L’universo:un’infinita dimensione di misteri e certezze.
In che modo conosciamo lo spazio al di fuori della Terra?
- Cosa sono le stelle
- Le Galassie: immense città stellari
- L’universo in espansione
- Le Costellazioni
Pagina divulgativa a cura di Non Solo Stelle
L’ astronomia è la scienza che studia, da secoli, le posizioni e i moti degli astri cercando di offrire all’uomo la conoscenza necessaria per prevedere fenomeni celesti come eclissi, pleniluni, comete, piogge di stelle cadenti e molto altro.
L’ astrofisica, invece, tenta di indagare la reale natura degli astri che osserviamo valutandone le caratteristiche fisiche quali la massa, la temperatura, la densità, la composizione chimica e il tipo di processi che vi sono correlati.
Per ottenere un’idea più completa e generale dell’universo che ci circonda, però, esiste la cosmologia che è quella scienza che descrive l’universo su grande scala, la sua evoluzione nel tempo e la sua geometria.
Queste scienze ci hanno consegnato una stupefacente visione dell’universo che tutti dovrebbero conoscere! Facciamo quattro passi nell’universo…
Le stelle
Le stelle sono enormi globi di gas, soprattutto idrogeno, nel cui nucleo si svolgono reazioni nucleari. Tali reazioni trasformano idrogeno in elio convertendo una frazione della massa dell’idrogeno in energia. Il Sole, per esempio, trasforma in energia circa 4milioni di tonnellate di materia ogni secondo producendo la luce e il calore che mantiene la vita sulla Terra. La nostra stella, nonostante questa grande perdita di materia, è diminuita solo del tre per cento della sua massa da quando nacque, 5 miliardi di anni fa, e continuerà a splendere per altrettanto tempo. Le altre stelle, se sono più pesanti vivono di meno, mentre quelle meno massicce possono vivere anche centinaia di miliardi di anni. Il motivo è che una stella si mantiene in equilibrio grazie alla pressione della radiazione emessa dal nucleo, cosicché una stella grande, poiché grava sul proprio nucleo con una massa enorme, richiede una combustione molto frenetica delle proprie risorse nucleari, mentre una stella piccola può restare in equilibrio bruciando il proprio idrogeno con molta parsimonia. Quando una stella termina le riserve di combustibile nucleare va incontro ad una fase di “gigante rossa”: il suo nucleo collassa per bruciare elio in carbonio mentre gli strati esterni si espandono raffreddandosi ed emettono quindi una luce rossa. In questa situazione una stella si mantiene per poco tempo: terminato l’elio, o si spegne definitivamente liberandosi degli strati esterni e lasciando scoperto il nucleo rovente ma privo di vita, oppure procede nell’evoluzione fino a diventare una supernova, cioè disintegrandosi con un’immane esplosione. Le stelle che esplodono come supernove lasciano un microscopico nucleo ultradenso che si chiama “stella di neutroni”, oppure possono ulteriormente collassare per diventare dei “buchi neri”. La nostra galassia contiene100 miliardi di stelle ed ha nubi di gas capaci di produrne altrettante.
Le galassie
Nell’universo primordiale immense nubi di gas si condensarono dando luogo ad una frenetica formazione di stelle:erano nate le prime galassie. Si stima che dopo il Big Bang passò circa unmiliardo di anni prima che una simile nube iniziasse ad ospitare le prime stelle. Probabilmente, per la grande disponibilità di gas, si trattava di stelle estremamente massicce che vivevano pochissimo ed esplodevano rapidamente come supernove e solo col passare del tempo la popolazione stellare si avvicinò mediamente a quella che conosciamo oggi. Studi sull’evoluzione galattica dimostrano che questi “universi isola”, come vengono talvolta chiamati, non sono poi così isolati come sembra, ma anzi attraversino frequentemente episodi di fusione l’uno con l’altro (il cosiddetto”cannibalismo galattico”) e di reciproca influenza. Poiché il nucleo delle galassie è pieno di stelle e gas e molto turbolento, molto spesso finisce per ospitare un gigantesco buco nero prodotto dall’accumulo e contrazione di materia circostante. Quando una galassia con un buco nero centrale si scontra con un’altra galassia, i moti caotici della materia portano molta materia a precipitare sul buco nero attraverso un processo estremamente energetico che può renderla molto luminosa anche a distanza di miliardi di anni luce: si parla allora di “quasar”. Lo “zoo” galattico è molto ricco:esistono galassie a spirale, come la nostra, a forma di disco, con un nucleo e dei bracci di miliardi di stelle che gli si avvolgono elegantemente intorno,galassie ellittiche, prive di polveri, a forma di anguria, galassie nane,composte da meno di un miliardo di stelle, debolissime e quindi molto difficili da individuare, e galassie irregolari, dalle forme più bizzarre, spesso formatesi in seguito a scontri con altre galassie. Si stima che ne esistan ocento miliardi.
L’universo in espansione.
Solo cento anni fa, un interrogativo apparentemente banale non aveva ancora risposta: perché di notte il cielo è nero? Di fatti se l’universo fosse infinito e popolato uniformemente di stelle, per quanto distanti l’una dall’altra, vedremo infinite stelle in ogni direzione e il cielo notturno apparirebbe ben più luminoso dello stesso disco solare! La risposta è venuta questo secolo quando gli astronomi osservarono che lo spettro delle galassie, ovvero la loro luminosità a diverse lunghezze d’onda, non è sempre uguale, ma, man mano che una galassia è distante, la sua luce è sempre più arrossata; in altre parole, se potessimo osservarvi una lampadina gialla, per esempio, essa apparirebbe rossa. Il fenomeno è analogo a quello, notissimo, dell’effetto doppler per cui una sirena che si allontana da noi ha un suono più grave di quando si avvicinava: ebbene la luce di una sorgente in allontanamento ha una lunghezza d’onda maggiore di una in avvicinamento e quindi è più “rossa”. Applicando l’effetto doppler alle galassie, si è concluso che esse si stanno allontanando da noi, anzi, che ciascuna si allontana da ogni altra: l’universo è in espansione! E’ per questo che la somma della luce delle stelle non è infinita: oltre un certo limite la velocità di recessione è tale che la luce ci arriva fortemente indebolita che quasi non possiamo nemmeno rilevarla con i telescopi. Gli antichissimi quasar di cui si è detto nel capitolo precedente, per esempio, sono visibili nonostante la loro enorme distanza (e quindi velocità di allontanamento) grazie alla loro altrettanto enorme luminosità prodotta dal flusso di materia che precipita nel buco nero centrale. Il fatto che l’universo sia in espansione non è trascurabile: se immaginassimo di invertire il tempo vedremmo le galassie avvicinarsi tutte vicendevolmente, il volume dell’universo diminuirebbe e alla fine si concentrerebbe in un punto: alla sua origine l’universo era infinitamente caldo e denso ed iniziò ad espandersi con inimmaginabile energia. Questo è il fenomeno cui ci si riferisce quando si parla di Big Bang, la “grande esplosione” che oggi si ritiene sia occorsa circa 13 miliardi di anni fa.
