La natura granulare dello spazio-tempo


costante-di-plank


La natura granulare dello spazio tempo è stata tirata in ballo quando si pensava che i neutrini viaggiassero a velocità superiori a quella della luce. Cosa poi smentita.
Si era pensato che il vuoto in realtà è formato da granuli di punti a formare una specie di rete. I neutrini nel percorrere lo spazio salterebbero da un granulo all’altro. E così facendo avrebbero superato la velocità della luce.

La giustificazione di questi granuli sarebbe compresa nella teoria quantistica, ovvero dell’estremamente piccolo. Nell’infinitamente piccolo prevalgono i fenomeni discreti. La realtà è composta da quantità unitarie della materia.
Qualsiasi oggetto solido è composto da atomi e tra gli atomi si interpone uno spazio vuoto. A loro volta gli atomi sono composti da particelle subatomiche. Si tratta di grandezze fisiche quantizzate.

La costante di Planck (6.6*10-34 metri) è la più piccola quantità fisica. Questa quantità potrebbe essere rappresentata come un punto, un granulo. In pratica è la dimensione minima dello spazio per vedere gli effetti della quantizzazione.

Alla dimensione della costante di Planck anche lo spazio diventa granulare e si trasforma in un punto. Essendo lo spazio collegato al tempo, secondo questa ipotesi esiste un’unità minima dello spazio-tempo (granulo di spazio-tempo) al di sotto del quale non è possibile andare

Lo spazio quindi non sarebbe altro che una infinita quantità di granuli ravvicinati e intervallati da spazi vuoti in cui non esiste spazio e tempo.
In definitiva lo spazio non sarebbe “liscio”, ma formato da granuli, puntini, della grandezza di Planck.
Se questa teoria fosse confermata sarebbe un punto di partenza per collegare la realtà continua della fisica classica con la realtà discreta di quella quantistica.

Pubblicato in Astrofisica, Fisica, I misteri dell'universo | Contrassegnato , | 6 commenti

L’Universo in espansione: 3) Il Foglio Galattico

laniakea5

Mentre l’universo si sta espandendo le galassie si attraggono reciprocamente. Questa differenza di movimento è chiamata “velocità peculiare”.

Andromeda si trova a 2,5 milioni di anni luce da noi e corre verso di noi a una velocità peculiare di 110 chilometri al secondo. Fra circa 4 miliardi di anni si scontrerà frontalmente con la Via Lattea e trasformerà entrambe le galassie in un unico ellissoide uniforme di vecchie stelle rosse.
La Via Lattea, Andromeda e una cinquantina di altre galassie che compongono il Gruppo Locale formeranno un gruppo la cui relativa gravità vincerà la battaglia contro l’espansione cosmica in quella regione che sta collassando.

Foglio Locale
Appena al di là del Gruppo Locale, in un raggio di circa 25 milioni di anni luce, si cominciano a distinguere tre strutture caratteristiche. Qui la maggior parte delle galassie, compresa la nostra si trova in quello che con poca fantasia è stato chiamato il Foglio Locale. Come implica la parola «foglio», è molto sottile; la maggior parte delle sue galassie si trova entro 3 milioni di anni luce da questa struttura, che a sua volta coincide con il piano equatoriale del cosiddetto sistema di coordinate supergalattico.

Vuoto Locale
Al di sotto di questo piano, dopo uno spazio vuoto, c’è un filamento di galassie – lo Sperone del Leone – insieme ad altre galassie nelle nubi dette della Macchina Pneumatica.
Al di sopra di questo piano non c’è praticamente nulla. Questo spazio sgombro è il regno del Vuoto Locale.

Il vuoto locale è una parte di spazio ampio circa 150 milioni di anni luce che sembra essere curiosamente privo di galassie. Gli astronomi, utilizzando Hubble, hanno scoperto che il vuoto di questa regione ha un certo effetto sullo spazio intorno a noi.

Al di sotto del Foglio Locale, anche le galassie delle nubi della Macchina Pneumatica e di Doradus e quelle dello Sperone del Leone hanno velocità peculiari limitate, ma si avvicinano molto rapidamente al Foglio Locale.
Probabilmente il colpevole è il Vuoto Locale: i vuoti si espandono come palloncini che si gonfiano, e la materia si sposta dalle regioni a densità minore della media a quelle a densità maggiore, ammucchiandosi ai loro confini. Si è capito che il Foglio Locale è una parete del Vuoto Locale e che questo vuoto si espande e ci spinge verso il basso, in direzione della Macchina Pneumatica, di Doradus e del Leone.

Ammasso della Vergine
Allontanandoci ulteriormente incontriamo l’Ammasso della Vergine, che contiene galassie in una quantità corrispondente a 300 Gruppi Locali, compressi in un volume del diametro di 13 milioni di anni luce.
Queste galassie sfrecciano a velocità dell’ordine di 700 chilometri al secondo, e tutte quelle che si trovano entro 25 milioni di anni luce dall’esterno dell’ammasso vi cadono dentro e ne entreranno a far parte entro 10 miliardi di anni. L’intero dominio dell’Ammasso della Vergine, cioè la regione di spazio che finirà col catturare, si estende attualmente a un raggio di 35 milioni di anni luce; la cosa interessante è che la nostra Via Lattea, a una distanza di 50 milioni di anni luce, si trova appena al di fuori di questo raggio di cattura.

Superammasso Locale
La regione più ampia attorno all’Ammasso della Vergine che arriva fino a dove ci troviamo noi è detta Superammasso Locale.
Non è solo la Via Lattea a muoversi a centinaia di chilometri al secondo in direzione del Centauro, ma l’intero Superammasso Locale. Hanno chiamato Grande Attrattore la massa misteriosa che attira tutte queste galassie insieme.

Il Grande Attrattore
Da molti punti di vista il Grande Attrattore non è poi così misterioso: la densità della materia in quella direzione del cosmo è ovviamente elevata perché contiene sette ammassi paragonabili a quello della Vergine all’interno di una sfera di 100 milioni di anni luce di diametro. Tre dei maggiori ammassi si chiamano Regolo, Centauro e Idra.

Immaginando Laniakea come una città, la zona più trafficata sarebbe la regione del Grande Attrattore; come per certi nuclei urbani, è difficile definirne esattamente il centro, ma con buona approssimazione lo possiamo porre da qualche parte tra gli ammassi del Regolo e del Centauro.
Questo posizionamento mette la nostra Via Lattea all’estrema periferia, vicino al confine con un superammasso adiacente detto Perseo-Pesci, tanto vicino su scala cosmica che possiamo studiare in dettaglio il mezzo miliardo di anni luce della sagoma a goccia, vagamente rotonda, di Laniakea. Complessivamente, i confini di Laniakea comprendono, fra materia normale e oscura, una massa equivalente a circa 100 milioni di miliardi di soli.

Aldilà di Laniakea
Gli astronomi intravedono da decenni le sagome di quello che si stende al di là di Laniakea. Poco dopo la scoperta del Grande Attrattore, dalle tenebre intergalattiche è emerso qualcosa di ancora più grande: esattamente dietro la regione del Grande Attrattore, ma a una distanza tre volte maggiore, c’è un mostruoso accumulo di ammassi, il più denso noto nell’universo locale.

Incidentalmente, come il Foglio Locale, anche l’Ammasso della Vergine e la fascia principale del Superammasso Locale, nonché il Grande Attrattore e il Superammasso di Shapley, giacciono tutti sull’equatore supergalattico.
Immaginiamo un’immensa crêpe fatta di superammassi galattici.

Conclusione
E allora qual è la causa della velocità peculiare di 600 chilometri al secondo del nostro Superammasso Locale?
In una certa misura il responsabile deve essere il complesso del Grande Attrattore, ma dobbiamo anche considerare l’attrazione gravitazionale del Superammasso di Shapley, che è a una distanza tre volte maggiore ma contiene un numero quadruplo di ricchi ammassi.
Ora, secondo il compendio Cosmicflows-2 – lo stesso catalogo che ha rivelato Laniakea – c’è dell’altro. Le velocità peculiari delle 8000 galassie del catalogo mostrano un flusso coerente verso il Superammasso di Shapley, flusso che comprende l’intero volume del catalogo Cosmicflows, 4 miliardi di anni luce da un estremo all’altro. Questo è quanto? Non lo sappiamo. Solo indagini ancora più ampie, che censiscano distese ancora più vaste del cosmo, potranno rivelare la fonte ultima – e la struttura ultima – alla base all’epico fluire di galassie del nostro universo locale.

(Le Scienze)

Pubblicato in Astronomia, I misteri dell'universo, Universo | Contrassegnato , , , , , | 2 commenti

L’Universo in espansione: 2) I flussi delle galassie

laniakea4

L’intero superammasso Laniakea, sta convergendo portandosi dietro tutta la sua dote di galassie tra cui la nostra Via Lattea verso un punto dello spazio denominato il Grande Attrattore.

Cosa sia in realtà questo Grande Attrattore non è chiaro. Certamente è una regione dello spazio che sta esercitando una poderosa forza attrattiva gravitazionale equivalente a un milione di miliardi di Soli. La Via Lattea, in particolare, si sta muovendo in quella direzione a più di due milioni di chilometri all’ora.
In quella regione del Grande Attrattore sono presenti alcuni cluster, o superammassi, di galassie, ma la loro massa complessiva non è in alcun modo sufficiente a giustificare un fenomeno del genere.

Anche se complessivamente queste strutture non hanno una massa sufficiente a spiegare il Grande Attrattore (una galassia media contiene un centinaio di miliardi di stelle) la loro scoperta fa supporre che si sia sulla strada giusta e che ulteriori ricerche in quella porzione del cielo permetteranno di spiegare completamente la misteriosa anomalia.

Tutto questo convogliare di stelle, galassie verso una direzione è chiamato “flusso delle galassie”, come se seguissero una strada, un percorso obbligato.

Ma allora – penserete – non è poi così vero che le galassie si stiano allontanando l’una dall’altra e che l’universo sia in espansione.

Giusta osservazione. Ed ecco che ritorniamo al punto di partenza di questo articolo: ovvero alla scoperta che la maggior parte delle galassie non si stanno separando alla velocità che ci aspettavamo nel caso in cui l’unica forza in gioco fosse l’espansione.

Questo avviene perché in realtà entra in gioco anche un’altra forza più locale: l’attrazione gravitazionale di altri accumuli di materia vicini, che possono alterare il fluire delle galassie nell’espansione del cosmo.
La differenza tra il movimento di una galassia a causa dell’espansione cosmica e quello dovuto all’ambiente locale è detta “velocità peculiare”. Si è  scoperto che la maggior parte delle galassie non si stanno separando alla velocità che ci aspettavamo nel caso in cui l’unica forza in gioco fosse l’espansione.

Possiamo immaginare su queste scale immense il flusso galattico come fiumi che si fanno strada attraverso quelli che gli scienziati chiamano “bacini cosmici” in cui i movimenti sono definiti dalle forze gravitazionali delle strutture vicine piuttosto che dalla topografia.
In pratica le galassie fluiscono come l’acqua, formano correnti, vorticano, e si ristagnano.

Il problema sta a calcolare questa velocità peculiare perché da essa sarà possibile determinare le correnti galattiche più vaste e si potrebbe dare risposta anche a quesiti sulla fine del nostro universo.

….. continua …..


Pubblicato in Astronomia, I misteri dell'universo, Ultime dallo spazio, Universo | Contrassegnato , | 11 commenti

L’universo in espansione: 1) Il nostro posto nel cosmo

laniakea2

Da quasi un secolo sappiamo che l’universo è in espansione e che allontana le galassie l’una dall’altra.
Negli ultimi decenni, però, si è scoperto che la maggior parte delle galassie non si stanno separando alla velocità che ci aspettavamo nel caso in cui l’unica forza in gioco fosse l’espansione.

La spiegazione di questo fenomeno è avvenuta a seguito della scoperta quasi casuale di Laniakea mentre si cercava di rispondere a domande fondamentali sulla natura dell’universo.
Ma andiamo per gradi.

Il nostro sistema solare è posizionato nello Sperone di Orione, un tratto di un braccio a spirale della periferia della via Lattea.
Ma la Via Lattea fa parte di un insieme di più di 50 galassie che si estendono nello spazio per qualcosa come 7 milioni di anni luce chiamato Gruppo Locale.
Il Gruppo Locale a sua volta si trova ai margini dell’Ammasso della Vergine, un aggregato lontano 50 milioni di anni luce composto da più di 1000 galassie, che è a sua volta una piccola parte del Superammasso Locale che raccoglie centinaia di gruppi di galassie sparse per più di 100 milioni di anni luce.
Si ritiene che questi superammassi siano i più grandi complessi delle strutture a larga scala dell’universo. Con i loro filamenti di galassie che circondano zone vuote in cui non ce n’è quasi nessuna.
Fine della storia? Neanche per idea.

Si riteneva che al di là del Superammasso Locale non avrebbero avuto più senso in termini di grandezza di scala altre indicazioni a causa di spazi dominati da immensi vuoti.
Ma nel 2014 si è scoperto che la nostra casa fa parte di una struttura immensa. Si è capito che il Superammasso Locale è solo un lobo di un superammasso molto più grande, un insieme di 100.000 grandi galassie che si estendono per 400 milioni di anni luce.
A questo ciclopico superammasso è stato dato il nome di Laniakea, paradiso incommensurabile in hawaiano.
La Via Lattea si trova lontano dal centro di Laniakea, nelle sue periferie più estreme.

Bene, una volta che ci siamo resi conto dove ci troviamo, ci siamo anche fatti una idea della quantità di materia ordinaria contenuta in Laniakea.
Alcune considerazioni sul movimento delle galassie hanno portato gli scienziati a supporre la presenza di una materia non ordinaria nell’universo, chiamate materia oscura.
Gli scienziati ipotizzano che le galassie si trovino all’interno di pozze profonde di materia oscura che sarebbero le impalcature invisibili attorno alle quali ruotano le galassie.

Tuttavia se prendiamo tutte le stelle di tutte le galassie visibili e sommato tutto il gas e tutta la rimanente materia ordinaria e la materia oscura siamo ancora lontani dallo spiegare come mai l’universo continui ad espandersi dal momento che essa dovrebbe essere contrastata per gli effetti gravitazionali. Qualunque cosa provochi questo fenomeno è detto energia oscura.
Tutto questo lascerebbe ad intendere che le galassie siano destinate ad allontanarsi sempre di più fino a quando sull’universo scenderà una oscurità finale, tutte le stelle si spegneranno e tutta la materia arriverà allo zero assoluto.

Proprio per capire il destino dell’universo si mappato i flussi galattici per determinare la densità della materia ordinaria e della materia oscura arrivando alla scoperta casuale di Laniakea.
Praticamente, via via che la mappatura si espandeva si è scoperto con grande stupore il profilo di una nuova struttura cosmica mai osservata prima. Ammassi di galassie sparse per più di 400 milioni di anni luce si muovevano insieme all’interno di un “bacino gravitazionale” locale in modo analogo all’acqua che si raccoglie nel punto più basso di una certa zona. In pratica le galassie sciamano verso un grande attrattore portandosi dietro l’intero superammasso di Laniakea.

… continua …

(Le Scienze)

 

Pubblicato in Astronomia, I misteri dell'universo, Universo | Contrassegnato , , , , , , | 19 commenti

Il Sole senza macchie

attivita-solari

Alcune immagini del Sole completamente prive di macchie diffuse di recente dalla NASA hanno acceso un ampio dibattito nella comunità scientifica mondiale sulla possibilità di una nuova e imminente era glaciale.
Siccome ci sono state molte speculazioni, allora diciamo come stanno le cose: il sole non si spegnerà né andiamo incontro ad una devastante era glaciale.

Il Sole ha un ciclo abbastanza regolare di circa 11 anni. A un estremo del ciclo il numero di macchie solari è rilevante, all’altro estremo le macchie si riducono fin quasi a scomparire. Le macchie solari sono aree della superficie del Sole più fredde delle circostanti, perciò appaiono più scure: si formano a causa di anomalie magnetiche.

Per anomalie si intende il meccanismo secondo il quale si formano le macchie. L’interno del Sole si comporterebbe come una dinamo che scorre in profondità all’interno del Sole.
Le onde magnetiche originate sia all’interno che sulla superficie del Sole diventeranno sempre più sfasate.

sfasamente-dei-cicli-solariAttualmente ci troviamo alla 24esima osservazione da quando viene registrata l’attività solare il cui picco solare è stato raggiunto nel mese di Aprile 2014.
L’analisi dell’attività solare nel 2016 ha rivelato un netto decremento delle macchie solari.
Ciò deriva dal fatto che quando le onde magnetiche sono in fase interagiscono tra loro, con conseguente intensa attività solare; quando invece sono fuori fase tendono ad annullarsi, determinando così minimi solari.
Lo sfasamento delle onde magnetiche continuerà per tutto il ciclo 25. Durante il ciclo 26, che andrà dal 2030 al 2040, secondo le proiezioni di questa ricerca le due onde andranno esattamente fuori sincronia, portando una significativa riduzione dell’attività solare.

Le macchie solari sono un indicatore importante dell’energia rilasciata dalla Stella. Per la quarta volta nel corso di quest’anno non sono state rilevate macchie solari.
Questo non significa che nei prossimi mesi non ci saranno più macchie, ma da adesso in poi ci saranno intere settimane senza macchie solari e presto avremo persino mesi senza alcuna macchia sul Sole fino al 2019-20 quando, presumibilmente, si toccherà il minimo.

Uno studio presentato al ‘National Astronomy Meeting’ dalla professoressa Valentina Zarkhova prevede che l’attività solare diminuirà del 60% nel corso del decennio 2030-2040, crollando fino ai livelli che si registrarono durante il minimo di Maunder (1645-1715), nel quale vi fu la ‘Piccola Era Glaciale’.

cicli-solari

Ma attenzione, anche il termine piccola era glaciale è stato spesso usato impropriamente perché il minimo solare in questo caso potrebbe causare due o tre inverni molto rigidi e solo in un emisfero, un tempo troppo breve per parlare di era.
Per trovare traccia di un’era glaciale vera e propria in grado di minacciare la vita sulla Terra bisogna tornare indietro di 12 mila anni, quando i ghiacci arrivarono a coprire fino al 38° parallelo Nord.


 

Pubblicato in Astronomia, Ultime dallo spazio | Contrassegnato , | 12 commenti

ExoMars 2016 – Parte quarta: La discesa su Marte

esa_exomars2016_schiaparelli_entry_and_landing_artist

Il 14 marzo 2016 ExoMars veniva lanciato verso Marte dalla base di Baikonur in Kazakhistan a bordo del vettore Proton.
Il 29 luglio ha effettuato con successo la principale delle manovre orbitali previste per inserirsi con la dovuta precisione nella seconda parte della sua traiettoria.

Il 16 ottobre avverrà la separazione del modulo Schiaparelli. Sarà una manovra cruciale che ci dirà se tutto è stato progettato bene”. Dopo la separazione tra la sonda e il lander, le altre due prove ”fondamentali”: tre giorni dopo sono previste per il 19 ottobre la discesa e l’atterraggio di Schiaparelli sul pianeta rosso.

Come atterrerà.
– Dopo una crociera di circa nove mesi, a ottobre 2016 Il razzo vettore immetterà il veicolo su una traiettoria cosiddetta di Tipo-2, che prevede l’arrivo su Marte.
– Appena giunte nell’orbita corretta, le due sonde si divideranno: la sonda madre sgancerà la “conchiglia” che racchiude la sonda figlia. Schiaparelli inizierà allora una caduta libera di 3 giorni e raggiungerà frenando costantemente il limite dell’atmosfera marziana, il cosiddetto punto di interfaccia d’ingresso, posto a circa 120 km dalla superficie del pianeta.
– Da quel momento inizia la veloce sequenza di discesa sul pianeta che dura in tutto poco più di 6 minuti: in circa quattro minuti il modulo d’ingresso riduce la sua velocità per attrito atmosferico da 21.000 km/h a circa 2.000 km/h. Contemporaneamente alla separazione di Sciaparelli, TGO inizierà la sua sequenza di inserimento nell’orbita marziana con una manovra aerbraking, cioè una lunga serie di passaggi negli strati più alti dell’atmosfera marziana che consentiranno di frenare progressivamente la velocità fino a conseguire la collocazione nell’orbita definitiva
– A un’altezza di circa 10 km si apre l’enorme paracadute (12 metri di diametro) che resta in funzione per due minuti portando la velocità di discesa a 70 m/s (250 km/h). Il paracadute è stato costruito, come tutto il modulo di discesa, in Italia.
– Il guscio inferiore si stacca e si accendono i radar altimetrici.
– Il paracadute si sgancia a circa 1.000 metri dalla superficie e a quel punto entra in funzione il sistema di controllo basato su un radar altimetrico, un pacco giroscopico e nove motori di frenata.
– I motori portano il veicolo all’«ammartaggio», circa trenta secondi dopo lo sgancio del paracadute.
A 2 metri di altezza i motori si spegneranno e la sonda – pesante 600 kg circa – viene lasciata “cadere” a una velocità massima di 3,7 m/s (circa 13 km/h). L’impatto con il suolo è attutito da una specie di paraurti (tecnicamente è una struttura ad assorbimento d’urto in fibra di carbonio appositamente sviluppata) che avvolge la parte inferiore della sonda.
– Terminata questa fase importantissima, perché sarà un’esperienza indispensabile per la missione più importante, quella di ExoMars 2018, Schiaparelli raccoglierà dati e informazioni sul clima marziano per un massimo di 8 giorni.
– Schiaparelli atterrerà in una zona di Marte chiamata Meridiani Planum dove sono già atterrati i rover della Nasa Opportunity e Spirit.
– Schiaparelli è una piccola stazione meteorologica. Durante la fase di discesa analizzerà la composizione dell’atmosfera e scatterà varie foto. Una volta al suolo, analizzerà i venti marziani, la temperatura al suolo, il campo elettrico dell’atmosfera e altri vari parametri.

In sintesi gli obiettivi della missione 2016:
– Acquisire la più grande quantità possibile di dati nella fase di rientro nell’atmosfera marziana
– Atterrare con una capsula dimostrativa di circa 600 kg
– Operare un carico scientifico sulla superficie per un breve periodo
– Osservare l’atmosfera e la superficie marziana per due anni
– Fornire il supporto di telecomunicazione necessario al Rover della missione 2018

(Focus)

Pubblicato in Astronomia | Contrassegnato , , | 11 commenti

ExoMars 2016 – Parte terza: l’equipaggiamento

trace_gas_orbiter_schiaparelli_and_the_exomars_rover_at_mars

ExoMars è composto dal rover Trace Gas Orbiter (TGO) e da un lander inizialmente nominato Entry Descent Module (EDM).
Quest’ultimo è equipaggiato con una stazione meteorologica con sensori per la misurazione della velocità e direzione del vento, dell’umidità, pressione e temperatura alla superficie, la trasparenza e i campi elettrici dell’atmosfera marziana. In aggiunta, una fotocamera fornirà immagini durante la discesa.
L’Italia si è fatta avanti proponendo per questo manufatto che si poserà sul suolo di Marte un nome importante e conosciuto in tutto il mondo: quello dell’astronomo Giovanni Schiaparelli.
Il lander fungerà da dimostratore di tecnologia per l’ingresso nell’atmosfera e l’atterraggio sul suolo marziano.

Il secondo segmento orbitale TGO ha la funzione dello studio dei gas di traccia, come metano e argon, essenziali per capire stato ed evoluzione di un corpo planetario. Il TGO è formato da quattro segmenti due europei e due russi: una fotocamera a colori con risoluzione di 4,5 m/pixel, per creare modelli accurati dell’elevazione del suolo marziano e aiutare nella scelta del sito di atterraggio del rover, e un rilevatore di neutroni, che permetterà di mappare la presenza di idrogeno sulla superficie e individuare potenziali depositi di acqua o idrati fino a un metro di profondità.
Oltre a un sistema di ricetrasmissione fornito dalla NASA che svolge la funzione di collegamento per consentire le telecomunicazioni tra la Terra e la superficie di Marte.

… segue: la discesa su Marte.


 

Pubblicato in Astronomia | Contrassegnato , | 1 commento