Se la prima individuazione di onde gravitazionali, nel settembre 2015, ha aperto la strada a un nuovo, fondamentale strumento di osservazione astronomica, l'annuncio diffuso ieri della nascita di una nuova stella studiata "in diretta" è, per certi versi, ancora più entusiasmante.
Non solo perché la coalescenza tra due stelle di neutroni - l'evento cosmico GW170817, le cui onde gravitazionali sono state captate dai rilevatori di LIGO e Virgo - ci permette finalmente di studiare questi densissimi oggetti celesti, un solo cucchiaino dei quali ha la stessa massa di una montagna terrestre.
Ma anche perché si è trattato di uno degli eventi astronomici più documentati di sempre: abbiamo studiato la sua "onda d'urto" sotto forma di onde gravitazionali; individuato i suoi lampi gamma, appena due secondi dopo lo scontro; e nelle ore successive, lo abbiamo osservato nella luce visibile, all'infrarosso, negli ultravioletti, ai raggi X, fino a captarne le onde radio. All'appello mancano solo i neutrini (e questo è un risultato su cui si dovrà indagare).
ASTRONOMIA MULTI-MESSAGGerO. L'evento rappresenta una svolta per l'astronomia in due sensi. Il primo è l'entrata in quella che è definita l'astronomia multi-messaggero, ovvero lo studio contemporaneo di tutte le informazioni fisiche disponibili, da quelle elettromagnetiche a quelle gravitazionali.
Nell'astronomia multi-messaggero, di fatto, vengono analizzate congiuntamente informazioni gravitazionali ed elettromagnetiche, ma anche da neutrini e raggi cosmici, per ottenere una descrizione più completa di molti oggetti astrofisici, nonché una più profonda verifica delle attuali leggi della fisica.
Salto di qualità. Questa simultaneità e cooperazione delle osservazioni rende necessario un secondo tipo di svolta: l'astronomia passa da scienza per lo più solitaria e silenziosa, a disciplina collaborativa e segnata da un sistema di comunicazione in tempo reale, che ha permesso di documentare lo scontro in tempo reale, mentre le tracce della collisione consumatasi 130 milioni di anni fa arrivavano fino a noi.
Per fare un paragone cinematografico, è come se fossimo passati da un film muto a un colossal con una colonna sonora d'autore, il tutto con una decina di anni di anticipo.
I primi segnali. Il 17 agosto alle 14:41:04 i rilevatori di LIGO e Virgo intercettano l'onda gravitazionale GW170817. Dopo 40 minuti dirameranno un alert. Soltanto due secondi più tardi, alle 14:41:06, il Gamma-ray Burst Monitor del telescopio della Nasa Fermi (GMB) individua un intenso lampo gamma, e 14 secondi dopo diffonde una segnalazione.
Questa volta è diverso. Altri quattro treni di onde gravitazionali sono stati rilevati in passato, ma questo è il primo a verificarsi in contemporanea a un'emissione di lampi gamma.
Questo indizio e la massa di ciascuno dei due oggetti - 1,2 e 1,5 masse solari rispettivamente - puntano nella direzione di due stelle di neutroni, una coalescenza a lungo attesa e diversa da quelle di buchi neri osservate finora.
Tutti sul pezzo! Mentre i tre rilevatori di LIGO e Virgo lavorano alla triangolazione del segnale, per capirne la provenienza, l'informazione si diffonde ad oltre 70 altri osservatori secondo una rete sviluppata in precedenza: c'è un evento anomalo e bisogna osservarlo subito, in ogni sfumatura dello spettro elettromagnetico. Di questi messaggi di allerta, nelle ore e nei giorni successivi, ne partiranno oltre 200.
Dieci ore più tardi arrivano le prime notizie dell'individuazione dello scontro nella luce visibile, in una galassia nota come NGC 4993.
Aprono le danze gli osservatori dell'ESO situati in Cile, seguiti da molti altri. Dopo 11 ore e 36 minuti arriva dall'INAF la conferma del segnale nell'infrarosso, tempo 15 ore e la radiazione viene osservata nell'ultravioletto. Nove giorni più tardi, il telescopio spaziale Chandra registra il segnale ai raggi X, e 16 giorni più tardi se ne rilevano anche le onde radio.
Metalli preziosi. Nel frattempo, Hubble ha misurato il moto e la composizione chimica del materiale del nuovo oggetto celeste, una kilonova: nelle nubi di detriti espulsi dalle stelle di neutroni in collisione sono state forgiate grandi quantità di alcuni degli elementi più pesanti dell'Universo, in pratica centinaia di masse terrestri di oro e platino.
In futuro. Migliorando questi sistemi di comunicazione istantanea si potrà forse identificare in anticipo la regione di provenienza delle onde gravitazionali, in modo da avere tutti gli strumenti già puntati in quella direzione. Si è aperta una nuova era dell'astronomia, più brillante che mai.
Nello spazio non è detto che i corpi più grandi siano anche i più pesanti (o, più correttamente, massivi): dipende dal materiale di cui sono fatti e dalla loro gravità. Sulla Terra il materiale più denso è l'osmio (Os), un metallo della famiglia del platino: un cucchiaino di osmio pesa, sulla Terra, oltre 100 grammi.
Peso piuma. Non è nulla se paragonato a ciò che si può trovare nel cuore di una stella di neutroni: su questi corpi celesti la materia è talmente densa che, secondo i calcoli degli scienziati, può arrivare a pesare un milione di miliardi di tonnellate al metro cubo. E in effetti queste stelle, pur avendo un raggio di 10 o 20 km, sono più dense e massive (e, sulla nostra bilancia, più pesanti) del Sole.
Secondo gli scienziati la materia più densa dell'Universo potrebbe essere nel cuore di alcuni buchi neri: non si sa bene che cosa sia ma, secondo calcoli teorici, potrebbe pesare 5x1096 kg per metro cubo.
Foto - La Nebulosa del Granchio: al centro c'è una stella di neutroni. © NASA, ESA, J. Hester (Arizona State University).
Il nostro Sole, con i suoi 5.800 kelvin (K, 5527 °C), non è affatto uno dei posti più caldi dell'Universo: se paragonato ad altri corpi celesti è appena... tiepido. Le supergiganti blu possono infatti arrivare a 50.000 K (°C=K-273) mentre alcune nane bianche possono arrivare a 200.000 K.
Gelo polare. È ancora "freddo" rispetto ai 6 miliardi di Kelvin del cuore delle supergiganti più grandi, dove dalle reazioni nucleari nascono fotoni così carichi di energia che le loro collisioni generano coppie di elettroni e antielettroni.
Dato che gran parte dell'energia in gioco va a formare queste coppie, la pressione che spinge verso l'esterno si indebolisce e, di conseguenza, la prima o poi la gravità farà collassare la stella in una esplosione di proporzioni... cosmiche.
In questo caso si parla di supernova da instabilità di coppia: nel 1997 gli scienziati sono riusciti a misurare la temperatura dei neutrini liberati da una di queste esplosioni all'interno della Grande nube di Magellano, rilevando oltre 200 miliardi di Kelvin.
Freschino. È ancora nulla rispetto ai lampi di raggi gamma, l'evento cosmico a più alta energia finora osservato. La loro origine non è del tutto chiara (secondo alcuni sarebbero generati dall'accrescimento di materia in un buco nero) e la loro temperatura è stimata in 1012 Kelvin.
Foto: la bolla di gas prodotta dall'esplosione della supernova SNR 0509 immortalata dal telescopio spaziale Hubble. © NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA).
Lo spazio non è né freddo né caldo: se non c'è materia ad assorbire l'energia emanata da una stella, per esempio il Sole, parlare di temperatura non ha senso.
Freddo naturale. Il posto in assoluto più freddo mai "visitato" fino a oggi è un cratere perennemente in ombra al polo sud lunare: l'ha scoperto nel 2009 la sonda Lunar Reconaissance che ha misurato una temperatura di -240 °C, appena 33 gradi sopra zero assoluto (-273 °C o 0 K).
Gli scienziati non escludono però che su qualche micropianeta lontano dal Sole o su qualche luna oggi sconosciuta le temperature possano essere ancora più rigide (guarda le lune del Sistema Solare).
Sicuramente più fredda è la nebulosa Boomerang (foto), a 5.000 anni luce da noi: si sta espandendo molto rapidamente e i suoi gas, proprio come in un condizionatore, si stanno raffreddando. Secondo le stime la loro temperatura non supera 1 Kelvin, cioè -272 °C, appena un grado sopra lo zero assoluto.
Freddo artificiale. Sulla Terra, però, sappiamo fare di meglio! In un laboratorio dell'università di Helsinki, dove gli scienziati cercano di raggiungere 0 K e studiano il comportamento della materia a quella temperatura, un pezzo di radio (Ra, un metallo alcalino terroso) è stato portato a 1/10 di miliardesimo di grado sopra lo zero assoluto: è la temperatura più bassa mai registrata nell'universo conosciuto! E un altro ambiente piuttosto freddo è l'LHC, l'acceleratore di particelle più grande del mondo costruito al Cern tra Svizzera e Francia, per la gran parte mantenuto costantemente a -271 °C.
Foto: la nebulosa Boomerang. © NASA, ESA and The Hubble Heritage Team (STScI/AURA).
Nello spazio concetti come velocità e immobilità sono del tutto relativi: dipende dal punto di osservazione. L'entità che più si avvicina all'idea di immobilità, e che può quindi essere utilizzata come punto di riferimento, è la radiazione cosmica di fondo (vedi il video "Nuovi occhi sul cosmo"), cioè la radiazione elettromagnetica residua prodotta dal Big Bang e che permea l'Universo. Relativamente a questo tappeto di microonde, il nostro Sistema Solare si espande a oltre 600 km al secondo (2.160.000 km/h).
Che lumaca! Alla periferia dell'Universo ci sarebbero però galassie che si muovono più veloci della luce: ciò significa che non le vedremo mai! Per contro, i pianeti sono proprio lenti. Mercurio (che non a caso è il più veloce, visto il nome) raggiunge a malapena la velocità orbitale di 48 km al secondo (172.800 km/h) mentre la Terra viaggia tranquilla a 30 km/s (108.000 km/h).
Ferrari dello spazio. Il record di velocità cosmica spetta probabilmente alla radiazione elettromagnetica di alcune pulsar, le stelle di neutroni: abbastanza lontano dalla loro superficie il campo elettromagnetico potrebbe superare la velocità della luce (e non trasportando né informazioni né energia, questo non è in contrasto con le leggi della fisica).
Anche la materia, in certe condizioni, potrebbe avvicinarsi alla velocità della luce: secondo Tomohiro Harada dell'Università di Tokyo, rocce spaziali catturate dal campo gravitazionale di un buco nero possono collidere tra loro a velocità prossime a quelle della luce.
Foto: le emissioni della pulsar (il punto bianco) che si trova al centro della Nebulosa del Granchio, viste ai raggi X. © Credit: NASA/CXC/SAO/F.Seward.
In alcune zone dello Spazio il buio dell'Universo è ancora più buio, come dalle parti di Segue1, una galassia ad "appena" 75.000 anni luce da noi.
Pur essendo relativamente vicina è stata scoperta solo nel 2006: secondo gli scienziati gran parte del materiale in essa contenuto, l'equivalente di milioni di masse solari, è formato da materia oscura (vedi anche il video), ossia da qualcosa che ancora non conosciamo (perciò si chiama oscura) e che secondo le stime costituisce - assieme all'energia oscura, anch'essa di natura ignota - il 95-96% dell'Universo. E la materia oscura non emette luce e quindi risulta, di fatto, quasi invisibile. (Foto: © X-ray(NASA/CXC/Stanford/S.Allen)
La forma tondeggiante dei corpi celesti è determinata anche dalla gravità. Catene montuose e fosse oceaniche che a noi sembrano imponenti, sono in realtà poco meno che piccole irregolarità su una superficie altrimenti liscia: i circa 18 km che separano la cima dell'Everest dal fondo della Fossa delle Marianne sono meno dello 0,2% del raggio del pianeta, l'equivalente di un graffio di 0,2 mm su di un pallone da calcio (guarda come sarebbe la Terra se la forza di gravità fosse uniforme).
Schiacciatine. Rispetto una stella di neutroni, però, il nostro pianeta è più rugoso di una buccia d'arancia: l'altissima densità di questi corpi celesti fa sì che la loro gravità sia 200 miliardi di volte più intensa rispetto a quella terrestre e quindi più che sufficiente ad appiattire qualsiasi asperità.
Su una di queste stelle il monte Everest sarebbe alto appena 5 millimetri, equivalenti a qualche milionesimo di millimetro rispetto al raggio.
La più grande galassia conosciuta è IC 1101: si trova a un miliardo di anni luce da noi, nell'ammasso di galassie noto come Abell 2029. Con la sua estensione, prossima ai 6 milioni di anni luce, è migliaia di volte più grande della Via Lattea (foto: © NOAO/Kitt Peak/J.Uson, D.Dale, S.Boughn, J.Kuhn).
L'Universo può essere rappresentato come una spugna in cui i filamenti che separano i buchi sono le galassie. I "buchi", invece, rappresentano il vuoto cosmico, ossia zone che apparentemente non contegono né stelle, né pianeti. In questi vuoti la densità è prossima allo zero: sono quindi l'opposto dei buchi neri.
I vuoti cosmici hanno mediamente un'estensione tra i 30 e i 500 milioni di anni luce (la distanza tra due galassie), ma nel 2009 il progetto Six Degree Field Galaxy Survey (6dFGS) ha portato alla scoperta di un vuoto eccezionale con un'area di 3,5 miliardi di anni luce.
In realtà in questi vuoti qualcosa c'è: secondo gli scienziati si tratta di fluttuazioni quanto-meccaniche che lo rendono un continuo ribollire di particelle e antiparticelle virtuali che nascono e si annichiliscono in continuazione (foto: © High-Z Supernova Search Team, HST, NASA).
La palma di gigante del cosmo, almeno di quello fino ad oggi conosciuto, va a VY Canis Majoris, una ipergigante rossa nella costellazione del Cane Maggiore, a 5.000 anni luce da noi. Secondo le stime ha un diametro di oltre 3 miliardi di km, circa 1.000 volte quello del Sole: per sorvolarne la superficie da parte a parte con un aereo commerciale occorrerebbero più di 350 anni.
Assolutamente invisibile a occhio nudo, per via della distanza, è tuttavia la stella più luminosa della Via Lattea: circa 500.000 volte il Sole. Se si trovasse al posto della nostra stella, i suoi strati più esterni si estenderebbero oltre l'orbita di Saturno, sesto pianeta del Sistema Solare.
Guarda Tutte le misure dell'Universo in questo curioso video.
Foto: © NASA.
Le unità di misura della luminosità a cui siamo abituati, i Watt e i lumen, sono del tutto inadatte per descrivere la brillantezza degli oggetti celesti: per questo gli scienziati utilizzano il "Sole", che ha una capacità illuminante di 4x1026 Watt.
La stella più brillante direttamente osservabile è Epsilon Orionis (Alnilam, una supergigante blu), l'astro centrale della Cintura di Orione: è a 1.300 anni luce da noi e ha una luminosità 400.000 volte superiore a quella del Sole.
Molto più lontano, Eta Carinae (Foramen), una ipergigante blu, instabile, è 5.000.000 di volte più brillante del Sole. Alcune stelle massive possono raggiungere livelli di brillantezza pari a 100 miliardi di soli, ma solo per poche settimane prima di morire.
Intensi ma brevi sono i lampi di raggi gamma: durano solo una manciata di secondi ma possono arrivare a 1.018 soli. Le luci stabili più potenti dell'Universo sono invece quelle emesse dai quasar, nuclei di antiche galassie con al centro enormi buchi neri che si "nutrono" di stelle. La loro luminosità può arrivare a 3x1019 soli.
Foto: una stella di neutroni troppo vicina a un buco nero... (© Dana Berry/NASA.)
