Fumetto “Astroparticelle, una materia molto oscura”

23 09 2017

     Alcuni anni fa, in occasione della celebrazione dei 400 anni dalla costruzione ed utilizzo del primo cannocchiale da parte di Galileo Galilei, l’Agenzia Spaziale Italiana (ASI), uno dei principali enti internazionali che si occupano di spazio e astronomia, ha prodotto un fumetto destinato a studenti e adulti sulle particelle e gli astri. Il fumetto, divertente e ricco di contenuti, è stato curato da Ettore Perozzi e Anna Parisi ma hanno partecipato scienziati dell’ASI, dell’Istituto Nazionale di Astrofisica, dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare e di Telespazio. La prefazione è di Margherita Hack, ormai scomparsa, e le illustrazioni sono di Fabio Magnasciutti. Il risultato è stato un godibilissimo fumetto dal contenuto scientifico chiaro e rigoroso, adatto al pubblico di ogni età e agli studenti di istituti secondari.

     Si parte dal concetto di materia e di atomo nell’antichità e si prosegue con l’evoluzione della teoria atomica e la scoperta delle particelle subatomiche. Si continua con i quark, l’antimateria e le particelle elementari, l’evoluzione delle stelle e gli strumenti dell’astronomia, i buchi neri, l’energia, il CERN, la materia oscura, le galassie e altro ancora. Le pagine finali contengono un po’ di enigmistica e un’utile sitografia.

     Per i curiosi, gli interessati di ogni età e per chi vuole avere una carta in più durante verifiche ed interrogazioni delle materie scientifiche: Astroparticelle: una materia molto oscura.




Tavola Periodica e origine degli elementi chimici

25 02 2017

     In Rete si trovano diversi tipi di Tavole periodiche, alcune delle quali sono state anche segnalate da questo blog. Recentemente se n’è aggiunta un’altra: l’astronoma Jennifer Johnson dell’Università dell’Ohio ne ha elaborata una con l’origine degli elementi chimici.

     Così si può osservare che, a parte l’idrogeno e l’elio già elaborati durante il processo di fusione innescato dal Big Bang, gli altri elementi chimici naturali derivano per lo più da processi interni alle stelle: calcio, carbonio, ferro, azoto, … (vedi anche “L’origine degli elementi chimici”). Non solo. Molti elementi (Ossigeno, Fluoro, Neon, Sodio, Magnesio, … ) derivano da altri processi stellari: l’esplosione di supernovae, stelle che muoiono o che si fondono. Quelli con numero atomico superiore a 40 si sono formati in prevalenza da stelle di neutroni. Alcuni elementi (Berillio e Boro) si sono formati per l’azione dei raggi cosmici sugli elementi formatisi precedentemente e distribuiti nello spazio interstellare o su altri corpi (pianeti, satelliti, asteroidi, comete, polveri, nebulose).

Crediti: Origin of the Elements in the Solar System, di Jennifer Johnson. Approfondimenti si possono trovare sul sito www.cosmic-origins.org dell’Università dello Utah, Dept. of Physics & Astronomy, .




Margherita Hack, l’amica delle stelle

30 06 2013

     Da ieri non è più tra i viventi, se n’è andata a novantuno anni, ma rimangono le sue idee, le numerose pubblicazioni, il suo impegno per la valorizzazione della scienza e dell’astronomia in Italia. Rimane tutta la materia che compone il suo corpo, miliardi di miliardi di atomi di circa 25 elementi differenti, soprattutto sei, che da soli costituiscono il 98% circa della massa di una persona. Sono ossigeno, carbonio, idrogeno, azoto, fosforo e zolfo. Gradualmente, com’è sempre stato al termine della vita di un individuo, questi miliardi di atomi rientreranno nel ciclo delle sostanze naturali del nostro pianeta.

     Grande divulgatrice, severa e ironica nell’analisi dei problemi italiani degli ultimi decenni, ha difeso strenuamente la scienza e la cultura in generale dai tagli, dall’abbandono, dall’incuria e dall’impoverimento da parte di chi doveva fare le scelte strategiche per il Paese. Era fieramente laica e sempre impegnata per i diritti civili. Ha studiato la materia in molte sue sfaccettature, soprattutto quella stellare e interstellare.

     Cos’è la materia interstellare? È materia composta essenzialmente da gas e da minuscole particelle solide, polveri, rarefatta e diffusa in modo uniforme nello spazio cosmico. Spesso però questa materia  è addensata in nubi molto estese. Molte stelle di grande massa ed elevata temperatura superficiale (stelle azzurre), sono immerse in nubi di materia interstellare. Le stelle nascono proprio dall’addensamento di queste particelle interstellari. Anche in assenza di nubi, lo spazio interstellare non è mai perfettamente vuoto. All’interno delle galassie, la materia interstellare è più concentrata verso il centro galattico, il nucleo, ricco di stelle. Si ritiene che il nucleo di molte galassie, come nel caso della Via Lattea, possieda anche un buco nero supermassiccio. Ma su questo non ci sono certezze.

Negli ultimi dieci anni ho avuto la possibilità di partecipare a tre conferenze di Margherita Hack a Torino: all’osservatorio di Pino Torinese, alla Biblioteca Nazionale e al teatro Colosseo.

Propongo alcune sue interviste presenti in rete:

http://www.youtube.com/watch?v=67hQbam_kok

http://www.youtube.com/watch?v=w4rhguPbaKs

http://www.youtube.com/watch?v=fcNjf8gJoIw

http://www.youtube.com/watch?v=Q9Bq-HvXsXI

http://www.youtube.com/watch?v=ZgUr85H4_RY

http://www.youtube.com/watch?v=f_5WL4Kn0EU

 




L’origine degli elementi chimici

25 09 2011

Penzias-Wilson   Molti anni fa ebbe un certo successo una canzone di Alan Sorrenti: Figli delle stelle. Ero un adolescente e allora non avrei mai pensato che per certi aspetti siamo proprio “figli delle stelle”. Perché? Perché tutti i 92 elementi chimici esistenti in natura e che possiamo osservare ben “sistemati” nella Tavola periodica, ordinati in base al loro numero atomico crescente, derivano in modo diretto o indiretto dalle stelle. Per la vita non servono tutti questi elementi perché i viventi sono costituiti per oltre il 99,99% da soli 11 elementi: O, C, H, N, Ca, P, K, S, Na, Cl e Mg. Altri 14 elementi (B, Cr, Co, Cu, F, I, Fe, Mn, Mo, Se, Si, Sn, V e Zn) sono presenti solo in tracce e complessivamente non superano lo 0,01% della massa corporea.

Ma partiamo dall’origine, dal Big Bang, anche se non siamo affatto sicuri che sia stato veramente l’inizio di tutto. Forse è solo un limite oltre il quale oggi non possiamo andare col nostro pensiero. Quasi tutti gli studiosi ormai accettano la teoria della grande esplosione, avvalorata da numerose prove, in particolare dalla scoperta della radiazione cosmica di fondo e dal fatto che tutti i corpi dell’universo si allontanano gli uni dagli altri in tutte le direzioni. È importante ricordare come venne rilevata la radiazione di fondo dell’universo o radiazione fossile. Due ingegneri della Bell Telephone Company, Penzias e Wilson, costruirono un’antenna molto potente da utilizzare nelle loro ricerche, però ben presto si accorsero che era disturbata da strane scariche e cercarono di individuare la causa del disturbo. Dopo vari tentativi andati a vuoto, tra cui la rimozione di un nido di piccioni in prossimità dell’antenna, nel 1964 ipotizzarono l’esistenza nel cosmo di una radiazione fossile della quale l’antenna riceveva continuamente traccia e la segnalava con quel disturbo. L’intuizione, confermata dalle osservazioni di altri studiosi, valse loro nel 1978 il premio Nobel per la fisica. Ritornando al Big Bang, dopo qualche milione di anni si pensa che la temperatura si sia abbassata a meno di 3000 °C e, per aggregazione di varie particelle subatomiche sia siano formati i protoni. Quando al nucleo costituito da un protone si è aggiunto un elettrone è nato l’atomo di idrogeno che, sappiamo, è il componente principale delle stelle. Probabilmente per aggregazioni successive si è formato anche l’elio: due protoni e due neutroni nel nucleo circondato da due elettroni. Ma la grande fabbrica dell’elio, di altra materia e di grandi quantità di energia doveva ancora venire.  È arrivata con la nascita delle stelle, originate per condensazione e contrazione, per effetto gravitazionale, di immense nubi prestellari o protostelle. A causa della contrazione, sono aumentati progressivamente pressione, densità e temperatura interna, fino ad innescare le reazioni termonucleari che trasformando idrogeno hanno prodotto enormi quantità di energia e grandi masse di elio e successivamente atomi di elementi più pesanti: carbonio, azoto, ossigeno e così via fino al ferro. Ma non tutte le stelle sono diventate fabbriche così efficienti, dipende dalla loro massa. Solo le stelle “massicce”, più grandi, sono riuscite ad arrivare alla formazione di atomi sempre più pesanti, ma non oltre il ferro. Altre stelle, come il nostro Sole, non riescono ad andare oltre la formazione degli atomi di carbonio con sei protoni e sei o più neutroni nel nucleo. Però queste ultime pur essendo più piccole ed avendo una media luminosità, sono vissute e vivono molto più a lungo, per miliardi di anni e alla loro “morte” hanno trattenuto nel loro nucleo gran parte degli elementi che hanno prodotto. Invece il destino delle stelle molto  più grandi e brillanti è stato diverso: al termine della loro vita molto breve (solo alcune decine di milioni di anni!) sono esplose diventando supernovae. Gli elementi costruiti, fino al ferro, vengono proiettati con enormi velocità nello spazio in tutte le direzioni, insieme ad una luce intensa (la luminosità può aumentare fino ad un miliardo di volte) e a grandi quantità di altre particelle e energia che formano una nebulosa residuale. Il nucleo di queste stelle, molto denso diventa, a seconda dei casi, un buco nero o una stella di neutroni implodendo verso l’interno per effetto della gravità. Se il nucleo ha una massa superiore a circa 4 masse solari, si origina un buco nero, se ha massa inferiore si trasforma in una stella di neutroni. L’esplosione di una supernovae è la manifestazione più spettacolare dell’universo. Il ferro ha numero atomico 26 e gli altri elementi più pesanti, fino all’uranio numero atomico 92, come si sono formati? Proprio grazie all’esplosione di milioni di supernovae durante le storia dell’universo spargendo per il cosmo gli atomi già formati, insieme a protoni, neutroni e innumerevoli altre particelle. Le esplosioni stesse, con l’energia prodotta, hanno determinato la loro aggregazione e la conseguente formazione di elementi più pesanti del ferro, in quantità decrescenti a mano a mano che aumentava il numero atomico. Ecco perché gli elementi di numero atomico elevato sono più rari e anche più preziosi. Per arrivare alle quantità di elementi oggi presenti sulla Terra e sugli altri pianeti, ci sono volute numerosissime esplosioni dopo il Big Bang, fino a quasi cinque miliardi di anni fa, quando si è formato il nostro Sistema solare. Come? Gli atomi più periferici di una nebulosa fredda, sparsi per il cosmo, spesso si sono aggregati a formare molecole che, a loro volta, unendosi hanno formato le polveri cosmiche: grani dalle dimensioni di alcuni decimi di micron. Queste polveri si sono unite sempre per effetto della gravità a formate strutture di dimensioni sempre più grandi, fino ad ottenere asteroidi, satelliti e pianeti. Il Sole invece ha avuto origine dalla condensazione di masse maggiori, provenienti dalla zona centrale della nebulosa, fino ad ottenere una massa in grado di innescare nel nucleo le reazioni di fusione termonucleare.

L’immagine di Penzias e Wilson con la loro antenna è tratta da: http://woodahl.physics.iupui.edu/Astro105/23-05.jpg