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Fisica

Vivere vicino a un buco nero supermassiccio

In linea teorica, intorno ai buchi neri – compresi quelli supermassicci che si trovano al centro della maggior parte delle galassie – potrebbero esistere dei pianeti, e persino dei pianeti che ospitano forme di vita. Sarebbe pericoloso, ovviamente, ma potrebbe anche essere divertente!

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Cortesia NASA/JPL-Caltech

Fin dagli anni novanta sappiamo che ci sono pianeti intorno alle pulsar, oggetti straordinariamente densi nati da violente esplosioni delle stelle. È quindi ragionevole supporre che i pianeti possano esistere anche intorno ai buchi neri: i quali, e questo forse sorprenderà molte persone, in effetti hanno un impatto sull’ambiente molto più debole rispetto alle pulsar.

È anche possibile che su alcuni di questi pianeti si possa formare la vita, dato che sulla Terra gli organismi si sono adattati a condizioni estreme, tra cui calore estremo, freddo gelido, ambienti acidi, altamente salati e persino radioattivi.

Pianeti abitati potrebbero esistere vicino ai buchi neri supermassicci che si trovano al centro della maggior parte delle galassie. La nostra galassia, la Via Lattea, ospita un buco nero la cui massa è pari a quella di quattro milioni di stelle. Conosciuto come Sgr A* (Sgr sta per Sagittarius), la sua orbita circolare stabile più interna (ISCO, Innermost stable circular orbit) ha approssimativamente le dimensioni dell’orbita di Mercurio intorno al nostro Sole.

Allora, come sarebbe la vita su un pianeta del genere?

Prima di affrontare i molti rischi per la salute della vita in prossimità di un buco nero, dovremmo considerare i benefici. Se le civiltà si formano o migrano nelle vicinanze dei buchi neri, cosa potrebbero fare per divertimento e per profitto? Mi vengono in mente le seguenti 10 attività principali:

– Usare il buco nero come fonte di energia pulita scaricando rifiuti attraverso il disco di accumulazione della materia che gli gira intorno. Nel caso di un buco nero che ruoti molto velocemente, sarebbe possibile convertire in radiazione fino al 42 per cento della massa a riposo di questo “cestino della spazzatura”, purché sia situato in corrispondenza dell’orbita circolare stabile più interna.

– Accoppiare qualche dispositivo ingegnerizzato allo spin del buco nero, come un gigantesco volano da cui poter ricavare l’energia di spin.

– Navigare con vele a radiazione su jet relativistici a velocità che si avvicinano a quelle della luce.

– Prolungare la giovinezza visitando saloni di bellezza prossimi all’orizzonte del buco nero, dove il tempo scorre più lentamente a causa del redshift gravitazionale.

– Vedere lo spettacolo dell’intero universo come immagine riflessa e distorta delle lenti gravitazionali intorno al buco nero.

– Installare un parco giochi presso la cosiddetta “sfera fotonica”, dove ci si può divertire con effetti relativistici, come vedersi da dietro guardando dritto in avanti mentre la luce gira intorno al buco nero.

– Sfruttare nuove opportunità per i viaggi spaziali. Per esempio, quando tra miliardi di anni la Via Lattea e la sua galassia sorella Andromeda si fonderanno, i due buchi neri al loro centro si accoppieranno in uno stretto sistema binario, che dovrebbe agire come una fionda gravitazionale ed espellere stelle o pianeti alla velocità della luce. Le agenzie di viaggio possono offrire biglietti per corse eccezionali su pianeti espulsi che attraversano l’intero universo.

– Usare il buco nero come la prigione definitiva, condannando i criminali al confino e alla morte nella singolarità. La massa del buco nero determinerebbe il tempo che rimane da vivere ai prigionieri. Minore è il loro crimine, più massiccio dovrebbe essere il buco nero, permettendo di allungare la vita residua dei criminali una volta attraversate le “pareti della prigione” costituite dall’orizzonte del buco nero.

– Utilizzare per le comunicazioni le onde gravitazionali provenienti da piccoli oggetti in orbita intorno al buco nero. Quei segnali non possono essere bloccati da alcuna forma nota di materia.

– Testare aspetti fondamentali della gravità quantistica attraverso viaggi organizzati di scienziati sperimentali esperti in fisica delle stringhe.

Il pericolo principale per gli astronauti che tentano di eseguire queste attività deriva dalle maree gravitazionali. Come ha notato Albert Einstein nel suo famoso esperimento mentale, a chi si trova all’interno di un ascensore o di una navicella spaziale in caduta libera sembra di non avere alcuna gravità. Ma qualsiasi differenza nell’accelerazione gravitazionale tra la testa e le dita dei piedi, che misura la curvatura dello spazio-tempo, potrebbe strappare il corpo.

Quelle maree imporrebbero una condanna a morte nelle vicinanze di un buco nero di massa stellare, ma non rappresentano una minaccia per il corpo umano nell’ambiente molto più esteso intorno a un buco nero supermassiccio, come Sgr A*.

Un sistema binario dibuchi neri. (Cortesia NASA)

 

Di conseguenza, la densità della materia necessaria per fare un buco nero si scala linearmente con la sua curvatura spaziotemporale. I buchi neri di bassa massa si formano attraverso il collasso del nucleo di una stella massiccia a densità di gran lunga superiori a quelle di un nucleo atomico. Ma per fare un buco nero supermassiccio, che è molto più rarefatto, è sufficiente riempire l’orbita di Giove con acqua liquida.

Per quanto semplice possa sembrare questo progetto di ingegneria, non è affatto pratico, poiché richiede circa 100 milioni di masse solari di acqua. E il calore generato durante il versamento dell’acqua brucerebbe tutti gli impianti associati.

Infatti, il calore liberato dai buchi neri supermassicci costituisce una minaccia esistenziale per le civiltà che risiedono vicino ai centri delle galassie. In un articolo con John Forbes, abbiamo dimostrato che una frazione significativa di tutti i pianeti dell’universo è vulnerabile alla perdita delle loro atmosfere o alla bollitura dei loro oceani per il fatto di essere stati vicini a un nucleo galattico attivo durante la loro vita.

Per la prima volta nella storia dell’umanità, ora abbiamo la tecnologia per raffigurare le sagome dei buchi neri supermassicci al centro della Via Lattea e della galassia ellittica gigante M87 sullo sfondo del gas incandescente alle loro spalle. Le prime immagini di questo tipo dovrebbero essere pubblicate entro la fine dell’anno.

In una conferenza al convegno del 2018 della Black Hole Initiative di Harvard, un centro interdisciplinare dedicato allo studio dei buchi neri, ho suggerito che i futuri progressi nella propulsione spaziale potrebbero permetterci di organizzare una gita verso un buco nero vicino. Questa sarà una grande opportunità per dedicarsi ad alcune delle suddette attività, e forse anche per scambiare informazioni sulla gravità quantistica con un turista di altre civiltà che potrebbe essersi già accampato là fuori.


(L’originale di questo articolo è stato pubblicato su “Scientific American” l’11 marzo 2019





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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

Dal 2020 la Stazione spaziale internazionale sarà anche una meta turistica

Secondo i piani della Nasa, dal 2020 le aziende private potranno trasportare i turisti sulla Stazione spaziale internazionale. In questo modo l’agenzia spaziale spera di ridurre le enormi spese di gestione

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foto NASA

La prossima vacanza che farete? Pensateci bene, e soprattutto guardate bene il vostro portafogli, perché dal prossimo anno, nel ventaglio delle mete turistiche ci potrebbe essere anche una sorpresa spaziale. Nei giorni scorsi, infatti, la Nasa ha annunciato che dal 2020 aprirà le porte della Stazione spaziale internazionale (Iss) per attività commerciali e missioni private, ovvero ai turisti. Il costo del biglietto? Si aggirerà intorno ai 50 milioni di dollari, a cui se ne devono aggiungere altro 35mila a notte. Un prezzo astronomico, che non considera inoltre le spese per cibo, acqua e utilizzo di altre strutture della stazione spaziale, durante il soggiorno.

“La Nasa sta aprendo la Stazione Spaziale Internazionale a opportunità commerciali come mai prima”, ha riferito Jeff DeWi, il Chief Financial Officer della Nasa, in una dichiarazione fatta durante una conferenza a New York. Infatti, ci saranno, secondo i piani della Nasa, due brevi missioni private all’anno della durata di massimo 30 giorni, ha dichiarato Robyn Gatens, vice direttore della Iss, durante le quali un totale di 12 astronauti potranno visitare la parte della stazione spaziale che compete alla Nasa. Mentre le attività di ricerca scientifica dell’agenzia spaziale russa Roscosmos, europea Esa, giapponese Jaxa e canadese Csa-Asc continueranno indisturbate.

Ricordiamo che in passato l’agenzia spaziale russa aveva già dato inizio a qualche attività commerciale: per esempio, a salire sulla Iss come primo turista spaziale fu l’imprenditore statunitense Dennis Tito, che partì nel 2001 verso la stazione spaziale con un biglietto del costo di 20 milioni di dollari. Questa volta, i turisti saranno traghettati verso la stazione esclusivamente dalle due aziende statunitensi che attualmente stanno sviluppando dei “taxi spaziali”: SpaceX, con la sua capsula Crew Dragon e Boeing, con il veicolo Starliner (che dovrebbero essere pronti entro la fine di quest’anno). A entrambe le aziende, poi, sarà dato anche il compito di scegliere gli astronauti. Solamente il viaggio verso la Iss, precisiamo, costerà circa 58 milioni di dollari per un biglietto di andata e ritorno.

L’idea della Nasa è di sviluppare e incentivare il turismo spaziale nella speranza di vedere il settore privato conquistare la Iss. “Vogliamo essere presenti come inquilini, non come proprietari”, ha dichiarato l’amministratore della Nasa Jim Bridenstine ad aprile scorso. Come vi avevamo raccontato lo scorso anno, infatti, l’amministrazione di Trump sta cercando di privatizzare la parte statunitense della Iss, mettendo fine ai finanziamenti federali per la stazione dal 2024, anno in cui finirà teoricamente il piano di sovvenzione pubblica alla Iss. Da quell’anno, il governo statunitense potrebbe avviare un piano per vendere la stazione a privati. “La decisione di mettere fine al sostegno federale alla Iss nel 2024non significa che la piattaforma stessa sarà messa fuori orbita in quel momento, è possibile che l’industria possa continuare a gestire determinati elementi o funzionalità dell’Iss come parte di una futura piattaforma commerciale, aveva riferito la Nasa.





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Una scoperta matematica grazie a The Big Bang Theory

Un’affermazione di Sheldon Cooper in un episodio della popolare serie televisiva ha dato da pensare ai teorici dei numeri… e li ha portati a scoprire una nuova proprietà dei numeri primi

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© Photomovie

Il 73° episodio della sitcom statunitense The Big Bang Theory è da tempo considerato speciale dai matematici. “Qual è il numero migliore?”, chiede a un certo punto Sheldon Cooper. “È il 73”, si risponde da solo il fisico, geniale ma inetto nella vita quotidiana.

Il ragionamento di Sheldon è un invito a nozze per gli appassionati di numeri: “Il 73 è il 21° dei numeri primi. Il suo speculare, il 37, è il 12°, e il suo speculare, il 21, è il prodotto – e qui vi consiglio di reggervi forte – di 7 per 3”. L’osservazione fa solo ridere gli altri personaggi della serie e molti spettatori, ma ha dato da pensare ai matematici professionisti: ci sono altri “numeri primi di Sheldon” che hanno le stesse proprietà?

Insieme al collega Christopher Spicer del Morningside College, in Iowa, il teorico dei numeri Carl Pomerance del Dartmouth College, nel New Hampshire, ora ha trovato una risposta: 73 è in realtà l’unico numero primo che soddisfi i criteri stabiliti da Sheldon, scrivono i ricercatori in un articolo uscito di recente su “American Mathematical Monthly”.

Nel 2015, qualche tempo dopo la trasmissione di quell’episodio di The Big Bang Theory, Spicer, insieme a due colleghi, ha dato una definizione formale: un numero pn è un numero primo di Sheldon se è l’n-esimo numero primo e se è il prodotto delle cifre di n e se il numero riflesso specularmente rev(pn) è il rev(n)-esimo numero primo prev(n). Per dirla in modo un po’ più comprensibile, vuol dire che per il xyz-esimo numero primo abcd deve valere che a · b · c · d = xyz e, inoltre, che dcba è lo zyx-esimo numero primo. Quando i tre ricercatori hanno esaminato se qualcuno dei primi dieci milioni di numeri primi soddisfacesse queste proprietà, hanno scoperto che l’unico era il 73. Hanno quindi formulato la congettura che ci fosse un unico primo di Sheldon.

La dimostrazione completa data da Pomerance e Spicer ha richiesto ancora qualche anno. In una prima fase i due matematici hanno dimostrato che non può esistere un primo di Sheldon maggiore di 1045. Sono giunti a questa conclusione grazie al noto teorema dei numeri primi risalente al 1896, che dà il minimo numero di numeri primi contenuti in un dato intervallo di numeri. La condizione che il prodotto di tutte le cifre di un primo di Sheldon pn dia il numero n non può valere per numeri che siano maggiori di 1045. In questo caso, infatti, per il il teorema dei numeri primi il numero n dei numeri primi contenuti nell’intervallo [2, pn], è sempre maggiore del prodotto delle cifre di pn.

Questo passaggio è il punto cruciale dell’articolo. Anche se 1045 è un numero di grandezza inimmaginabile grande, è comunque un numero finito e quindi in teoria è possibile passare in rassegna sistematicamente tutti i numeri primi tra 2 e 1045 con un computer per cercare altri numeri primi di Sheldon. Certo, anche qui serve qualche trucco: far girare un algoritmo su numeri con 45 cifre rappresenta una sfida anche per il miglior hardware. Quindi Pomerance e Spicer hanno limitato ancor più gli aspiranti primi di Sheldon facendo uso delle proprietà richieste e usando delle formule di approssimazione per trovare con un integrale un valore approssimato di numeri primi enormi; così facendo hanno progressivamente escluso i vari possibili primi di Sheldon, fino a far rimanere solo il 73.

David Saltzberg, consulente scientifico di The Big Bang Theory, venuto a sapere della dimostrazione trovata dai due matematici, ha deciso di render loro omaggio in un episodio andato in onda nell’aprile 2019: in una scena si vede sullo fondo una lavagna con dettagli dei calcoli dall’articolo di Pomerance e Spicer. Come riferisce un comunicato del Dartmouth College, Pomerance ha esclamato: “È come uno spettacolo nello spettacolo”. “Non ha nulla a che fare con la trama dell’episodio e si vede a malapena sullo sfondo. Ma se uno sa che cosa cercare, ecco il nostro articolo!”


L’originale di questo articolo è stato pubblicato su “Spektrum.de” il 17 maggio 2019





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Com’è Space Rider, il prossimo “accessorio” a salire a bordo di un razzo Vega

Un laboratorio orbitante che, una volta esaurito il suo scopo, può rientrare a Terra senza inquinare il cosmo. Il suo funzionamento, spiegato in un’animazione

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Potremmo definirlo il coltellino svizzero delle prossime missioni di esplorazione spaziale. Si chiama Space Rider e consiste in un insieme di dispositivi fatti apposta per lavorare nelle basse orbite, e quindi attorno alla Terra, come un vero e proprio laboratorio multifunzione in condizioni di microgravità.

Montato sui razzi Vega, i lanciatori di ultimissima generazione che portano i orbita i satelliti, il sistema è progettato per tornare al suolo dopo ogni missione, ed è quindi riutilizzabile e non produce spazzatura spaziale. Nel video possiamo scoprire com’è fatto da vicino.





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