Abbecedario spaziale veloce

Non è un’enciclopedia, ma se serve qualche spiegazione…..eccola:

A
Acceleratori di particelle
: sono gli strumenti – il più grande è attualmente in funzione al CERN di Ginevra – che riescono a fornire a nuclei e particelle elementari energie elevate portandoli a velocità vicinissime a quella della luce. Nel cosmo accade lo stesso nelle vicinanze delle grandi onde d’urto magnetiche prodotte da fenomeni catastrofici come le esplosioni delle stelle.

Antimateria: una versione speculare della materia di cui siamo formati, tipicamente composta da particelle dotate della stessa massa ma di carica opposta a quella normale (p.es. l’antielettrone, o positrone, ha carica elettrica positiva mentre l’elettrone l’ha negativa).

Astri: tradizionalmente sono i puntini luminosi che vediamo nel cielo. Oggi sappiamo che possono essere singole stelle oppure galassie ecc.

Atomo: il componente fondamentale di ogni elemento chimico, formato da un nocciolo carico positivo costituito da protoni e neutroni (il nucleo), circondato da uno numero di elettroni tale da renderlo neutro. Neutroni, protoni ed elettroni appartengono alla vasta famiglia delle particelle elementari. La maggior parte della materia delle stelle è formata da atomi a cui sono stati strappati in tutto o in parte gli elettroni (“atomi ionizzati” o “ioni”).

B
Big Bang
: l’inizio di tutto, la nascita dell’universo… chiamatelo come volete. I dati osservativi ci dicono che l’universo era nel passato più caldo e più denso di ora. Se estrapoliamo all’indietro nel tempo esiste un momento (circa 14 miliardi di anni fa per le stime più recenti) in cui temperatura e densità erano così alte da non essere descrivibili dalla fisica che conosciamo. Questa “singolarità” iniziale viene definita come Big Bang.

Buco nero: qualunque oggetto dotato di massa è sottoposto alla forza di gravità, che tende ad attrarre le sue parti verso il centro, comprimendolo. Quando la massa è concentrata in uno volume troppo piccolo, l’attrazione gravitazionale prevale e non c’è nulla che freni la materia, che precipita all’interno della buca gravitazionale che essa stessa ha creato. Nemmeno la luce può uscire da un buco nero!

C
Cosmo
: l’insieme di tutti i corpi celesti: astri, galassie ecc… Spesso viene considerato sinonimo di universo.

Cosmici (raggi): una forma di radiazione costituita da particelle elementari per lo più dotate di carica elettrica. La maggior parte provengono dalla nostra galassia, ma quelli di energia più elevata probabilmente sono prodotti in eventi catastrofici in galassie lontane. Le energie che possono raggiungere queste particelle non saranno, verosimilmente, mai raggiunte negli acceleratori costruiti dall’uomo.

D
Dimensioni
: per definire la nostra posizione nell’universo (“dove”) ci servono tre coordinate in quanto il nostro spazio ha tre dimensioni. Ma per descrivere cosa accade abbiamo bisogno anche di un “quando”, il tempo. Fino ad Einstein, il “dove” e il “quando” erano completamente indipendenti. Einstein ha mostrato che il fatto che la luce abbia una velocità finita e insuperabile lega in un modo profondo spazio e tempo (il “dove” e il “quando”). Ecco perché parliamo di quattro dimensioni: lo spaziotempo.

Doppler (effetto): effetto fisico per cui le onde (luminose o sonore) emesse da un corpo in movimento cambiano la propria lunghezza: più corta se il corpo si avvicina, più lunga se si allontana. Per i suoni questo diventa, rispettivamente, un “più acuto” o “più grave” (pensate al suono della sirena dell’ambulanza), per la luce un “più blu” o “più rosso”.

E
Elettrone
: una delle prime particelle elementari ad essere scoperta. È dotata di carica elettrica negativa. Un atomo contiene particelle cariche elettriche positive nel nucleo (i protoni) e particelle cariche negative all’esterno, gli elettroni appunto.

Energia: la capacità dei corpi (macroscopici o microscopici) di produrre lavoro. Può assumere molte forme (calore, cinetica, magnetica, elettrica, gravitazionale…) ma la cosa importante è che si conserva. La relatività ci dice che anche i corpi fermi possiedono energia per il semplice fatto che hanno una massa, (la famosa relazione E=mc2, con c velocità della luce). Con una certa estensione di linguaggio si parla anche di “energia del vuoto” concetto introdotto dalla meccanica quantistica per spiegare alcune proprietà dello spaziotempo in cui viviamo.

Espansione (dell’universo): l’universo che conosciamo non è statico come si pensava dai tempi di Newton. A partire dalla prima metà del XX secolo le osservazioni astronomiche hanno mostrato che la grandezza dell’universo aumenta col passare del tempo. L’espansione va avanti da 14 miliardi di anni e ancora non sappiamo se prima o poi si fermerà oppure, come è probabile continuerà in eterno.

F
Frequenza
: è il numero di ripetizioni di un fenomeno periodico nell’unità di tempo. Per un’oscillazione, o un’onda, l’inverso della frequenza corrisponde alla lunghezza d’onda. Per la luce visibile, la frequenza è legata al colore. Secondo la meccanica quantistica, a ogni particella è associata un’onda la cui frequenza è proporzionale alla sua energia.

Fotoni: particelle, anche dette “quanti” di luce, aventi massa eguale a zero. I fotoni, come tutte le particelle elementari, possono essere descritti in maniera complementare sia come onda sia come particelle. Le proprietà particellari della luce sono più evidenti alle energie più elevate (lunghezze d’onda più piccole).

G
Galassie
: “come granelli di sabbia”, sono i mattoni fondamentali dell’universo. Sono costituite da stelle, fino a centinaia di miliardi, e tenute insieme dalla gravitazione. Probabilmente sono immerse nella materia oscura che ne determina l’evoluzione gravitazionale.

Gravità (o gravitazione): la famosa (e leggendaria) mela di Newton ne descrive bene gli effetti fondamentali: agisce su tutto quanto è contenuto nell’universo ed è sempre attrattiva, cioè costringe i corpi a muoversi l’uno verso l’altro. È la forza fondamentale che plasma la forma delle galassie. Per quello che capiamo oggi a grandissime distanze la gravità compete con l’effetto repulsivo dovuto all’energia oscura…

H
Hubble (Edwin)
: astronomo americano, scopre che le galassie distanti producono una luce che appare più rossa di quanto ci si aspetterebbe, e tanto più rossa quanto più sono distanti. Questo effetto è spiegabile in termini di un universo che si espande. Il ritmo con cui aumenta la velocità relativa delle galassie al crescere della distanza porta il suo nome (costante di Hubble) ed è un parametro fondamentale della nostra descrizione dell’universo.

I
Inflazione
: purtroppo è un termine “inflazionato”, brutta traduzione dall’inglese. Sta per “gonfiamento” o rapidissima espansione della dimensione dell’universo appena nato, a velocità superiore a quella della luce ma senza violare le leggi della relatività! Senza l’inflazione la teoria del Big Bang avrebbe dei terribili problemi. L’inflazione dura un tempo estremamente breve ma alla sua fine lascia un universo molto simile a quello che vediamo ora.

L
Lampi gamma (o gamma ray burst, GRB)
: sono i fenomeni più energetici del nostro universo. Scoperti negli anni ‘70 dai satelliti militari, la loro natura comincia a essere compresa solo ora. Sono probabilmente esplosioni di stelle supermassicce (ipernove) oppure provocati dallo scontro di stelle di neutroni o buchi neri.

Luce (visibile): la luce è una forma di radiazione elettromagnetica, che ci permette di esplorare l’universo. La luce che vediamo (visibile) è solo una piccola porzione dello spettro della radiazione elettromagnetica, compresa in un ristretto intervallo di frequenze (o lunghezze d’onda). In realtà la radiazione elettromagnetica copre un vastissimo intervallo di lunghezze d’onda, da quelle tipiche delle radio onde (anche chilometri) a quelle piccolissime (miliardesimi di miliardesimi di millimetro) della radiazione gamma più energetica, passando per le microonde, gli infrarossi, il visibile, gli ultravioletti, i raggi X.

Luce (velocità della): è la massima velocità – usualmente indicata con la lettera c – raggiungibile da qualunque oggetto, particelle comprese, nel nostro universo. Questo concetto introdotto da Einstein ha profondissime implicazioni: per esempio la velocità della luce non dipende dalla velocità a cui ci muoviamo. Un raggio luminoso impiega un certo tempo a percorrere una certa distanza: p.es. impiega 8 minuti a giungere fino a noi dal Sole. Osservando oggi corpi astronomici molto lontani da noi di fatto viaggiamo all’indietro nel tempo.

Luce (anno, minuto ecc.): unità di distanza basata sulla velocità della luce. Il Sole è distante 8 “minuti luce” mentre 14 miliardi di anni luce è approssimativamente il raggio dell’universo visibile. Nell’uso più recente l’anno luce è stato sostituito dal “parsec”, pari a 3,26 anni luce.

M
Meccanica classica
: l’insieme di leggi fisiche che descrivono oggetti macroscopici, dai granelli di polvere, ai sassi, ai pianeti, alle stelle, alle galassie…

Meccanica quantistica: l’insieme di leggi fisiche che descrivono oggetti estremamente piccoli come gli atomi e le particelle elementari. La meccanica quantistica ammette solo una descrizione probabilistica delle proprietà della materia e dell’energia, immortalata nel famoso “principio di indeterminazione”.

Massa “inerziale”: la proprietà di un corpo che ne determina il moto quando sottoposto a forze.

Massa “gravitazionale”: la proprietà di un corpo che determina l’intensità con cui agisce la forza gravitazionale. Massa gravitazionale e inerziale coincidono entro i limiti della sensibilità dei nostri esperimenti.

 

N
Nebulosa: è un ammasso di gas, generalmente illuminato da una o più stelle. Fino agli inizi del 900 invece così chiamato qualunque oggetto celeste che apparisse, appunto, “nebuloso”. Per esempio la famosa nebulosa di Andromeda (per inciso la galassia a noi più vicina e l’oggetto più distante visibile a occhio nudo, 3 milioni di anni luce) ha mostrato, di essere composta da miriadi di stelle, ed è, pertanto, una galassia.

Neutrino: particella elementare priva di carica elettrica ed estremamente penetrante. È una delle componenti fondamentali dell’universo e costituisce una (piccola) parte della materia oscura. Le stelle ne producono in abbondanza, e anche il nostro Sole è già stato “neutrinografato”. Di neutrini ne esistono tre tipi che possono tramutarsi l’uno nell’altro tramite il fenomeno delle oscillazioni.

Neutrone: particella elementare, senza carica elettrica. Neutroni e protoni costituiscono i nuclei degli atomi.

Neutroni (stella di): dopo la morte esplosiva (supernova) di una stella con una massa almeno dieci volte il nostro Sole quello che resta è una stella di neutroni o un buco nero. La densità e l’attrazione gravitazionale di una stella di neutroni sono talmente elevate che un oggetto cadendo da una quota di un metro sulla sua superficie arriverebbe quasi alla velocità della luce prima di schiantarsi.

Nuclei (galattici): la zona centrale delle galassie. Oggi si sa che la maggior parte delle galassie, compresa la nostra, contengono giganteschi buchi neri al loro centro. In alcune galassie questi buchi neri sono particolarmente attivi, divorando intere stelle a ritmo elevato. In questo caso vengono chiamati “Nuclei Galattici Attivi” o AGN e sono sede di fenomeni di produzione di elevatissime quantità di energia.

Nebulosa: è un ammasso di gas, generalmente illuminato da una o più stelle. Fino agli inizi del 900 invece così chiamato qualunque oggetto celeste che apparisse, appunto, “nebuloso”. Per esempio la famosa nebulosa di Andromeda (per inciso la galassia a noi più vicina e l’oggetto più distante visibile a occhio nudo, 3 milioni di anni luce) ha mostrato, di essere composta da miriadi di stelle, ed è, pertanto, una galassia.

O
Onde gravitazionali: oggetti di grande massa (come stelle o buchi neri) deformano lo spaziotempo in cui vivono. In particolari situazioni, per esempio quando due buchi neri si scontrano, queste deformazioni assumono la forma di vere e proprie onde, come quelle nell’acqua prodotte da un sasso. Queste onde, che fanno cambiare i metri e gli orologi con cui facciamo le misure, sono estremamente deboli e difficili da rivelare.

Oscura (materia): una forma di materia di cui si sa molto poco, se non che il suo contributo all’energia dell’universo è almeno cinque volte più abbondante di quello della materia normale. Se è composta di particelle elementari, necessariamente più elusive dei neutrini, queste potrebbero essere rivelate nello studio delle componenti rare dei raggi cosmici,  presso l’acceleratore LHC al CERN di Ginevra o nei laboratori sotterranei del Gran Sasso.

Oscura (energia): per quello che ne sappiamo, l’energia oscura costituisce il 73% dell’intera energia dell’universo, contro il 27% dovuto alla materia (normale e oscura). Genera una pressione che si oppone alla gravità (“gravità negativa” o “antigravità”). Non sappiamo molto sulla sua natura. Einstein, dopo aver inventato qualcosa di simile (la “costante cosmologica”) la definì “il più grande errore della mia vita…”

P
Particelle (elementari): scoperte nella radiazione naturale e nei raggi cosmici a partire dagli inizi del ‘900 costituiscono i mattoni fondamentali della materia. I fisici hanno passato gli ultimi 100 anni a determinare quanti sono i tipi di particelle e quali siano le loro proprietà. Le più comuni sono gli elettroni e i quark di cui sono formati i protoni e i neutroni, ma oggi sappiamo che si possono raggruppare in tre famiglie, ciascuna formata da due tipi di quark, un tipo di elettrone e un tipo di neutrino. Siccome i quark non si possono osservare individualmente ma solo a gruppi di tre o in coppie di quark-antiquark, anche questi gruppi di quark sono chiamati comunemente particelle elementari. Ad esempio il protone e il neutrone, come tante altre particelle, sono formati da tre quark.

Protone: particella dotata di carica elettrica positiva, costituente fondamentale del nucleo atomico e responsabile, insieme al neutrone, di quasi tutta la massa degli atomi.

Q
Quark: i mattoni fondamentali della materia che, però, non possono essere osservati individualmente. Sebbene non si possa escludere che i quark siano a loro volta composti da particelle ancora più elementari, questo non sembra essere probabile.

R
Radiazione: molto in generale, tutto ciò che si propaga nell’universo dopo essere stato emesso da una sorgente; p.es. la radiazione cosmica è composta di particelle accelerate ad alta energia. La radiazione elettromagnetica è invece sinonimo di luce (o fotoni) a tutte le energie, comprese quelle più elevate.

Radiazione (fossile di fondo cosmico, o CMBR): è radiazione elettromagnetica nel campo delle onde radio – luce di lunghezza d’onda di qualche centimetro. È quello che rimane della luce dell’universo primordiale e fornisce una radiografia dell’universo quando era “vecchio” solo circa 300.000 anni. Il rumore che sentiamo fra una stazione e l’altra della radio o della televisione è in parte dovuto alla radiazione fossile. Oggi la studiamo con strumenti sofisticatissimi come il satellite Planck. Per quanto sappiamo ci deve essere anche una analoga componente fossile di neutrini e di onde gravitazionali.

Relatività (speciale e generale): teorie formulate da Einstein che hanno radicalmente modificato la nostra idea del mondo fisico. La teoria della relatività speciale, tra l’altro, prevede che spazio e tempo siano correlati (oggi si parla di “spaziotempo”), e relativi, al moto di chi li misura. La teoria della relatività generale descrive la struttura dello spaziotempo come plasmata dalla materia che vi abita, attraverso la gravità.

S
Spazio: fino a un centinaio di anni fa, costituiva il teatro immutabile in cui avvenivano (nel tempo) i fenomeni. La relatività (speciale e generale) ha cambiato tutto questo. Si è scoperto che spazio e tempo sono intimamente collegati, e che la struttura è determinata dalla materia presente al suo interno. Il modello del Big Bang prevede che spazio e tempo nascano insieme a tutto il resto.

Stelle: abitano le galassie e la nostra volta celeste. Sono sfere di gas,
principalmente idrogeno, che la gravità tende a comprimere. L’energia sviluppata dai processi termonucleari le sostiene per milioni o miliardi di anni, fornendo energia all’ambiente circostante. Nel caso della stella a noi più vicina, il Sole, è grazie alla sua energia che possiamo vivere sulla Terra.

Spostamento verso il rosso:  proprietà della luce emessa dalle galassie lontane: la loro luce appare più rossa di quanto ci si aspetterebbe, come se si stessero allontanando velocemente da noi .

Supernove: le stelle terminano la loro vita in maniere differenti: la maggior parte di loro lascia freddi e inerti pezzi di roccia ma alcune altre esplodono diventando, a volte, più luminose della galassia che le ospitano. Una esplosione di supernova può essere causata dall’implosione del nucleo di una stella massiccia oppure dall’innesco di una catena di reazioni termonucleari. Nel primo caso, l’esplosione lascia una nube di materia in espansione con una pulsar (stella di neutroni) o un buco nero nel centro. Nel secondo, invece, tutta la stella è incenerita dalla “fiamma” termonucleare. La famosa nebulosa del Granchio con la sua pulsar è il resto di una antica supernova. Nel 1987 i neutrini emessi nell’esplosione di un’altra supernova sono stati rivelati dagli osservatori neutrinici sulla terra.

T
Tempo: fratello dello spazio (vedi), unito dalla relatività nello spaziotempo. Dopo Einstein il suo scorrere non è più immutabile, ma dipende da dove si è e da cosa sta succedendo.

U
Universo: letteralmente “tutto quello che esiste”. Il concetto di universo è cambiato radicalmente nel secolo scorso e oggi identifica un oggetto in evoluzione descritto dalle leggi della relatività generale. Negli ultimi decenni ci sono state molte speculazioni sul fatto che l’universo che conosciamo non sia unico, ma faccia parte di un insieme di universi, chiamato spesso “Multiverso”.

V
Via Lattea: la galassia in cui viviamo.