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Fisica

Una nuova soluzione al paradosso di Fermi

Alcuni astronomi affermano in un nuovo studio che i movimenti stellari dovrebbero facilitare la diffusione delle civiltà in tutta la galassia, ma noi potremmo comunque trovarci soli

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Per quanto ne sappiano, siamo sempre stati soli. Siamo solo noi su questo puntino azzurro pallido, “la casa di tutti quelli che amate, di tutti quelli che conoscete, di tutti quelli di cui avete mai sentito parlare”, per citare una famosa frase di Carl Sagan. Nessuno ha chiamato, nessuno è venuto in visita. Eppure l’universo è pieno di stelle, quasi tutte hanno pianeti, e su alcuni di questi pianeti è sicuramente possibile vivere.

Dove sono tutti quanti? Il fisico italiano Enrico Fermi sarebbe stato il primo a porre questa domanda, nel 1950, e da allora gli scienziati hanno proposto una grande quantità di soluzioni al paradosso che porta il suo nome. Una delle più note è arrivata dallo stesso Sagan, che, insieme a William Newman, in un articolo del 1981 disse che dovevamo solo avere pazienza. Nessuno ci ha visitato perché sono tutti troppo lontani; perché si evolva una specie abbastanza intelligente da inventare viaggi interstellari ci vuole tempo, e altro tempo ancora perché quella specie si diffonda in così tanti mondi. Nessuno è ancora arrivato.

Altri ricercatori hanno sostenuto che la vita extraterrestre potrebbe diventare spaziale solo molto di rado (proprio come sulla Terra è stata una sola specie a diventarlo). Qualcuno sostiene che le specie con buone capacità tecnologiche, quando emergono, si autodistruggono rapidamente. Altri ancora suggeriscono che gli alieni potrebbero averci visitato in passato, o che ci stiano evitando di proposito, essendo abbastanza intelligenti da diffidare di tutti gli altri. Forse la risposta più pessimista è un fondamentale articolo  del 1975, in cui l’astrofisico Michael Hart dichiarò che l’unica ragione plausibile per cui nessuno ci ha visitato è che in realtà là fuori non c’è nessuno.

Enrico Fermi

© ImageSource / AGF

 

Ora arriva un articolo che confuta Sagan e Newman, ma anche Hart, e offre una nuova soluzione al paradosso di Fermi evitando le speculazioni sulla psicologia aliena o l’antropologia.

La ricerca, che è in corso di revisione per la pubblicazione su “The Astrophysical Journal” (qui il pre-print su arXiv.org), suggerisce che una civiltà spaziale non avrebbe bisogno di tutto il tempo ipotizzato da Sagan e Newman per saltare tra i pianeti della galassia, perché i movimenti delle stelle possono aiutare a diffondere la vita.

“Il Sole è stato vicino al centro della Via Lattea 50 volte”, ha detto Jonathan Carroll-Nellenback, astronomo dell’Università di Rochester, che ha condotto lo studio. “I soli movimenti stellari permetterebbero la diffusione della vita su scale temporali molto più brevi rispetto all’età della galassia.” Ma anche se le galassie possono essere completamente colonizzate in tempi abbastanza brevi, la nostra solitudine non è necessariamente paradossale: secondo le simulazioni di Carroll-Nellenback e colleghi, la variabilità naturale significa che a volte le galassie sono colonizzate, ma spesso non lo siano, risolvendo il dilemma di Fermi.

La questione di quanto facilmente possa essere colonizzata la galassia ha avuto un ruolo centrale nei tentativi di risolvere il paradosso di Fermi. Hart e altri hanno calcolato che una singola specie spaziale potrebbe popolare la galassia in pochi milioni di anni, forse anche in soli 650.000 anni. Data la relativa facilità con cui dovrebbero diffondersi, la loro assenza indica che non devono esistere, secondo Hart.

Sagan e Newman sostenevano che ci sarebbe voluto più tempo, in parte perché le civiltà longeve hanno la tendenza a crescere più lentamente. Società con ritmi di crescita più rapidi e violenti potrebbero estinguersi prima di aver potuto toccare tutte le stelle. E’ quindi possibile che siano esistite molte società con una crescita rapida e una vita breve, che poi sono scomparse, o qualche società con un’espansione lenta e una lunga vita, che non sono ancora arrivate, come ha sintetizzato la tesi di Sagan e Newman Jason Wright della Pennsylvania State University, coautore del nuovo studio.

Ma Wright non è d’accordo con nessuna delle due soluzioni. “Così si confonde l’espansione della specie nel suo complesso con la sostenibilità dei singoli insediamenti”, ha detto. “Anche se fosse vero per una specie, l’idea che se si stanno espandendo sono necessariamente di breve durata non è una ferrea legge della xenosociologia”. Dopo tutto, ha osservato, la vita sulla Terra è robusta, “e si espande molto velocemente”.

Nel loro nuovo articolo, Carroll-Nellenback, Wright e i loro collaboratori Adam Frank dell’Università di Rochester e Caleb Scharf della Columbia University, hanno cercato di esaminare il paradosso senza avanzare ipotesi non verificabili. Hanno modellato la diffusione di un “fronte d’insediamento” attraverso la galassia, e hanno scoperto che la sua velocità sarebbe fortemente influenzata dai movimenti delle stelle, che nei lavori precedenti – compresi quelli di Sagan e Newman – erano trattate come oggetti statici.

Il fronte di insediamento poteva percorrere l’intera galassia sulla base dei soli movimenti delle stelle, indipendentemente dalla potenza dei sistemi di propulsione. “C’è molto tempo per una crescita esponenziale che porti sostanzialmente all’insediamento di ogni sistema”, ha detto Carroll-Nellenback.

Allen Telescope Array

L’Allen Telescope Array è uno dei più grandi rediotelescopi usato anche per la ricerca di forme di vita intelligente extraterrestre. (Cortesia Seth Shostak/SETI Institute)

Ma il fatto che non ci siano visitatori interstellari – quello che Hart ha chiamato “Fatto A” – non significa che non esistano, dicono gli autori. Anche se alcune civiltà potrebbero espandersi e diventare interstellari, non tutte durerebbero per sempre. Inoltre, non tutte le stelle sono una meta interessante, e non tutti i pianeti sono abitabili. C’è anche quello che Frank chiama “l’effetto Aurora”, dall’ominimo romanzo di Kim Stanley Robinson, in cui i coloni arrivano su un pianeta abitabile su cui non possono comunque sopravvivere.

Quando Carroll-Nellenback e i suoi coautori hanno incluso nel loro modello questi ostacoli all’insediamento ed effettuato molte simulazioni con diverse densità stellari, semi di civiltà, velocità dei veicoli spaziali e altre variabili, hanno trovato un ampio spazio intermedio tra una galassia silenziosa e vuota e una brulicante di vita. E’ possibile che la Via Lattea sia parzialmente colonizzata o che lo sia saltuariamente; forse gli esploratori ci hanno visitato in passato, ma non ce ne ricordiamo, e si sono estinti. Il sistema solare potrebbe anche essere in mezzo ad altri sistemi colonizzati; è stato solo trascurato dai visitatori per milioni di anni.

Anders Sandberg, futurologo del Future of Humanity Institute all’Università di Oxford, che ha studiato il paradosso di Fermi, ha detto di pensare che le navicelle spaziali diffonderebbero le civiltà più efficacemente dei moti stellari. “Ma il rimescolamento delle stelle potrebbe essere importante”, ha scritto in un’e-mail, “poiché è probabile che diffonda sia la vita, attraverso la panspermia locale [la diffusione dei precursori chimici della vita], sia l’intelligenza, se è davvero così difficile percorrere lunghe distanze”.

Frank pensa che il nuovo articolo dia speranza a chi, come il SETI, cerca forme di vita intelligente. Lui e Wright dicono che ora dobbiamo cercare più intensamente eventuali segnali alieni, cosa che sarà possibile nei prossimi decenni quando telescopi più sofisticati punteranno sulla panoplia degli esopianeti e cominceranno a intravederne le atmosfere.

“Stiamo entrando in un’epoca in cui avremo dati reali rilevanti per la vita su altri pianeti”, ha detto Frank. “Non poteva esserci un momento più rilevante di questo.”

Seth Shostak, un astronomo del SETI Institute che ha studiato il paradosso di Fermi per decenni, pensa che a spiegarlo possa essere da qualcosa di più complesso della distanza e del tempo, come la percezione.

Forse non siamo soli e non lo siamo stati. “I coleotteri nel mio giardino non si accorgono di essere circondati da esseri intelligenti, cioè i miei vicini e me – dice Shostak – ma siamo comunque qui.”


(L’originale di questo articolo è stato pubblicato il 7 marzo 2019 da QuantaMagazine.org, una pubblicazione editoriale indipendente online promossa dalla Fondazione Simons per migliorare la comprensione pubblica della scienza.





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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

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Ai teorici dell’inflazione cosmica la medaglia Dirac 2019 dell’ICTP

Il riconoscimento istituito dal Centro Internazionale di Fisica Teorica “Abdus Salam” di Trieste è andato a Viatcheslav Mukhanov, Alexei Starobinsky e Rashid Sunyaev

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La medaglia e il premio Dirac dell’ICTP di Trieste di quest’anno sono stati assegnati a tre fisici la cui ricerca ha avuto un profondo impatto sulla cosmologia moderna. Viatcheslav Mukhanov (della Ludwig Maximilian University di Monaco), Alexei Starobinsky (del Landau Institute for Theoretical Physics di Mosca) e Rashid Sunyaev (del Max Planck Institute for Astrophysics di Garching in Germania) condividono il riconoscimento per “il loro eccezionale contributo alla fisica della radiazione cosmica di fondo (CMB, dall’inglese “Cosmic Microwave Background”) con implicazioni, confermate dagli esperimenti, che hanno contribuito a trasformare la cosmologia in una disciplina scientifica precisa, combinando la fisica a scala microscopica con la struttura a grande scala dell’universo”.

Tutti e tre i vincitori hanno contribuito durante la loro carriera in maniera significativa alla comprensione dell’Universo primordiale nel contesto della teoria cosmologica dell’inflazione.

Il CMB è una debole radiazione cosmica di fondo che permea tutto lo spazio. Nel modello del Big Bang, il CMB è una radiazione elettromagnetica residua, originata in una fase iniziale dell’universo, che può essere rilevata con un radiotelescopio sufficientemente sensibile. Scoperta per caso nel 1964 da due radioastronomi, Arno Penzias e Robert Wilson, è una delle principali prove della teoria del Big Bang per l’origine dell’universo.

Secondo la teoria cosmologica dell’inflazione, l’universo ha subito un’espansione esponenziale in un tempo estremamente breve, da 10-36 secondi a 10-33 secondi circa dopo la singolarità del Big Bang, detto “epoca dell’inflazione”. A tale fase è seguita un’ulteriore espansione dell’universo, molto più lenta, che continua ancora oggi.

Alexei Starobinsky fu uno dei primi a proporre una teoria dell’inflazione verso la fine degli anni ’70 del secolo scorso che fu poi ulteriormente sviluppata negli anni seguenti, con importanti contributi dagli studi portati avanti da Viatcheslav Mukhanov e da altri negli anni ‘80. Rashid Sunyaev, inoltre, aveva predetto la presenza di picchi acustici nel CMB già negli anni ‘70 e ha poi contribuito largamente agli esperimenti che hanno testato questi modelli. La teoria dell’inflazione è tuttora considerata uno dei contributi più rilevanti all’astrofisica e alla cosmologia moderne poiché non solo spiega molte proprietà dell’universo come lo conosciamo, come ad esempio il fatto che sia uniforme e piatto, ma fornisce anche una teoria per le fluttuazioni primordiali, che nessun altro modello ha ancora spiegato. Nel quadro della relatività generale e della teoria quantistica dei campi, la teoria dell’inflazione descrive queste fluttuazioni come derivanti da effetti quantistici su scala microscopica che hanno effetti macroscopici su scala cosmica, visibili nella formazione della struttura a grande scala dell’universo.

Le previsioni teoriche derivate da questo modello sono state confermate da numerosi esperimenti e hanno contribuito notevolmente alla cosmologia moderna.

“I calcoli sulle perturbazioni della densità primordiale rappresentano uno dei traguardi più belli della fisica teorica, poiché forniscono informazioni importanti sulle nostre origini e lo fanno con uno spettacolare accordo con gli esperimenti”, ha spiegato il direttore dell’ICTP Fernando Quevedo. “Gli importanti contributi apportati a questo campo dai tre vincitori sono in linea con gli alti standard della medaglia Dirac”.

“Il valore del loro lavoro si misura non solo dalla precisione delle loro previsioni” ha aggiunto Ravi Sheth, Staff Associate all’ICTP, “ma anche dal profondo impatto che il loro lavoro – e loro stessi – hanno avuto su intere generazioni di cosmologi.”

Da sinistra verso destra: Mukhanov, Starobinsky, Sunayev

Chi sono i vincitori

Viatcheslav Mukhanov è noto per la teoria dell’origine quantistica della struttura dell’universo. Nel 1981, mentre lavorava nell’Istituto Lebedev di Mosca, Mukhanov, in collaborazione con Gennady Chibisov, ha scoperto il meccanismo per la generazione di perturbazioni scalari della metrica spazio-temporale in un modello di inflazione cosmica inizialmente proposto da Starobinsky. Numerosi esperimenti di misurazione delle fluttuazioni di temperatura del CMB hanno confermato poi la sua previsione teorica che galassie e ammassi di galassie derivino da fluttuazioni quantistiche iniziali. Nel 1985 ha sviluppato ulteriormente un rigoroso formalismo per descrivere le perturbazioni della densità in molti modelli inflazionistici.

Alexei Starobinsky è considerato, insieme ad Alan Guth e Andrei Linde, un pioniere e uno dei principali formalizzatori della teoria dell’inflazione cosmica. Nel 1979 predisse l’esistenza di onde gravitazionali come conseguenza di ciò che successivamente si sarebbe chiamato inflazione.
Starobinsky in seguito propose una specifica versione dell’inflazione cosmica, che è ancora la più perfettamente coerente con le attuali osservazioni. Ha inoltre scritto uno dei primi articoli in cui siano state calcolate le perturbazioni della densità in uno dei più promettenti modelli di inflazione, detto “modello di inflazione slow-roll”. Ha sviluppato infine il formalismo dell’inflazione “stocastica”, un modello di inflazione più realistico rispetto ai precedenti.

Rashid Sunyaev ha portato contributi rivoluzionari ai campi della cosmologia fisica e dell’astrofisica ad alta energia. Nel 1970 predisse, insieme a Yakov Zeldovich, l’esistenza di picchi acustici nel CMB. Questi possono essere visti come gli elementi di un pattern nel cielo del CMB che evidenziano la sua stessa disomogeneità. Hanno inoltre predetto la diminuzione della luminosità del CMB in direzione di densi ammassi di galassie, fenomeno ora noto come effetto Sunyaev-Zeldovich. Questa scoperta rende possibile l’uso degli ammassi di galassie come potente strumento di osservazione cosmologica. È infatti il migliore strumento che abbiamo ancora oggi per misurare l’abbondanza e il movimento degli ammassi di galassie più lontani.

Cos’è la medaglia Dirac

Assegnata per la prima volta nel 1985, la Medaglia Dirac dell’ICTP è nata in onore di P.A.M. Dirac, uno dei più grandi fisici del XX secolo e un fedele amico del Centro. Il premio viene assegnato ogni anno il giorno del compleanno di Dirac, l’8 agosto, a scienziati che hanno dato un contributo significativo alla fisica teorica. La cerimonia di premiazione, durante la quale i tre vincitori terranno dei seminari sul loro lavoro, avrà luogo entro la fine dell’anno.





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La più ampia mappa della Via Lattea in 3D

Il modello, basato su misurazioni dirette delle distanze di stelle variabili, arriva fino a circa 75.000 anni luce dal sistema solare e mostra la deformazione del disco galattico

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L'Osservatorio di Varsavia sullo sfondo della Via Lattea (K Ulaczyk/J Skorow/OGLE/Astronomical Observatory, University of Warsaw)

Il nostro posto tra le stelle non è mai stato così chiaro e ben definito, anche alla scala dimensionale più ampia: una collaborazione internazionale guidata da Dorota Skowron dell’Università di Varsavia, in Polonia, presenta su “Science” la più ampia mappa tridimensionale della Via Lattea mai realizzata finora. Il risultato conferma che il disco galattico non è piatto, ma appare deformato già a partire da metà circa del suo raggio e si deforma sempre di più procedendo verso i bordi.

Il metodo usato da Skowron e colleghi è basato sull’osservazione delle variabili Cefeidi, stelle pulsanti che cambiano la loro luminosità con un periodo variabile tra 1 e 100 giorni. Si tratta di stelle fondamentali in astronomia perché misurandone la luminosità apparente è possibile determinarne la distanza con un’accuratezza inferiore al 5 per cento.

Il profilo del disco galattico, secondo il modello di Skowron e colleghi: sono visibili i bordi deformati (J Skowron/OGLE/Astronomical Observatory, University of Warsaw)


Il dato fondamentale che ha aperto la strada alla mappa è che il numero di variabili Cefeidi note della galassia è doppio rispetto a pochi anni fa grazie ai risultati della quarta fase del progetto OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment), un vasto censimento delle stelle variabili che si trovano nel disco galattico e nel centro galattico. Skowron e colleghi ne hanno analizzate 243, molte delle quali sono proprio sul bordo della galassia, determinadone la distanza. Hanno realizzato così un modello tridimensionale della Via Lattea, arrivando fino a circa 75.000 anni luce di distanza dal sistema solare e coprendo così la maggior parte della galassia.

Da questa mappa emergono la forma a “S” della Via Lattea – o, in termini più scientifici, a spirale barrata – nota fin dagli anni cinquanta, e il disco stellare con gli estremi ricurvi in versi opposti, a partire da 25.000 anni luce dal nucleo centrale, come già dedotto da altri studi astronomici.

Gli autori sottolineano tuttavia che è la prima volta che queste informazioni vengono ricavate con misurazioni dirette di distanze di singole stelle, e non mancano le novità: la deformazione è molto più pronunciata del previsto. Secondo i ricercatori, è stata causata dall’interazione gravitazionale con galassie vicine (come le Nubi di Magellano), con il mezzo interstellare di polveri e gas o con la materia oscura, la misteriosa essenza dell’universo che non si può osservare direttamente ma fa sentire la sua presenza attraverso gli effetti gravitazionali.

Completata la mappa, gli autori pensano già di renderla più particolareggiata. I prossimi sforzi di ricerca saranno perciò dedicati a un’altra categoria di stelle pulsanti, le RR Lyrae. Presenti nella galassia da molto più tempo delle Cefeidi, potranno fornire dati sulla parte più antica della galassia e sulla sua evoluzione.





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Come denunciare i crimini ambientali e i trafficanti di specie protette con un’app

Grazie ad apposite app, oggi chiunque può contribuire a combattere il traffico illegale di piante e animali selvatici, un mercato da 23 miliardi di dollari in mano a criminali senza scrupoli

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(foto: Getty Images)

I crimini ambientali non vanno in vacanza. Se perciò avete scelto di godervi l’estate in qualche paese esotico, sappiate che potrebbe capitarvi di essere testimoni, o persino complici involontari, del traffico di specie selvatiche. È difficile che possiate sorprendere un bracconiere in azione, ma qualcuno potrebbe cercare di vendervi un monile in avorio o una conchiglia protetta dalle leggi internazionali. Potreste persino incappare in qualche specie a rischio scorrendo il menù del ristorante.

Accade più spesso di quanto si possa immaginare, al punto che Traffic, la più importante associazione internazionale contro il commercio di piante e animali selvatici, ha creato l’app Wildlife Witness per aiutare i turisti a segnalare i crimini in cui possono imbattersi durante un soggiorno all’estero.

Nel denunciare le malefatte, ogni particolare può rivelarsi utile per incastrare i trafficanti: l’app consente di segnalare giorno, ora e luogoesatto in cui è avvenuto il presunto reato, oltre a una descrizione delle specie coinvolte, o meglio ancora una fotografia che consenta agli investigatori di identificarle.

Gli altri strumenti per fare una soffiata

Già nel 2014 un manipolo di organizzazioni ecologiste aveva dato vita a WildLeaks, la prima piattaforma online per denunciare in forma anonima i reati contro la fauna selvatica e le foreste, aggirando quel muro di omertà e complicità che spesso permette alle organizzazioni criminali di agire indisturbate.

Con la diffusione degli smartphone le iniziative si sono moltiplicate. Le prime app sono state sviluppate per aiutare doganieri del sud-est asiatico (il principale mercato per il traffico illegale di piante e animali) a riconoscere le specie protette o i prodotti derivati in modo rapido e accurato. Nel 2011 in Cina è stata lanciata Wildlife Guardian, mentre dal 2012 in Vietnam e in altri paesi asiatici è disponibile WildScan.

Poiché leggi e natura dei reati variano su scala regionale, oggi sono disponibili app analoghe in diversi paesi, che spesso possono essere usate anche dai cittadini, come avviene in Canada con l’app Conservationdiffusa dalla British Columbia Wildlife Federation (Bcwf).

Le app hanno il vantaggio di funzionare anche offline, una caratteristica essenziale se ci si trova in luoghi remoti: le informazioni raccolte saranno quindi inviate automaticamente alle autorità non appena sarà disponibile una connessione.

Massima prudenza

Le associazioni impegnate nella conservazione ambientale raccomandano però la massima prudenza. Non va infatti dimenticato che il traffico illegale di specie selvatiche crea un giro d’affari che arriva a 23 miliardi di dollari all’anno ed è gestito da pericolose organizzazioni criminali. L’insieme dei reati ambientali genera introiti che superano i 200 miliardi di dollari, più o meno l’equivalente del traffico mondiale della droga.

Per questo si suggerisce di non mettersi mai a discutere con i presunti trafficanti e di prestare molta attenzione quando si scattano fotografie. Nei casi più gravi, è meglio rimandare la denuncia a quando si è fatto ritorno a casa.

In molti Paesi, del resto, difendere l’ambiente è un’attività sempre più rischiosa: nel rapporto annuale appena pubblicato dall’organizzazione non governativa Global Witness si legge che nel 2018 sono stati uccisi ben 164 ambientalisti (una media di tre alla settimana), a cui si aggiungono innumerevoli episodi di intimidazione, violenza e arresti illegali.

Gli ecoreati in Italia

Per iniziativa del Ministero dell’Ambiente presto dovrebbe diventare possibile segnalare i reati al patrimonio ambientale italiano compilando un modulo online che sarà presente sui siti web dell’Istituto superiore per la protezione e la ricerca ambientale (Ispra) e delle Agenzie regionali per la protezione ambientale (Arpa), che oggi è possibile contattare solo per mail o per telefono.

Nel frattempo c’è chi, come i Rangers d’Italia, un’associazione ambientalista riconosciuta dal ministero dell’Ambiente, si è già organizzato per suo conto dotandosi dell’app Ecoreati Puglia per consentire ai cittadini di segnalare gli illeciti ambientali commessi in Puglia.

Secondo l’ultimo rapporto sulle ecomafie di Legambiente, il 2017 è stato un anno record per i crimini ambientali commessi in Italia, che generano un fatturato di oltre 14 miliardi di euro. Nel nostro paese i delitti ambientali riguardano soprattutto il traffico illecito di rifiuti, a cui si aggiungono gli abusi edilizi, i reati commessi nel settore agroalimentare e quelli a danno della biodiversità.

L’App WildLeaks per Android ed Jos Apple sono scaricabili da qui (link ad Apple Store e Google Play) . Su entrambi i sistemi l’App è totalmente gratuita.





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