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Fisica

Una formula matematica descrive il “canto” dei buchi neri

Un astrofisico della West Virginia University di Morgantown ha elaborato una formula matematica che descrive in modo più esatto la forma d’onda prodotta da due buchi neri che si fondono

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(immagine: Getty Images)

Ok, li abbiamo visti in foto. Ma ci possiamo fermare qui? Proprio no. Per scoprire sempre di più sui buchi neri gli scienziati hanno bisogno di modelli e formule matematiche sempre più precise. L’ultima proposta è quella di Sean McWilliams, un astrofisico teorico della West Virginia University di Morgantown, che ha elaborato una nuova formula matematica che dovrebbe descrivere in modo più esatto il segnale, o forma d’onda, prodotto da due buchi neri che si fondono.

L’articolo, in corso di pubblicazione su Physical Review Letters, sta già suscitando dibattito tra gli esperti, tra chi dice che sia un grande passo avanti per fare analisi più accurate e chi invece, pur riconoscendo il valore del lavoro, ha dei dubbi sull’applicazione della formula.

Da Einstein a Ligo e Virgo

Nel 1916 Albert Einstein ipotizza che due stelle che orbitano una intorno all’altra generano una perturbazione nello spazio-tempo, che ora chiamiamo onde gravitazionali. Quella del genio era una previsione, fondata sull’applicazione della legge della relatività generale da lui stesso formulata.

Einstein però credeva che non sarebbe mai stato possibile osservare le onde gravitazionali perché troppo deboli. Si sbagliava e pressapoco cento anni dopo eccole lì, conseguenza della fusione di due buchi neri, catturate dai giganteschi interferometri di Ligo (2015) e poi anche di Virgo (2017).

Onde gravitazionali: come interpretarle

Quindi le onde gravitazionali esistono e gli scienziati ne stanno collezionando sempre di più. Basti pensare che a solo un mese dalla riapertura dei lavori di Ligo e Virgo sono state individuate tre possibili fusioni di buchi neri, una fusione di stelle di neutroni e forse anche una fusione mista tra una stella di neutroni e un buco nero.

Un conto però è l’osservazione, il dato, un altro è decifrarlo per poterlo interpretare e da questo ricavare, per esempio, le masse dei buchi neri prima della fusione. Difficile, e molto. Perché è praticamente impossibile descrivere il moto di due oggetti massicci come buchi neri e stelle di neutroni che si muovono assieme: oltre la soglia che delimita l’orbita circolare stabile più interna, nota come Isco (cioè la distanza – circa tre volte superiore a quella dell’orizzonte degli eventi – oltre la quale anche un oggetto enorme cade in un’orbita a spirale), la matematica lineare non basta.

Per questo finora gli scienziati si erano accontentati di confrontare i segnali empirici provenienti dallo Spazio con un archivio di simulazioninumeriche per ricavare un’approssimazione della forma d’onda.

Le formule di McWilliams

Ora però McWilliams ritiene di poter bypassare le principali difficoltà di calcolo da una parte applicando la relatività generale per calcolare come una minuscola massa test influenzi il segnale dal buco nero di fusione, dall’altra affermando che oltre la soglia in cui anche la traiettoria della luce viene piegata (e definisce così l’anello luminoso che appare nell’ormai famosa immagine del buco nero) le non linearità matematiche possano essere ignorate. Inghiottite anch’esse dal buco nero, non possono influenzare le onde gravitazionali emesse dall’evento di fusione.

Così l’astrofisico propone una coppia di formule che sembrano sostituire le complicate simulazioni numeriche e che secondo alcuni consentiranno di fare previsioni più precise delle forme d’onda.
Non si può però dire che queste formule siano la soluzione al problema, commentano alcuni esponenti di Ligo e del Mit di Boston: sebbene restituiscano un’interpretazione più definita del segnale, bisogna comunque introdurre semplificazioni e non prevedono una stima delle incertezze.





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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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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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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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