà a comprimere sempre più il nucleo facendo accrescere enormemente la temperatura, che ora è di qualche milione di gradi, fino a centinaia di milioni di gradi, temperatura alla quale iniziano altri tipi di reazioni nucleari, quelle che dall'elio portano al carbonio. Queste ultime, essendo più energetiche, provocheranno un aumento delle dimensioni del Sole, che si espanderà fino a raggiungere, probabilmente, la stessa Terra, che a quel tempo diventerà un pianeta invivibile, se non addirittura verrà inghiottito dalla sua stella. Ecco come potrebbe apparire il nostro Sole tra 5 miliardi di anni dalla Terra: un enorme globo che, per via della più bassa temperatura superficiale, è caratterizzato dal colore rosso e, proprio per questo, viene indicato come (stella) Gigante rossa. Dopo questa fase intermedia tutto l'elio presente sul Sole finirà; a quel punto la materia collasserà di nuovo verso in centro e si compatterà in una nana bianca (un cadavere ancora caldo, l'efficace metafora della professoressa Hack), un oggetto molto piccolo e denso che si raffredderà lentamente fino a diventare una nana nera, un corpo celeste inerte e invisibile.

Cosa c'è al centro della Via Lattea? Ma cosa succede alle stelle molto più grandi del Sole quando il combustibile che le tiene "vive" termina? Esiste un valore critico oltre il quale la massa di un "cadavere" è così grande da riuscire ad attrarre qualsiasi cosa, anche la radiazione emessa, per via delle alte temperature. In questo caso si parla di un buco nero. Si pensa che anche al centro della nostra galassia ce ne sia uno enorme. Infatti, a 7 ore luce dal centro galattico c'è una stella che gli ruota attorno. Grazie a questa scoperta possiamo calcolare che la massa del centro galattico è pari ad un milione di volte la massa del nostro Sole. Il fatto che in un raggio così limitato, ossia meno di 7 ore luce (si pensi che Plutone dista 5 ore luce dal Sole) sia concentrata tanta materia porta a dedurre la presenza di questo misterioso e difficilmente osservabile oggetto celeste.

Un oscuro personaggio.
Ormai la materia oscura viene nominata senza troppi pregiudizi o timori dalla maggioranza degli astronomi. Non è da meno la professoressa Hack, che ammette la perplessità a spiegare i comportamenti delle galassie visibili in base soltanto a ciò che i nostri occhi (elettronici) possono catalogare. In sostanza, ciò che le leggi basate sulla forza gravitazionale prevedono è una massa dell'Universo molto maggiore rispetto ad una stima della materia che interagisce con gli strumenti di misura. Questo porta a supporre che ci sia, nello spazio-tempo, un misterioso personaggio che sfugge a tutte le osservazioni - la materia oscura. Margherita Hack ha prospettato una possibilità di svolta in questo campo, grazie alla prossima messa a punto del grande acceleratore di particelle LHC di Ginevra, che potrebbe finalmente scoprire una nuova classe di particelle, finora sfuggita completamente agli scienziati. Vedremo.

C'è vita nell'Universo? La professoressa Hack ha anche affrontato il tema dei pianeti che ruotano intorno ad altre stelle, i cosiddetti esopianeti o pianeti extrasolari. Fino a una quindicina di anni fa gli astronomi erano molto scettici sulla loro esistenza, ma con l'affinarsi delle tecniche di osservazione indiretta abbiamo potuto scoprire una moltitudine di pianeti di questo genere. In pratica, oggi possiamo dire che la presenza di pianeti intorno alle stelle è una fatto abbastanza comune. E questo sconvolge, in un certo senso, anche le teorie sull'origine della vita, in quanto la possibilità di trovare pianeti simili alla Terra cresce enormemente, data l'innumerevole quantità di stelle che popolano la nostra e le altre galassie dell'Universo.
Nel nostro sistema solare, inoltre, i luoghi più interessanti da esplorare sono sicuramente Marte, in cui c'è - ormai è certo - acqua, e Titano, in cui sono stati osservati oceani superficiali che probabilmente sono costituiti di metano liquido. La sfida che ci aspetta - ci ha ricordato Margherita Hack - è di scoprire se sia possibile la vita anche in un mezzo diverso dall'acqua.

Il vuoto è diverso dal niente. Com'è nato l'Universo? Qui si entra in un campo che la Hack definisce "metafisico", nel senso che si utilizzano le teorie più originali ma che non sono supportate da dati osservativi. La domanda che sorge spontanea seguendo la storia delle scoperte sulla genesi dell'universo come lo conosciamo ora è da dove sia venuta tutta l'energia che si sprigionò circa 13 miliardi e settecento milioni di anni fa da una piccola e circoscritta regione di spazio-tempo. Perché ad un certo punto la materia ha iniziato ad espandersi? Difficile dirlo. Esiste una teoria affascinante, chiamata dell'inflazione, che suppone che all'inizio l'espansione sia stata molto veloce, dovuta ad una esotica "energia negativa", che spiegherebbe perché oggi l'Universo rispetta una struttura euclidea. Inoltre, il fatto che dal vuoto si sia formata tutta la materia-energia che conosciamo potrebbe essere giustificata dal principio di indeterminazione di Heisemberg: per brevi istanti potrebbe essere possibile una generazione dal vuoto di una enorme quantità di energia che poi prenderebbe a espandersi. Ma la domanda potrebbe spostarsi più a monte: come giustifichiamo l'esistenza del vuoto? Perché c'era il vuoto a partire dal quale è scaturita tutta l'energia dell'Universo?
La Hack ci ha ricordato che tutte queste teorie non danno una vera ragione dell'esistenza dell'Universo, in quanto il vuoto - parole sue - non è il nulla. Quindi perché c'è il vuoto? La sua convinzione - ci tiene a precisarlo - è che in realtà l'Universo non sia mai iniziato. Le sembra la cosa più semplice. Ma - ripete - questa è una scelta estetica. La scienza deve basarsi solo su ciò che può essere confermato sperimentalmente e queste domande sono e rimarranno domande fuori da suo raggio d'azione - ma che continueranno ad affascinare tutti gli uomini che alzeranno il naso al cielo, magari in riva ad uno splendido mare d'autunno, colti da stupore per tutto ciò che c'è.


di Paolo Ferrante
Redazione ASIA

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