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Fisica

Che cos’è la meccanica quantistica

La meccanica quantistica, o teoria dei quanti, è una teoria che i suoi stessi creatori non capivano pienamente, ma che si è rivelata l’unica capace di spiegare il comportamento della materia nel mondo microscopico.

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Nel cuore della materia c’è un mondo immenso, composto da miliardi e miliardi di particelle, che sfugge ai nostri sensi e alla nostra intuizione. Un mondo in cui non valgono le leggi fisiche usuali, ma quelle più complicate e “misteriose” della meccanica quantistica, una teoria così paradossale da stupire gli stessi scienziati che l’hanno inventata. «Nessuno la comprende davvero» ha detto nel 1965 Richard Feynman, uno dei fisici più brillanti della sua generazione.

AFFASCINANTE. Eppure questa teoria funziona, perché descrive il mondo degli atomi e delle molecole con precisione impeccabile. E ha moltissime applicazioni, dai laser alla risonanza magnetica. Anzi, si sospetta che siano alcuni fenomeni ad essa collegati, come l’effetto tunnel, a rendere possibile la fotosintesi e quindi la vita.

Non solo, la meccanica quantistica, per le sue caratteristiche quasi “magiche”, da sempre affascina filosofi e scienziati. E oggi sta entrando nella nostra cultura “quotidiana”, ispirando anche libri, film e opere d’arte. Ma che cos’è davvero questa teoria? E perché è così importante? Andiamo con ordine.

PARTICELLE MIRACOLO. Onde che si comportano come particelle, particelle che oltrepassano le barriere come fantasmi o che comunicano tra loro in modo “telepatico”… È questo lo strano mondo che gli scienziati si sono trovati di fronte quando hanno scoperto la meccanica quantistica.

Una delle caratteristiche principali di questa teoria è la quantizzazione. Cioè il fatto che, nel mondo microscopico, le quantità fisiche come l’energia non possono essere scambiate in modo “continuo”, come un flusso d’acqua del rubinetto che si può dosare a piacere, ma attraverso “pacchetti” detti “quanti”… come acqua contenuta in bicchieri o bottiglie dal volume prefissato. In virtù di questa proprietà, la luce è composta da corpuscoli di energia detti “fotoni”; e anche gli atomi possono assorbire questa energia soltanto a pacchetti: un atomo, per esempio, può assorbire o emettere 1 o 2 o 3 o più fotoni, ma non 2,7 fotoni o mezzo fotone.

È quello che avviene nell’effetto fotoelettrico, in base al quale un metallo colpito dal giusto tipo di luce produce elettricità: questo fenomeno, scoperto alla fine dell’800 e spiegato nel 1905 da Einstein, è alla base del funzionamento dei moderni pannelli fotovoltaici.

ONDA O PARTICELLA? La seconda “stranezza” della meccanica quantistica è il fatto che – come Giano Bifronte – tutte le particelle hanno una doppia natura: «In alcuni esperimenti si comportano come corpuscoli, in altri come onde» spiega Giancarlo Ghirardi, professore emerito di fisica all’Università di Trieste. «Un esperimento che mostra la natura ondulatoria degli elettroni è quello della doppia fenditura: si pone uno schermo sensibile di fronte a una doppia fenditura e si osserva che gli elettroni impressionano la lastra formando frange di interferenza, proprio come fa la luce (vedi disegno qui sotto). Altri esperimenti dimostrano invece che gli elettroni sono particelle».

fisica quantistica

Onda o particella? La luce passa da una fenditura, poi ne incontra altre due. Le onde interferiscono tra loro, creando chiazze alternate di luce e buio; se fossero particelle, ci sarebbe luce solo in A e in B. Con un fascio di elettroni accade la stessa identica cosa. Eppure, con altri esperimenti, si dimostra che gli elettroni sono particelle. Ecco perché si parla di “dualismo onda-particella”.

IMPREVEDIBILE. La fisica classica è “prevedibile”: permette di calcolare con precisione la traiettoria di un proiettile o di un pianeta. Nella meccanica quantistica, invece, quanto più precisamente si conosce la posizione di una particella, tanto più incerta diventa la sua velocità (e viceversa).

Lo dice il principio di indeterminazione, formulato nel 1927 dal fisico tedesco Werner Heisenberg. Quindi, se vogliamo descrivere il comportamento di un elettrone in un atomo, possiamo solo affermare che è localizzato in una nube intorno al nucleo, e la meccanica quantistica ci indica la probabilità che, effettuando una misura, l’elettrone si trovi in un certo punto. Prima della misura, lo stato dell’elettrone è descritto dall’insieme di tutti i possibili risultati: si parla quindi di sovrapposizione degli stati quantistici. Nel momento della misura, l’elettrone “collassa” in un singolo stato. Questo principio ha un risvolto concettuale importante: in un certo senso, con i loro strumenti di misura, gli scienziati intervengono nella creazione della realtà che stanno studiando.

COME FANTASMI. Un altro fenomeno quantistico bizzarro è l’effetto tunnel, cioè il fatto che le particelle possano superare una barriera come un fantasma passa attraverso un muro. «È così che si spiega il decadimento delle sostanze radioattive» dice Ghirardi. «La radiazione emessa da questi materiali, infatti, è costituita da particelle che superano una barriera energetica all’interno dei nuclei».

fisica quantistica

Un esperimento di propagazione della luce a velocità 4,7 volte superiore rispetto a quella nel vuoto (ma senza violare la relatività di Einsein), un fenomeno reso possibile dalla propagazione attraverso una barriera energetica (effetto tunnel).

INTRECCI LUMINOSI. Tutto ciò è già abbastanza strano. Ma il fenomeno più curioso è l’entanglement (“intreccio”). Immaginiamo di prendere due fotoni in una “sovrapposizione di stati” – possiamo pensarli come monete che girano all’infinito, mostrando entrambe le facce (testa o croce) – e di sottoporli all’entanglement, per poi portarli ai lati opposti dell’universo.

Secondo la meccanica quantistica, se effettuiamo una misura su uno dei due, e otteniamo per esempio testa, anche l’altra moneta, istantaneamente, cessa di trovarsi in uno stato indeterminato: se la misuriamo (dopo un secondo o dopo un secolo) siamo sicuri che il risultato sarà testa. Le due particelle sono come in… contatto telepatico. Assurdo? No, entanglement!

COME STAR TREKQuesta caratteristica sorprendente si può usare per realizzare il teletrasporto quantistico (vedi gallery qui sotto). «Supponiamo di voler trasferire da un punto A a un punto B un fotone identificato dal suo stato di polarizzazione» dice Ghirardi. «Per farlo bisogna disporre, oltre al fotone da teletrasportare, di due fotoni entangled, uno in A e l’altro in B. Poi si fa interagire il fotone da teletrasportare con il primo fotone entangled (quello in A) e si comunica all’osservatore in B l’esito dell’operazione, e così facendo gli si indica come deve manipolare il secondo fotone entangled per ottenere una copia identica del fotone di partenza».

In pratica, le informazioni del fotone di partenza sono trasferite in B grazie all’intermediazione dei fotoni intrecciati: in realtà si tratta di un trasferimento di informazioni, più che di un trasferimento di materia come quello di Star Trek.

 

Galleria

 

È per questo che il teletrasporto interessa soprattutto agli scienziati che studiano i computer quantistici del futuro. Computer, cioè, in cui sono elaborati qubit  invece dei “bit” (sequenze di “0” e “1”) dell’informatica tradizionale: il vantaggio è che i qubit consentono di svolgere in breve tempo, “in parallelo”, operazioni che ai computer tradizionali richiederebbero anni. Così, con un numero “n” di qubit, la quantità di strade di calcolo che possono essere intraprese contemporaneamente è pari a 2N, cioè 2x2x2… x2, n volte: con meno di 300 qubit si supererebbe il numero di particelle dell’intero universo. Finora, però, si riescono a manipolare solo pochi qubit, e con grande difficoltà: il “magico” mondo dei computer quantistici è tutto da esplorare.

Più di recente, 2 fisici dell’Università del Queensland (Australia) hanno ideato perfino il teletrasporto “temporale”, applicando l’entanglement al tempo anziché allo spazio, sempre con l’obiettivo di rendere possibili calcoli complessi. Ma, se funzionasse, sarebbe il primo vero esempio di macchina del tempo, sebbene un po’ diversa da come la fantascienza l’ha sempre immaginata.

fisica quantistica
29 persone (una sola donna, Marie Curie), 17 erano o sarebbero diventati premi Nobel, per la fisica o la chimica. Sono i partecipanti alla V Conferenza Solvay, dedicata ufficialmente a elettroni e protoni, ma che in realtà ospitò il primo grande dibattito sulla fisica quantistica, mettendo a confronto i sostenitori dell’interpretazione della meccanica quantistica secondo la scuola di Copenhagen e un nutrito gruppo di scettici che non credeva nella sua natura intrinsecamente probabilistica. I primi avevano come leader indiscusso Bohr e i secondi erano rappresentati da Einstein. I due scienziati si contrapposero a colpi di esperimenti mentali (Gedankenexperimente). Sono entrate nella leggenda le animate discussioni che iniziavano già durante la colazione del mattino, quando Einstein proponeva un esperimento mentale all’attenzione di Bohr, il quale poi passava la giornata a trovare una spiegazione che rientrasse nei canoni della meccanica quantistica.

I QUANTI NELLA FILOSOFIA E NELLA CULTURA. La meccanica quantistica però non è soltanto strana e complicata. Ci costringe anche a rivedere gli schemi mentali ai quali siamo abituati, mettendo alla prova le nostre convinzioni e offrendo nuove risposte alle domande che i filosofi si pongono da millenni. Ecco alcuni esempi.

IL DESTINO È PREVEDIBILE?

Come dimenticare, per esempio, le punizioni di Maradona? Le traiettorie impresse al pallone erano un mirabile incontro di sport e fisica. Tuttavia, se un ipotetico “Pibe de oro” quantistico si trovasse tra i piedi un elettrone, non riuscirebbe a calciarlo con la stessa precisione. Quel “pallone”, infatti, non seguirebbe la logica deterministica di tiro-gol.

Grazie al principio della sovrapposizione di stati, infatti, potrebbe essere in qualunque punto del campo, diffondendosi come una nebbia in più luoghi contemporaneamente. E soltanto dopo essere stato osservato “collasserebbe” finalmente in un punto preciso, magari proprio in rete… il destino, insomma, non è prevedibile.

Tutto il contrario di quello che sostenevano nel V sec. a. C. i greci Leucippo e Democrito, secondo i quali il mondo era composto da atomi che si muovono nel vuoto in modo prevedibile. Anche se poi, un secolo dopo, un altro greco, Epicuro, ipotizzò che tra gli atomi ci fossero urti casuali con conseguenze imprevedibili. La fisica classica, nell’800, sembrava dar ragione ai primi due. La meccanica quantistica, invece, seppure su basi completamente diverse, è più vicina al pensiero di Epicuro.

L’UNIVERSO ESISTE INDIPENDENTEMENTE DA NOI?

Esse est percipi: le cose, per esistere, hanno bisogno di essere percepite. Lo sosteneva nel ’700 il filosofo britannico George Berkeley, secondo cui una palla o un albero non esistono in sé, indipendentemente da noi: quelli che percepiamo sono gli stimoli sensoriali che ci arrivano direttamente da Dio. E il filosofo tedesco Immanuel Kant, sempre nel ’700, aveva ribadito che non si può conoscere il mondo “così come è in sé” (da lui definito noumeno), ma solo “ciò che appare”. Qualcosa di simile, due secoli dopo, dice la meccanica quantistica: per determinare la posizione di una particella, per esempio bisogna illuminarla… e allora la particella, colpita dalla luce, schizza via. Sappiamo dov’è, ma non dove sarà dopo un istante.

Per osservare la realtà, insomma, bisogna “disturbarla”: «Secondo l’interpretazione di Copenhagen » spiega Giulio Giorello, docente di filosofia della scienza all’Università Statale di Milano «gli eventi quantistici dipendono dalla presenza dell’apparato di osservazione che li deve misurare».

Einstein non riusciva a digerire questo aspetto della teo­ria: era infatti convinto che la real­tà fosse ben determinata e indipendente da chi l’osserva. Ma oggi gli esperti sono a favore dell’interpretazione di Copenhagen.

fisica quantistica

 

Niels Bohr e Albert Einstein, due padri della teoria. Fu in una delle loro discussioni sul significato fisico della meccanica quantistica che Einstein pronunciò la nota frase: “Dio non gioca a dadi”. Bohr confutò brillantemente tutte le critiche di Einstein, che però non si convinse mai fino in fondo della natura probabilistica del mondo quantistico. | WIKIMEDIA COMMONS

E SE L’EFFETTO PRECEDESSE LA CAUSA?

Uno dei pilastri della scienza classica è la regola secondo cui, nel mondo in cui viviamo, a ogni causa segue necessariamente un effetto: se tiro un sasso verso una finestra la rompo, se tocco il fuoco mi brucio. Nel ’700, il filosofo scozzese David Hume mise in discussione questo principio: anche se tutti i giorni due avvenimenti si susseguono, non dobbiamo considerare questo legame una conseguenza logica, perché potrebbe trattarsi di una nostra associazione di idee determinata dall’abitudine.

La scienza tradizionale non ha mai messo in dubbio il principio di causa ed effetto. La meccanica quantistica sembrerebbe violarlo, ma non è così: la teoria permette di calcolare con certezza alcuni aspetti dell’evoluzione delle particelle, ma non tutto (per il resto bisogna accontentarsi di calcolare la probabilità che un certo fenomeno accada). Ma in nessun caso la teoria ammette situazioni in cui, per esempio, l’effetto preceda la causa o ne sia scollegato.

LA NOSTRA ESSENZA SI ESTENDE A TUTTO L’UNIVERSO?

Quando navighiamo in Internet, lo spazio sembra essere risucchiato da un click del mouse, all’interno di collegamenti ipertestuali fra sistemi che distano migliaia di km l’uno dall’altro. Nel mondo subatomico, in certe condizioni, può succedere la stessa cosa: ci sono particelle “gemelle”, legate tra loro dalla proprietà dell’entanglement, che pur trovandosi in punti opposti dell’universo riuscirebbero a comunicare istantaneamente fra loro, agendo come un tutt’uno.

Questo fenomeno, ormai dimostrato, demolisce uno dei pilastri della fisica tradizionale: il principio di località . Tanto da far sorgere un dubbio: viviamo forse in un tutto indivisibile, dinamico, le cui parti sono interconnesse come sosteneva nel ’600 il filosofo olandese Baruch Spinoza?

Secondo la sua visione “panteistica”, esiste una sostanza unica e infinita, un ordine geometrico in cui Dio e natura coincidono (Deus sive natura, “Dio, ovvero la natura”) come causa interna al tutto.

LA NATURA RIFIUTA IL VUOTO?

Natura abhorret a vacuo (“la natura rifiuta il vuoto”): la frase risale al Medioevo, ma il concetto è antico: già nel IV sec. a. C. Il greco Aristotele e i suoi discepoli negavano l’esistenza di “un luogo in cui non c’è nulla”, dove “non è possibile che neppure un solo oggetto si muova”.

Il tabù, in Occidente, è rimasto per millenni, assimilato persino dalla Chiesa, che non tollerava l’esistenza di un luogo senza Dio. Poi la fisica classica aveva dimostrato che il vuoto si poteva creare, per esempio eliminando l’aria da un contenitore. Sembrava possibile anche creare il “vuoto perfetto”, cioè una regione di spazio del tutto priva di atomi e di luce.

Ma la meccanica quantistica ha stabilito che questo non è possibile: anche il “vuoto perfetto” conterrebbe infinite fluttuazioni energetiche in grado di generare particelle virtuali che nascono dal nulla e spariscono continuamente in tempi brevissimi. Aristotele, insomma, in un certo senso aveva ragione.

LA REALTÀ È MATERIA O INFORMAZIONE?

Oggi assistiamo al trionfo dell’informatica: testi, immagini, suoni e filmati viaggiano in Internet da una parte del mondo all’altra sotto forma di sequenze di 0 e 1: i bit. Questi mattoncini digitali, parte essenziale della nostra vita, ci portano a una riflessione: la realtà è formata da materia o da bit? Forse, come racconta il film di fantascienza Matrix, viviamo in un grande cervello elettronico che simula il mondo. Con la differenza che i bit della meccanica quantistica sono diversi da quelli “classici”: si chiamano qubit e consentono combinazioni (e operazioni logiche) di una complessità senza paragoni nel mondo dell’informatica tradizionale

ESISTE UNA TEORIA CAPACE DI SPIEGARE OGNI COSA?

I fisici cercano una Teoria del tutto, in grado di unificare ogni cosa: uomo e stelle, piccolo e grande… ce la faranno? Non è detto, ma l’ambizione è antica. A suo modo, ci aveva già provato nel VI sec. a. C. il filosofo greco Pitagora, affidando ai numeri, costituenti ultimi della natura, il compito di tenere unito l’universo.

Oggi, invece, si punta soprattutto a un’evoluzione della Teoria delle stringhe detta “Teoria M”. Più che un’unica teoria, al momento è un sistema di 5 teorie distinte che si applicano in contesti diversi.

Potremmo paragonarla a una grande mappa del mondo: per rappresentare fedelmente l’intera superficie terrestre occorrono tante piccole carte geografiche che, sovrapponendosi parzialmente tra loro, mostrano aspetti diversi dello stesso paesaggio.





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Focus

Detective presso Computer Crime Research Center. Investigazioni Roma. Ingegneria Elettronica e delle Telecomunicazioni Seminario Analisi del Crimine Violento Università di Roma

Fisica

Nel 2019 sui giornali italiani ancora si nega che siamo arrivati sulla Luna

“Sulla Luna non ci siamo mai stati”. È la tesi di un articolo sul Fatto a firma del giornalista e autore tv Ivo Mej. Ma tutto lascia intendere il contrario

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(foto: Kordite/Flickr)

Quali grandi novità, frutto di approfondite inchieste giornalistiche e indagini scientifiche, sono emerse negli ultimi giorni per riaprire ancora una volta il dibattito se l’umanità abbia o meno messo piede sulla Luna? Ebbene – tenetevi forte – nessuna.

Tuttavia, nella giornata dell’8 luglio sul sito de Il Fatto quotidiano è stato pubblicato un articolo (cliccare sul link non dà traffico al sito) dal titolo emblematico: Insomma, sulla Luna ci siamo stati o no?. Una raccolta di valutazioni soggettive e prove non-scientifiche a sostegno della tesi del falso allunaggio, che cade a fagiolo proprio a pochi giorni dal 50esimo anniversario del successo della missione spaziale Apollo 11. Quella che, scetticismi a parte, ci ha portati per la prima volta sul nostro satellite naturale.

La scienza a sentimento

L’articolo in questione è firmato da Ivo Mej, giornalista e autore tv, che esordisce nell’articolo affermando che “la mia personale opinione è che no, sulla Luna non si saremmo mai potuti andare con la tecnologia degli anni Sessanta, tant’è vero che non riusciamo ad andarci neanche oggi”. Non è chiaro però quali elementi fattuali supportino questa sua sensazione, né quali prove possano far concludere che la Nasa ha “inventato miriadi di supercazzole”, dato che i pochissimi esempi riportati sono poco attinenticon l’evento dell’allunaggio (e comunque falsi, come vedremo tra poco).

Addirittura, Mej pare essere riuscito nell’incredibile impresa – altro che allunaggio – di fare il complottista su se stesso, smentendo la sua opinione espressa poco prima: “Come è possibile che in mezzo secolo non sia mai venuta fuori la verità sulla conquista mai avvenuta del nostro satellite?”. Per il resto nell’articolo si fa riferimento perlopiù a imprecisate “incongruenze logiche”, a “strane dimissioni” e ad “ammissioni a mezza bocca dei dirigenti Nasa”: tutte cose sentite e risentite, e su cui in questo caso non è nemmeno possibile argomentare dato che non è specificato di che cosa si tratti con precisione.

Curioso che gli unici esperti citati siano registifotografi e documentaristi, mentre manca del tutto la voce di tecnici spaziali, scienziati e astronauti. Se questo è l’approccio con cui si tenta di affrontare seriamente la questione, probabilmente avranno vita lunga pure il terrapiattismo, l’arrivo di Nibiru e i rapimenti alieni. Chissà quando uscirà l’inchiesta: “Insomma la Terra è piatta o no?”.

I pochi esempi si confutano al volo

Nell’articolo sono esplicitate in sostanza tre sole argomentazioni contro l’allunaggio. La prima riguarda un obiettivo fotografico messo a disposizione del regista Stanley Kubrick per il film Barry Lyndon, che sarebbe stato costruito dalla Nasa e poi regalato per le sue riprese. Una storia però che non ha alcun aspetto di mistero, come è stata raccontata da Neil Oseman e ripresa anche Paolo Attivissimo: non è affatto vero che l’obiettivo sia stato donato, e poi la sua costruzione è stata motivata proprio dalla volontà di fare riprese della Luna dalle sonde spaziali Nasa. Dove starebbe, di preciso, il problema?

Un secondo punto citato a favore dello scetticismo verso la versione ufficiale riguarda “l’attraversamento delle micidiali fasce di Van Allen, in grado di friggere qualsiasi apparato radio (non parliamo dei corpi degli astronauti)”. Anche in questo caso non occorre molto sforzo per confutare la tesi: basta infatti una buona schermatura e una scelta adeguata della traiettoria di lancio per risolvere il problema, come peraltro dimostrano tutti i satelliti e le sonde che hanno viaggiato oltre le fasce di Van Allen e sono ancora in perfetta forma. In proposito, c’è un bell’approfondimento su Medium.

Infine, viene richiamato il caso del rifiuto da parte degli astronauti dell’Apollo 11 di giurare sulla Bibbia davanti a un noto complottista dell’allunaggio, il regista Bart Sibrel. Già la descrizione del fatto basta a spiegare il perché del rifiuto, ma in ogni caso (come fa notare anche in questo caso Attivissimo) altri membri degli equipaggi della missione Apollo hanno accettato di giurare, come Ed Mitchell, Gene Cernan e Alan Bean. Fino a prova contraria, poi, rifiutarsi di stare al gioco dei complottisti non rappresenta una prova a favore del complotto. Per non parlare del valore squisitamente scientifico e oggettivo del test del giuramento su testo sacro.

E se alla fine fosse solo una pubblicità?

Dato che stiamo giocando con i complottismi, proviamo a divertirci un po’ anche qui su Wired. Tanto per parlare di coincidenze, nell’articolo di Ivo Mej viene citato per 3 volte il documentario American Moon del fotografo e regista Massimo Mazzucco, peraltro noto sostenitore di diverse teorie del complotto. Quello stesso film viene definito dal giornalista “incredibile” (a quanto pare con il significato di prodigioso, e non con quello più calzante e letterale di inverosimile), viene richiamato nel secondo e nell’ultimo paragrafo dell’articolo, segnalando in chiusura anche il giorno e il luogo della prossima proiezione del film in Italia.

Difficile valutare quanto la trasmissione al grande pubblico del documentario abbia svolto il ruolo di pretesto per poter scrivere dell’allunaggio, e quanto invece i complottismi siano stati sfruttati – se non per fare clickbaiting – per parlare dell’evento cinematografico in programma e, implicitamente, promuoverlo. Quel che è certo è che i commenti sotto l’articolo de Il Fatto quotidiano sono già diventati più di 700, di cui alcuni piuttosto divertenti.





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Fisica

Il collasso diretto dei buchi neri supermassicci

Questi oggetti estremi del cosmo erano presenti già nell’epoca primordiale dell’universo: per spiegarne l’origine, un nuovo modello prevede che si siano formati con un processo molto rapido, e non dal collasso di stelle

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(Scott Woods, Western University)

Non c’è bisogno di una stella che collassa per avere un buco nero supermassiccio. E questo spiega perché questo tipo di oggetti potevano essere presenti anche nell’epoca primordiale dell’universo. Lo afferma un nuovo studio pubblicato sulle “Astrophysical Journal Letters” da Shantanu Basu e Arpan Das della University of Western Ontario, in Canada.

I buchi neri supermassicci sono una tipologia di buchi neri caratterizzata da una massa molto elevata, che arriva a milioni o miliardi di volte la massa del Sole. Malgrado le loro caratteristiche estreme però non sono oggetti rari: si stima che ogni galassia o quasi ospiti nel proprio nucleo un buco nero supermassiccio.

Sulla loro origine non c’è accordo tra gli astrofisici. Una prima ipotesi è che derivino dall’accrescimento di buchi neri di dimensioni normali, che a loro volta sono l’esito ultimo del collasso di stelle giunte al termine del loro ciclo vitale. Quando infatti le reazioni di fusione nucleare all’interno della stella hanno trasformato quasi tutto l’idrogeno in elio, la pressione di radiazione verso l’esterno non è più in grado di contrastare la forza gravitazionale che agisce in senso opposto, e tutta la massa tende a concentrarsi nel nucleo.

Altre ipotesi prevedono invece che i buchi neri supermassicci si formino in seguito al collasso di particolari tipologie di stelle o di ammassi stellari.

Nell’ultimo decennio il panorama delle conoscenze su questo argomento si è arricchito di numerose osservazioni di buchi neri supermassicci estremamente lontani, che ci appaiono quindi com’erano poche centinaia di milioni di anni dopo l’origine dell’universo. Ciò depone a favore di una formazione molto rapida e diretta di questi oggetti.

Tenuto conto di questi dati, Basu e Das propongono ora nuovo modello di formazione dei buchi neri supermassicci basato su un’idea di base molto semplice: la loro origine è un collasso molto rapido.

“I buchi neri supermassicci hanno avuto solo un periodo di tempo breve per formarsi e crescere, e a un certo punto la loro produzione nell’universo è cessata”, ha spiegato Basu. “È questo lo scenario del collasso diretto”.

Le simulazioni al computer dei due autori mostrano che le osservazioni e i dati sperimentali dei buchi neri supermassicci già presenti in un’epoca primordiale dell’universo sono compatibili con un accrescimento esponenziale del buco nero, che inizia la sua vita con una massa compresa tra 10.000 e 100.000 masse solari.





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Fisica

Andromeda: rilevata l’onda anomala della Galassia

Un nuovo studio, frutto di una collaborazione internazionale guidata dalla Sapienza, ha evidenziato un’emissione anomala nelle microonde proveniente dalla galassia di Andromeda attraverso osservazioni astrofisiche effettuate con il Sardinia Radio Telescope. Il lavoro è stato pubblicato sulla rivista Astrophysical Journal Letter

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Composizione dell' immagine ottica della galassia di Andromeda ottenuta dalla Digitalized Sky Syrvey con l'immagine nelle onde radio a 6.7 GHz osservata con il Sardinia Radio Telescope (toni di rosso). E' ben visibile un anello di emissione radio associato al disco di Andromeda e numerose sorgenti puntiformi sullo sfondo riconducibili a lontane galassie
Un nuovo studio, frutto di una collaborazione internazionale guidata dalla Sapienza, ha scoperto un’emissione anomala nelle microonde proveniente dalla Galassia di Andromeda grazie a osservazioni astrofisiche effettuate con il radio telescopio di 64 metri Sardinia Radio Telescope (SRT), una nuova eccellenza mondiale per la radio astronomia gestita dall’Istituto Nazionale di Astrofisica.

La galassia di Andromeda è la più grande del gruppo locale, un aggregato di oltre 70 galassie a cui appartiene anche la nostra Via Lattea. Molto ben studiata nelle bande dello spettro elettromagnetico, Andromeda tuttavia non era mai stata indagata approfonditamente in quella delle microonde.

A far luce su questo aspetto è un team internazionale a cui hanno partecipato il Dipartimento di Fsica della Sapienza, l’Osservatorio astronomico di Cagliari (Inaf), l’Instituto de Astrofisica de Canarias (Spagna), la University of British Columbia (Canada), il California Institute of Technology (USA) e l’Istituto di Radio astronomia di Bologna (Inaf). Il lavoro, pubblicato sulla rivista Astrophysical Journal Letter, ha effettuato una mappatura completa della galassia di Andromeda nelle microonde, alla lunghezza d’onda di 4,5 cm e alla frequenza di 6,7 GHz.

Si è osservato che, oltre alle emissioni classiche legate alle interazioni tra il materiale interstellare e il campo magnetico di Andromeda, la Galassia presenta “un’onda anomala” in eccesso che non è spiegabile se non con nuovi meccanismi di radiazione. I modelli più accreditati per tale emissione sono legati alla rapida rotazione di piccoli grani di polvere interstellare (Spinning Dust).

“Già nel 2015 il satellite Planck aveva intravisto questo tipo di emissione con una bassa significatività statistica – spiega Elia Battistelli del Dipartimento di Fisica della Sapienza e coordinatore del progetto – ma ora si ha la certezza che una radiazione del genere sia effettivamente presente nella emissione globale della galassia di Andromeda”.
“Date le dimensioni di Andromeda – spiega Matteo Murgia dell’Inaf – osservare la galassia con il necessario livello di dettaglio è molto difficile ma, grazie alle caratteristiche del Sardinia Radio Telescope, è stato possibile realizzare immagini di svariati gradi quadrati garantendo adeguata sensibilità e risoluzione angolare.”

Questi risultati, che consentono per la prima volta di osservare Andromeda nella sua interezza e di analizzare effetti finora studiati solo nella nostra Galassia, permetteranno di acquisire maggiori informazioni sulla formazione stellare di Andromeda, sul suo campo magnetico e sulla possibilità che siano presenti emissioni laser nelle microonde causate dalla presenza di molecole dell’acqua.





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