Blog di Marco Castellani

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L’altro modo di vedere il cielo

Sono cinquanta gli eventi di onde gravitazionali rilevati fino ad oggi. Tali eventi segnano la violenta collisione di due buchi neri, oppure di un buco nero con una stella di neutroni. La maggior parte di questi sono stati rilevati nel 2019 da LIGO negli USA e VIRGO in Europa.

Cinquanta eventi di onde gravitazionali, illustrati. Crediti: LIGO Virgo Collaborations, Frank Elavsky, Aaron Geller, Northwestern U.

Questa illustrazione è un sommario degli eventi catalogati finora, con colori diversi a seconda delle masse in gioco. I punti blu indicano le masse più alte mentre quelli arancioni le masse più piccole, tipiche delle stelle di neutroni.

Gli astrofisici sono incerti sulla vera natura dei puntini bianchi, che indicano valori di massa che si pongono in un territorio intermedi, tra le due e le cinque masse solari. Il lavoro di interpretazione procede con entusiasmo.

Tutto questo segna per noi la comparsa di “cieli nuovi”. Il cielo che conosciamo da sempre, infatti, è dominato dal Sole, dai pianeti e dalle stelle più brillanti. In contrasto, il cielo nuovo delle onde gravitazionali è come fosse “capovolto”, perché è dominato da mondi lontanissimi, oggetti perlopiù noti da pochissimo tempo, completamente sconosciuti anche ai nostri nonni.

Il contrasto è illuminante. Comprendere il cielo delle onde gravitazionali vuol dire già rimodellare la conoscenza dell’uomo, non solo sulla nascita e morte delle stelle nel cosmo, ma sulla natura e sulle proprietà del cosmo stesso.

Vuol dire anche, che in questa fase di cambiamento d’epoca, anche il cielo ci parla in modo nuovo, ci invita a fare un salto di comprensione.

A noi, accogliere cordialmente questo invito “cosmico”, per il bene nostro e di tutti.

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Chi fa le onde gravitazionali?

Lo spazio cosmico non si riposa mai. Accadono cose continuamente, cose di cui stupirsi: anche nelle regioni più lontane. Cosa sta accadendo – ad esempio – al centro della galassia attiva chiamata 3C75? Non è proprio dietro l’angolo, perché la distanza stimata si aggira intorno ai 300 milioni di anni luce, ma è parecchio interessante, comunque

Crediti: X-Ray: NASA/CXC/D. Hudson, T. Reiprich et al. (AIfA); Radio: NRAO/VLA/ NRL

L’immagine è una combinazione di dati in banda X e radio, e mostra due buchi neri di grande massa che “danzano” all’interno di 3C 75, ad una distanza relativa di circa 25000 anni luce. Sono circondati da gas caldo (ma proprio caldo, parliamo di milioni di gradi) e sputano fuori getti di particelle relativistiche, come se piovesse (o anche molto di più).

Tutto questo avviene proprio al centro dell’ammasso di galassie chiamato Abell 400. Gli astronomi ritengono che i due enormi buchi neri continueranno il loro paziente corteggiamento cosmico ancora per alcuni milioni di anni, per poi finalmente fondersi insieme, a formare un unico buco nero di massa veramente enorme.

Negli stadi finali della danza – come sappiamo – il sistema diventerà una potente sorgente di onde gravitazionali, sulla scorta di quanto abbiamo avuto modo di registrare, negli ultimi tempi, per configurazioni simili.

Dunque stiamo osservando gli attori di un gioco cosmico che ha contribuito non poco ad aprirci gli occhi su un nuovo modo di vedere l’universo. E probabilmente, anche di pensarlo.

Imparando, da questo, che c’è un campo ancora vastissimo da esplorare, da capire. E soprattutto, che le sorprese non sono mai finite.

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Segni di un cosmo dorato…

Stavolta sono state viste tutte e due: le onde gravitazionali e quelle elettromagnetiche (insomma, quelle a noi decisamente più congeniali). Per la prima volta nella storia dell’astronomia. Ma l’astrofisica gravitazionale, non ci sta risparmiando sorprese. Come a dirci, è un campo nuovo, un campo eccitante. Non lo vedete? Non mi vedete? 

I dati che abbiamo, ormai lo sapete, si spiegano benissimo con la faccenda di due stelle di neutroni avviluppate in una danza inestricabile, che le porta a fondersi l’una con l’altra, in breve tempo.

Va appena ricordato che le stelle di neutroni sono già di loro cose parecchio strane, e ben poco hanno a che fare con le stelle “normali” di cui ci siamo occupati spesso. Sono fatte di materia così “pigiata” da essere pesantissima, usualmente dovute al collasso gravitazionale di una stella di massa molto elevata (dieci volte il Sole o giù di lì). La materia – in stato “degenere”  è così densa che una stella di neutroni di poche decine di chilometri di diametro, può benissimo avere una massa superiore a quella del nostro Sole.

L’episodio di cui parliamo è stato registrato il giorno 17 agosto nella galassia vicina NGC 4993, una gigante ellittica distante da Terra “appena” 130 milioni di anni luce. E qui c’è qualcosa che ha cambiato le carte in tavola, facendo fare un balzo in avanti sorprendente alla neonata astrofisica gravitazionale. C’è  – se vogliamo metterla così – che lo sconosciuto è venuto incontro a ciò che invece è già ben conosciuto, gli ha teso la mano, gli ha fornito nuovo valore. E hanno camminato insieme. Portandoci a scoprire nuove cose, a legare quel che si conosce con quello che si scopre, nell’evidenza solare del fatto che uno rafforza l’altro.

Detta in modo più scientifico, la cosa è questa: pochi secondi dopo la rilevazione delle onde gravitazionali da parte degli esperimenti LIGO e Virgo, il telescopio orbitante Fermi ha rilevato un treno di raggi gamma, e qualche ora dopo sia Hubble che altri osservatori hanno rilevato i fotoni dello spettro elettromagnetico, legati all’evento.

Questo video decisamente suggestivo mostra due stelle di neutroni molto calde, nei momenti finali in cui l’orbita stretta in cui sono avvinte le porta ad una cospicua emissione di onde gravitazionali, appunto quella rilevata da Terra. Nel momento della (inevitabile) completa fusione, si forma un jet assai potente che genera un lampo gamma (di quelli a durata breve). A breve distanza di tempo, si ha anche la formazione di una sorta di supernova, per la precisione chiamata kilonova.

Questa significativa coincidenza tra quel che si vede (radiazione in banda ottica) e quel che non si vede (onde gravitazionali, raggi gamma) conferma che gli eventi che “vede” LIGO possono essere associati con lampi gamma di breve durata. Gli scienziati sono portati a pensare che queste fusioni di stelle di neutroni possano aver disseminato nell’universo una buona quantità di elementi pesanti,  compreso lo Iodio, necessario alla vita, ed uranio e plutonio.

E non solo. La cosa che ha molto colpito l’immaginario collettivo, in questi giorni, è che potrebbe verificarsi una produzione cospicua di un elemento ritenuto assai prezioso, ovvero l’oro. Insomma, in questo momento, proprio in questo momento, potreste portare al collo, o al dito, il risultati esatto di uno di questi eventi.

Così, tanto per arrivarci dentro, col corpo prima ancora che con il ragionamento: lo spazio profondo e il nostro cuore, il nostro esistere, i nostri stessi ornamenti con cui ci presentiamo nel mondo, sono legati a filo doppio. Siamo dunque in connessione, in mo(n)di inaspettati, con l’infinitamente energetico, con l’infinitamente lontano.  

Sempre.

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Un Nobel… gravitazionale

Il Nobel per la fisica, l’avrete saputo, va ai fondatori e costruttori di LIGO, lo strumento che ha reso possibile per la prima volta la rilevazione delle onde gravitazionali, queste elusive increspature dello spazio, predette dalla teoria della relatività generale di Einstein, ma mai viste fino ai tempi più recenti.  E che ci costringono, come molta parte della scienza moderna, a ripensare l’Universo in termini forse un po’ diversi da quelli un po’ meccanicistici,  ai quali siamo abituati.

Sappiamo che si deve alla coppia di interferometri LIGO, se il 14 settebre dell’anno 2015, siamo stati in grado per la prima volta di rilevare queste infinitesimali deformazioni dello spazio tempo, aprendo finalmente una nuova finestra di indagine sull’Universo.

Il Nobel in questo senso, è altamente significativo. Sancisce indelebilmente il trionfo completo, prima di tutto, della teoria della relatività generale, corroborandone le previsioni con una precisione veramente encomiabile. E allo stesso tempo, donando inaspettata forza sia al nostro modello scientifico di Universo (fortemente plasmato sulla teoria di Einstein, appunto) sia alle ricerche più attuali su oggetti così esoterici e bizzarri come i buchi neri di massa intermedia.

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Note sulla quarta onda…

La neonata astrofisica gravitazionale sta facendo rapidissimi passi avanti. E’ una scienza ancora bambina, lo sappiamo: ma vuol crescere in fretta. E riesce a farlo bene, dovremmo dire.

Lo sapete, siamo alla quarta rilevazione di un’onda gravitazionale, ormai. Correrebbe quasi il rischio di non fare notizia. Se non fosse per questi passi avanti, veramente giganteschi. Questa volta, per l’evento denominato GW170814, rilevato il giorno prima di Ferragosto, si è “mosso” anche il rilevatore Virgo, a Pisa. Cambiando radicalmente le carte in tavola, rispetto ai tre eventi precedenti a questo.

Per capirlo, una sola figura è forse più efficace di tante parole.

La zona di cielo da dove arriva l’onda.

La zona di cielo dove localizzare l’evento (nella fattispecie, la fusione di due buchi neri di massa circa pari a 35 e 25 volte il Sole, distanti circa 1,8 miliardi di anni luce) – proprio grazie all’entrata in funzione di Virgo – è decisamente più piccola, rispetto ai primi tre eventi. Iniziamo in altre parole a vederci meglio, a capire da dove vengono queste onde, a rendere possibile un aggancio e una correlazione con dati di altri strumenti, aprendo finalmente la strada alla identificazione in cielo delle sorgenti di queste onde così elusive.

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Onde gravitazionali, segno di una cosa grande

“Anche i segnali così deboli possono portare il segno di una cosa grande. ” E questa cosa grande è proprio il dialogo con un tu, con la natura, un dialogo che si riallaccia e si incentiva, con rinnovata fiducia. E’ il punto di partenza dell’astrofisico Marco Bersanelli nell’introdurre il bell’incontro sulle onde gravitazionali, che si è tenuto in occasione del sedicesimo Meeting di Rimini, da poco concluso, che quest’anno aveva a tema la frase “Tu sei un bene per me“. 

E mi viene da pensare a questo tu, che in questo caso può essere l’universo stesso, che ci invia segnali debolissimi ma preziosi. Preziosi, tali che per noi è un bene, è indiscutibilmente un bene, riuscirli finalmente a rilevare, ad interpretare, a comprendere.

A capire quello che ci stanno dicendo, ad intendere dove ci vogliono portare.

L’abbiamo detto, l’abbiamo capito. La rilevazione delle onde gravitazionali avvenuta nel febbraio di quest’anno è un evento scientifico di enorme portata. Sia perché ci conferma nella sostanza la robustezza del nostro modello di evoluzione del mondo e dell’universo (a grandi linee, la relatività generale) sia perché apre davvero – come ben dice lo stesso titolo dell’intervento di Rimini – una nuova finestra sul cosmo, una inedita modalità di investigazione del mondo. Nasce oggi l’astrofisica gravitazionale: nasce ora, e promette di condurci ad una comprensione del tutto senz’altro più profonda ed articolata. Come dire, da adesso abbiamo nuovi occhi per vedere, nuovi strumenti per sondare un campo prima totalmente inaccessibile.

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Sono loro, segnali debolissimi che arrivano dalle regioni a noi più distanti, parlando un linguaggio nuovo…

L’universo infatti ci parla anche attraverso queste elusive onde, generate dal movimento della materia, dalle pieghe stesse dello spazio tempo. Ci parla un nuovo linguaggio, e noi possiamo iniziare a comprenderlo.

Dove ci porterà il discorso, il dialogo, è ancora presto per dirlo. Come ogni dialogo, non può essere frettolosametne anticipato. Va vissuto nella sua interessa, perché sia occasione di crescita, nella comprensione di sé e del mondo.

E’ certo, infatti, che una scoperta così decisiva non possiamo confinarla esclusivamente nell’ambito della conoscenza scientifica intesa nel senso più tecnico e ristretto, ma è – coma sempre avviene – una acquisizione che ci spinge probabilmente a maturare un nuovo modo di vivere il cosmo, a tutto campo.

Di tutto questo c’è traccia nell’incontro di Rimini, che ha riunito personalità scientifiche indiscusse: oltre Marco Bersanelli, Roberto Battiston, Presidente A.S.I. (Agenzia Spaziale Italiana) e Laura Cadonati, Professore Associato presso la Scuola di Fisica del Georgian Institute of Technology, USA.

Vi dico, ho avuto il privilegio e la fortuna di poter assistere di persona all’incontro, e l’ho trovato veramente di grande interesse. Sopra ogni cosa, per l’atteggiamento di apertura e disponibilità che ha mosso gli scienziati sul palco, che si sono adoperati in modo amichevole ed intelligente per spiegare ad un pubblico di non specialisti tanto il nucleo essenziale della scoperta, quanto il motivo per cui questa viene considerata così importante.

Mi piacciono le cose oneste, soprattutto in ambito di comunicazione della scienza. E a Rimini mi sono potuto rallegrare, perché è stata condotta una operazione onesta di divulgazione ampia e coraggiosa, senza traccia di banalizzazione (un pericolo sempre presente, ma qui abilmente scongiurato).

Ascoltatelo, se ne avete la possibilità. Sono scienziati di frontiera, che parlano di una scoperta decisiva per la scienza e del loro diretto coinvolgimento, anche emotivo, in quello che è accaduto. Ne vale la pena: perché a volte non c’è niente di più interessante che ascoltare un diretto testimone di un dato evento, ascoltarlo e comprendere dalle sue stesse parole la risonanza tra ciò che indaga e ciò che ama, ciò che desidera, ciò che spera, per sé e per gli altri.

Da un incontro così si esce arricchiti, sia di scienza che di umanità. Che poi, alla fine, come sappiamo, sono esattamente la stessa cosa.

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Terre gemelle, pensieri nuovi…

Non è una notizia da poco, non è una notizia “come tante”. Sono stati autorevolmente confermati i rumors che giravano già da un po’ di tempo per Internet: sì, è stata scoperta una “Terra gemella”, un pianeta roccioso che orbita attorno ad una stella, con caratteristiche simili a quelle della nostra Terra.

Direi che è una di quelle notizie che contribuiscono a dare dei salutari scossoni al nostro modo di pensare l’Universo stesso. Dopo quella delle onde gravitazionali, che ci ha dimostrato (perdonate la drastica semplificazione) come lo spazio tempo sia una struttura morbida esattamente come lo descriveva la Teoria della relatività generale, disponibile a farsi piegare dal proprio contenuto. Come diceva Einstein un secolo fa, certo, ma come ancora non lo recepiva il nostro cervello, una roba strutturalmente cartesiana quando si parli della sua percezione del mondo, cartesiana fino nei suoi più reconditi interstizi.

Un pianeta simile al nostro, così vicino?

Un pianeta simile al nostro, così vicino? E quanto simile? E che dire della vita? E come cambia il pensiero sul cosmo?

Provate a negarlo: per noi il mondo è una roba a tre dimensioni (altezza, larghezza, profondità), dove scorre un tempo che segue e marca il succedersi degli eventi. Un tempo che è radicalmente altra cosa rispetto allo spazio. Ebbene,  nulla di più falso. Dimostrato dalla scienza: niente di più falso. Quello che esiste è una struttura quadridimensionale in cui tempo e spazio sono intrecciati. Vai a capirlo, davvero.

D’altronde, non c’è nulla fa fare: ci vuole (ancora) tempo. Anche per noi, anche per star dietro alle cose.

A pensarci, è ormai luogo comune dire che non stiamo dietro alle conquiste della tecnica, ed è una verità lapalissiana: facci caso, non appena hai finalmente compreso come funziona il tuo smartphone, un po’ al di là della superficie, delle cose minimali, ecco che non si sa come, è diventato improvvisamente vecchio ed è diventato improvvisamente necessario sostituirlo.

E’ invece più difficilmente percepito di come anche la scienza fisica (e soprattutto astrofisica) ci stia forzando a cambiare mentalità, ad adottare un nuovo modo di pensare. Ad abbandonare i vecchi schemi, che non interpretano più il reale, non lo interpretano più in maniera soddisfacente. Ad adottare schemi più elastici, più morbidi, meno “bianco o nero”, più ricchi di sfumature, meno intrappolati nel “vero o falso”, meno rigidi nella limitazione logica del principio di non contraddizione (che è falso, anzi è vero).

La luce è onda. Anzi, è particella. Anzi dipende. Sarà che bisogna iniziare a pensare in modo diverso? Altrimenti rimaniamo presi in queste apparenti contraddizioni…

Ecco dunque che la rivelazione delle onde gravitazionali, da un lato, e la scoperta di un pianeta simile alla Terra che orbita attorno alla stella a noi più vicina, rivoluzionano il nostro pensare “stanco” e statico all’Universo, e lo rivoluzionano da una prospettiva ampia, che abbraccia idealmente le zone più recondite e lontane e quelle a noi più prossime.

Più prossime, sì. Perché la cosa straordinaria è questa, in fondo: che il pianeta così simile al nostro, si sia trovato – tra tutti i posti dove si poteva trovare – nel posto più vicino possibile. Dietro casa, praticamente. In altri termini: tanto vicino che più vicino non si può. Davvero.

Di Proxima b, così vicina e così simile a noi, ce ne dovremo occupare per un bel pezzo. Così come delle onde gravitazionali, che davvero hanno aperto una nuova finestra sul cosmo.

E’ ben presto per dire se c’è vita, sul pianeta. I dati che abbiamo sono pochi e l’indagine è appena cominciata. Rimane di prezioso questo senso di eccitazione, rimane di prezioso – già da ora-  questa consapevolezza del fatto che l’Universo continua a regalarci nuove sorprese. Che la cosa più falsa che possiamo pensare, è che sia tutto conosciuto, tutto già detto, già pensato.

O tutto troppo difficile per essere capito. No, l’Universo si indaga e si può spiegare. Ed è giusto che in questa avventura, in queste nuove scoperte, siano esse pallide increspature dello spazio-tempo o siano invece segnali indiretti ma preziosi della presenza di un pianeta che fa un po’ il verso alla Terra, si partecipi tutti.

Si possa partecipare, tutti.

Noi cerchiamo nel nostro piccolo, di farvi venire a bordo, di aprire la cupola – non solo dell’osservatorio ma anche e soprattutto della nostra testa, spesso così stranamente blindata – per mostrare che sopra di noi c’è questo, c’è uno spettacolo continuo, mirabolante. E che non serve biglietto, per assistere. Ma appena un po’ di curiosità, e di voglia di stupirsi ancora.

Perché lo stupore per la meraviglia del cosmo, c’entra anche in questi tempi così faticosi, così segnati da eventi tragici. Perché ha qualcosa a che vedere con la bellezza, e la bellezza è tanto più necessaria, lo sappiamo, quanto più i tempi sono difficili.

 

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A volte ritornano (le onde) !

Si era capito, che qualcosa era nell’aria. Era abbastanza certo, da giorni. Lavorando poi a contatto con alcuni addetti ai lavori, la sensazione che qualcosa di grosso già bollisse in pentola, era ormai troppo netta per poter essere facilmente ignorata. 

Così quando si è visto che il team del progetto LIGO (in collaborazione con VIRGO) aveva indetto una conferenza stampa internazionale, dove (cito)

The international collaborators will comment on their ongoing research at their first press conference since the historic observation of gravitational waves.

quella sensazione è diventata quasi una certezza. Difatti, chi ha seguito un po’ la storia della detezione di queste elusive onde, ha imparato anche un po’ a decodificare il linguaggio estremamente prudenziale dei comunicati stampa. E soprattutto,  a fare due più due con quanto “detto e non detto” tra le persone bene informate.

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Così ci siamo, di nuovo. E’ arrivata da LIGO la seconda detezione di onde gravitazionali. Questa volta i modelli interpretativi, come leggerete anche dai comunicati di vari siti (ve ne sono già diversi anche in italiano, come Repubblica.it, NG Italia, La Stampa, Le Scienze, Focus…) , parlano di fusione di due buchi neri più “leggeri” rispetto all’evento del 14 settembre 2015: si parla di masse pari a 4 e 18 volte quella del Sole, mentre nel primo evento erano pari a 36 e 29, decisamente più “cicciotti”.

Al di là dei dati meramente quantitativi, quello che ci conforta e ci intriga, è che i primi passi di questa nuova branca dell’astronomia, la astronomia gravitazionale, si fanno sempre meno incerti e sempre più robusti. Proprio come un bimbo che diventa grande, e ai primi passi incerti segue una sempre maggior sicurezza nel cammino, una confidenza più grande nel percorso.

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E’ veramente una nuova finestra sul cosmo, è come se avessimo aperto nuovi occhi per guardare in una “zona” dove finora mai avevamo potuto gettare lo sguardo. Ed è una zona affascinante perché ci parla di come la materia sia inestricabilmente innestata nella struttura spazio-temporale del cosmo. Di come spazio, tempo e materia siano interdipendenti e mutuamente influenzati, in un nuovo paradigma che mette definitivamente in pensione l’idea di spazio come “contenitore” e materia come “contenuto”. 

Ecco: non è così (non lo è mai stato, ma ce ne accorgiamo limpidamente solo ora), e la complessità del nuovo paradigma cosmologico, anticipato dalle predizioni della relatività generale e oggi pienamente comprovato, ci esortano ad abbandonare vecchi schemi di pensiero, allargare le vele, e prendere il largo.

Ne vale la pena. Come sempre accade, appena pensavamo di “saperne abbastanza” dell’Universo, è lui stesso – potremmo dire – che ci sorprende e ci indica nuovi sentieri, inediti percorsi. E come sempre accade, il cosmo ci espone volte per volta le informazioni che siamo finalmente in grado di comprendere, in una serie di concatenazioni virtuose che dall’ambito prettamente scientifico, ci spingono (come è accaduto proprio con la relatività generale, e poi con la fisica quantistica) ad allargare e modificare, rimotivare e alleggerire, i nostri stessi schemi di pensierio. Dunque è un’onda che va ben oltre la mera percezione del dato tecnico (due buchi neri in collisione, nelle profondità del cosmo) e arriva a lambire la struttura stessa della nostra coscienza, e della sua evoluzione personale e sociale, intima e “universale”.

Questa crescente evidenza di un universo tutto interconnesso, tutto in relazione, in intima connessione, può e deve essere letta – anche e prima di tutto – come una indicazione di percorso umano, come sempre è accaduto nella scienza. Perché questo Libro della Scienza, è qui per noi, in fondo. Per chi può leggerlo e trarne degli stimoli adeguati alla comprensione di sé stesso e del mondo (ambiti che mai più che ora possiamo considerare inseparabili).

Siamo in tempi estremi, di crisi per un verso, ma di grande possibilità per un altro verso. Perché il vecchio (anche in fisica, in cosmologia) deve recedere, perché una nuova visione avanza. Per un inedito connubio tra uomo e cosmo, e tra uomo e uomo, probabilmente ancora tutto da imparare. E da gustare.

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