lunedì, 14 Ottobre, 2019

Nobel, ora la struttura dell’universo è meno misteriosa

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Il premio Nobel per la Fisica è stato assegnato ieri a James Peebles, Michel Mayor e Didier Queloz per le loro ricerche sulla storia e la struttura dell’universo. Lo ha annunciato l’Accademia reale svedese delle Scienze. Il prestigioso riconoscimento è stato assegnato a James Peebles, 84 anni, cittadino americano e canadese, per le sue “scoperte teoriche nella fisica della cosmologia”. L’altra metà del Nobel per la Fisica è stato assegnato agli scienziati svizzeri Michel Mayor e Didier Queloz “per la scoperta del primo esopianeta in orbita attorno a una stella di tipo solare”.

James Peebles è nato nel 1935 a Winnipeg, in Canada, e dopo il dottorato alla Princeton University è diventato un Albert Einstein Professor of Science dell’Ateneo.
Michel Mayor è nato nel 1942 a Losanna, in Svizzera, e dopo il dottorato è diventato professore dell’Università di Ginevra.
Didier Queloz, nato nel 1966, ha conseguito il dottorato all’Università di Ginevra, dove è poi diventato professore. Poi è entrato come professore all’Università di Cambridge, nel Regno Unito.
Il premio Nobel per la Fisica 2019 è stato assegnato agli scienziati che con le loro scoperte hanno cambiato per sempre la nostra concezione della Terra e dell’universo. James Peebles, ha ricevuto metà del premio per i contributi alla nostra comprensione dell’evoluzione dell’universo e del posto della Terra nel cosmo, attraverso scoperte teoriche come il Big Bang caldo, la radiazione cosmica di fondo e l’ipotesi dell’esistenza della materia e dell’energia oscura.
Michel Mayor e Didier Queloz, invece, hanno ricevuto l’altra metà del premio per la scoperta di un esopianeta che orbita intorno a una stella simile al nostro Sole. Nel 1995, attraverso il metodo delle velocità radiali, i due professori dell’università di Ginevra hanno osservato il primo esopianeta, aprendo a una nuova era dell’astronomia.
Dopo 24 anni da quell’annuncio, avvenuto il 6 ottobre durante una conferenza a Firenze, ad oggi sono stati scoperti oltre 4mila esopianeti in sistemi planetari anche molto diversi dal nostro e che richiedono nuove teorie di formazione ed evoluzione dei pianeti, così diversi per forma e composizione dalla nostra Terra e dal nostro sistema solare.
A partire dagli anni Sessanta Peebles ha studiato il cosmo con i suoi miliardi di galassie e ammassi di galassie. Un lavoro teorico che ha posto le fondamenta della moderna comprensione della storia dell’universo. Lo scienziato e ora premio Nobel ha guidato grande intuizioni del cosmo, dalla radiazione cosmica di fondo, un’eco del Big Bang arrivato fino a noi, alla teoria poi confermata che la materia ordinaria e visibile rappresenta solo il 5% dell’universo, mentre il restante 95% è costituito da una forma di materia ed energia invisibili e non rilevabili, il cui unico effetto è quello gravitazionale: la materia oscura e l’energia oscura.

A ispirare una nuova generazione di astronomi e cosmologi è stato il libro Physical Cosmology, scritto da Peebles e pubblicato nel 1971. Le sue scoperte teoriche negli anni hanno dimostrato la loro fondatezza, trovando conferme nel tempo che la tecnologia è avanzata e ha permesso misurazioni dell’universo sempre più approfondite e precise.
Partendo dalla teoria della relatività generale di Albert Einstein, si può ipotizzare che l’universo si stia espandendo seguendo una costante, detta costante cosmologica, che controbilancia gli effetti della gravità. Con la prima misurazione dell’espansione del cosmo, l’utilizzo della costante non sembrava più necessario nelle equazioni di Einstein, ma negli anni Ottanta Peebles la riportò in auge.
Secondo la sua teoria, tutta la materia dell’universo, in principio, era condensato in un punto estremamente caldo e ha iniziato a espandersi dopo una violenta esplosione, quella del Big Bang. Da allora, nei seguenti 13,8 miliardi di anni circa, l’universo ha continuato a espandersi cambiando radicalmente aspetto con l’avanzare degli anni.
Le prime radiazioni luminose in un mondo buio arrivarono circa 400mila anni dopo l’esplosione e quelle onde luminose arrivano a noi sotto forma di microonde, un “rumore” che permea l’universo e che oggi è identificato come radiazione cosmica di fondo, ascoltato per la prima volta nel 1964 da Arno Penzias e Robert Wilson, che hanno vinto per questa scoperta il premio Nobel per la fisica del 1978.

Peebles ebbe l’intuizione di elaborare una spiegazione a quel “rumore”, segnando la nascita della cosmologia moderna. Il premio Nobel comprese che le radiazioni a microonde potevano fornire informazioni sulla materia e sull’energia rilasciata dal Big Bang, ma anche per comprendere come è avvenuta la formazione di galassie e ammassi di galassie che oggi osserviamo.
Quest’antica eco dell’universo neonato porta con sé risposte sull’età del cosmo, la sua evoluzione e la composizione. A partire dal 1993 con il satellite COBE, valso il premio Nobel della fisica nel 2006 a John Mather e George Smoot, si aprì la caccia alle radiazioni cosmiche di fondo, osservate poi con satelliti come WMAP e recentemente Planck, che hanno fornito le mappe più dettagliate dell’universo primordiale.
Negli anni Ottanta, mentre tutti davano la caccia ai neutrini come potenziali candidati costituenti la materia oscura, Peebles propose che le particelle dovessero essere più pesanti e lente, fatte di materia fredda. Ad oggi non sappiamo ancora quale sia la composizione della materia oscura, ma sappiamo che occupa il 26% del nostro universo e ne abbiamo ottenuto prove indirette dall’effetto gravitazionale esercitato nello spazio.

Sommando materia ordinaria e oscura, essa costituisce solo il 31% del cosmo. A proporre che il restante 69% fosse costituito da una forma di energia dello spazio vuoto è stato proprio Peebles nel 1984, dandole il nome di energia oscura. Solo teorie fino al 1998, quando Saul Perlmutter, Brian Schmidt and Adam Riess misurarono per la prima volta l’accelerazione dell’universo, vincendo per questo il Nobel per la Fisica nel 2011.
Era il 6 ottobre 1995 quando, Mayor e Didier, a una conferenza a Firenze, annunciarono di aver avvistato un pianeta gigante gassoso e caldo che orbitava intorno a una stella simile al Sole nella Via Lattea. Più precisamente un esopianeta, il primo mai scoperto al di fuori del nostro sistema solare.
Mayor e Didier osservarono intorno alla stella 51 Pegasi, situata a circa 50 anni luce dalla Terra, un pianeta chiamato 51 Pegasi b, un gigante gassoso noto anche come Bellerofonte, più grande di Giove ma dalla massa inferiore. Questo pianeta percorre la sua orbita intorno alla stella madre in appena 4 giorni, contro i 12 anni di Giove, un tempo che indica una distanza di appena 8 milioni di chilometri da essa, contro la distanza di 150 milioni di chilometri tra la Terra e il Sole. Per questo motivo la temperatura superficiale media è stimata di circa 1000 gradi Celsius.
Si trattava del primo “gioviano caldo” osservato dagli astronomi, il primo di una lunga serie la cui esistenza non era però ammessa dalle teorie di formazione planetaria accreditate in quegli anni, tanto dal lasciare la comunità astronomica perplessa e sorpresa.
A confermare che quanto i due premi Nobel 2019 avevano osservato corrispondesse al vero furono Paul Butler e Geoffrey Marcy, che poi proseguendo nelle ricerche scoprirono in appena un paio di mesi altri due esopianeti, dando il via alla caccia ai nuovi mondi che ad oggi prosegue ed è nel vivo.

Il metodo innovativo utilizzato per la caccia agli esopianeti da Mayor e Didier è quello delle velocità radiali. Quando un pianeta orbita intorno alla sua stella, essi si muovono entrambi rispetto a un comune centro di gravità. A un osservatore sulla Terra, la stella apparirà come una “danzerina” che avanza e arretra rispetto al punto di osservazione con una certa velocità, detta appunto velocità radiale, che può essere misurata con l’effetto Doppler.
Secondo questo effetto, se la stella si avvicina a noi si osserverà nello spettro uno spostamento verso le frequenze del blu, mentre se essa si allontana si osserverà uno spostamento verso il rosso. A far oscillare la stella tra il blu e il rosso è proprio la presenza del pianeta, e studiando questa velocità e i movimenti stellari è possibile misurare le caratteristiche del corpo celeste così scoperto.
Un altro metodo oggi molto utilizzato è quello del transito, che si basa su un meccanismo completamente differente. Il metodo infatti permette di individuare il pianeta misurando le variazioni nello spettro luminoso della stella madre al passaggio, o transito, del corpo celeste tra la stella e la Terra. Un vantaggio del transito è quello di poter determinare le caratteristiche dell’eventuale atmosfera dell’esopianeta dalla caratteristica variazione che induce nello spettro di emissione della luce stellare.
Utilizzando entrambi i metodi, gli astronomi negli ultimi anni sono stati in grado di ottenere informazioni sempre più dettagliate di questi nuovi mondi stimandone la massa, la densità, la struttura interna e quella atmosferica.
La scoperta di Mayor e Queloz, che hanno sviluppato sia i metodi che gli strumenti sufficientemente sensibili per la caccia ai nuovi mondi, ha portato all’individuazione di oltre 4mila esopianeti differenti per forme, dimensioni e orbite. Ogni pianeta scoperto sfida la nostra comprensione della formazione planetaria, obbligando i ricercatori a elaborare nuove teorie su quali siano stati i meccanismi che hanno portato alla nascita di quel particolare corpo celeste.

Una caccia che è proseguita con l’ausilio di telescopi non solo a Terra, ma anche nello spazio come TESS, che al momento sta scansionando oltre 200mila delle stelle a noi più vicine per verificare l’esistenza di pianeti simili alla Terra. Un vero successo in questo campo è stata la missione Kepler della NASA, ormai conclusa, che ha portato alla scoperta di oltre 2300 esopianeti. Scoperte che portano sempre a nuovi interrogativi: della moltitudine di nuovi mondi che oggi conosciamo, è possibile che almeno uno ospiti delle forme di vita? Una domanda a cui rispose intuitivamente Giordano Bruno in modo affermativo, ma che al momento resta senza risposta, mentre la ricerca ai mondi alieni e lontani prosegue verso nuovi orizzonti.
Il ministro dell’Istruzione, Università e Ricerca, Lorenzo Fioramonti, ha commentato: “L’importanza della ricerca aerospaziale si colloca anche in settore molto più ampio che è confermato e testimoniato anche dai Nobel per la Fisica oggi conferiti a fisici che hanno studiato la cosmologia, il sistema solare. Il riconoscimento al primo scienziato è arrivato per le sue scoperte teoriche nella fisica della cosmologia, gli altri due ricercatori invece sono stati premiati per la scoperta di un esopianeta in orbita attorno a una stella di tipo solare.
Il fisico Roberto Battiston, presidente dal 2014 al 2018 dell’Agenzia Spaziale Italiana, ha spiegato: “Grazie agli studi dei neo premi Nobel per la Fisica James Peebles, Michel Mayor e Didier Queloz, sono cambiate anche le prospettive per la ricerca della vita nell’Universo ed i loro sono stati studi davvero di frontiera che hanno una fortissima caratterizzazione fisica, astrofisica e cosmologica: insomma sono stati dei pionieri nei loro campi. Peebles ha contribuito a molte parti fondamentali della nostra attuale comprensione di come si sono sviluppate le galassie dall’origine del Big Bang, quindi come si sono formati i grandi ammassi di materia e si sono legati alle piccolissime fluttuazioni quantistiche che hanno caratterizzato l’origine del cosmo. Gli studi degli astronomi svizzeri Michel Mayor e Didier Queloz per l’osservazione dei pianeti extrasolari, sono molto importanti perchè 20 anni fa hanno cambiato il nostro modo di comprendere e vedere la nostra galassia e tutte le galassie che ci circondano”.

Giorgio Saccoccia, attuale presidente dell’Agenzia Spaziale Italiana, ha detto: “È lo spazio proprio al centro del Nobel per Fisica 2019 quindi bisogna continuare perché abbiamo dei risultati straordinari e anche l’Italia è impegnata nel settore spaziale, in particolare nell’esplorazione dell’Universo dagli albori delle nostre attività spaziali”.
Il fisico teorico Antonio Masiero, vicepresidente dell’Infn, in una nota ha scritto: “Il premio Nobel per la Fisica 2019 è stato assegnato oggi per i contributi alla nostra comprensione dell’evoluzione dell’Universo e del posto della Terra nel cosmo e in particolare, lo scienziato James Peebles è uno dei grandi artefici della costruzione teorica che descrive l’universo dalla sua origine alla sua evoluzione successiva, nota quale modello cosmologico del Big Bang caldo”.

Il presidente dell’Istituto Nazionale di Astrofisica, Nichi D’Amico, ha commentato il Nobel per la Fisica del 2019: “E’ un risultato grandioso che testimonia l’importanza dell’astrofisica moderna e il suo valore strategico per il futuro dell’umanità. Si tratta di temi che riguardano l’attività del nostro Ente, e in cui siamo in prima linea sul fronte internazionale. In particolare lo studio degli esopianeti e la ricerca di tracce di vita in altri mondi vede alcuni dei nostri telescopi, come il Telescopio Nazionale Galileo, il Large Binocular Telescope e, in futuro, lo Extremely Large Telescope, protagonisti in questo settore”.

Pietro Piccinetti, amministratore unico di Fiera di Roma, che con la Fondazione Edoardo Amaldi ha presentato al Miur, alla presenza del ministro Fioramonti e del presidente dell’Asi, la prima edizione del News Space Economy European Expoforum che si terra alla Fiera di Roma dal 10 al 12 dicembre prossimi, ha sottolineato: “Il Nobel per la Fisica premia studi realizzati nello spazio e non può essere altrimenti perché lo spazio è la nuova frontiera. Nello spazio stiamo tutti insieme, penso alla Stazione Spaziale Internazionale dove ci sono insieme russi, francesi, italiani, americani e tutti vanno d’accordo”.

Invece, il premio Nobel 2019 per la Chimica è stato conferito oggi a John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham e Akira Yoshino per lo sviluppo delle batterie agli ioni di litio. Nella motivazione annunciata dall’Accademia reale delle Scienze svedese si legge: “Le batterie di ioni di litio hanno rivoluzionato le nostre vite e sono usate per tutto dai telefoni cellulari ai laptop ai veicoli elettrici. Con il loro lavoro, i premiati quest’anno per la Chimica, hanno messo le fondamenta per una società wireless e libera dai carburanti fossili”.
Goodenough, nato in Germania, ha lavorato negli Stati Uniti, all’università del Texas a Austin e ha 97 anni. E’ il vincitore più anziano della storia dei Nobel.
Whittingham, inglese, 78 anni, fa ricerca alla State University of New York, sempre negli Stati Uniti.

Yoshino, 71 anni, è affiliato invece alla Asahi Kasei Corporation di Tokyo e alla Meijo University di Nagoya, in Giappone.
Speriamo che anche qualche italiano possa ricevere al più presto il prestigioso riconoscimento svedese.

Salvatore Rondello

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