IL COSMO
Un viaggio personale
La vita delle stelle
Se volete fare una torta di mele da zero...
...prima dovete inventare l'universo.
Grazie mille.
Supponiamo che io tagli una fetta...
...di questa torta di mele.
Friabile, ma buona.
E ora supponiamo di tagliare questa fetta a metà, più o meno.
E poi di tagliare questa fetta a metà...
...e così via.
Quanti tagli dovremmo fare prima di arrivare ad un singolo atomo?
La risposta è circa 90 tagli successivi.
Certo, questo coltello non è abbastanza affilato...
...la torta è troppo friabile...
...e un atomo è troppo piccolo da vedersi in ogni caso.
Ma c'è un modo per farlo.
Fu qui alla Cambridge University in Inghilterra...
...che la natura dell'atomo fu compresa per la prima volta...
...in parte lanciando pezzi di atomi su altri atomi...
...e osservando come rimbalzavano.
Un tipico atomo è circondato...
...da una specie di nube di elettroni.
Gli elettroni hanno una carica elettrica, come suggerisce il nome...
...e determinano le proprietà chimiche dell'atomo.
Per esempio, il luccichio dell'oro...
...o la trasparenza del solido...
...fatto di atomi di silicio e ossigeno.
Ma nel profondo dell'atomo...
...nascosto sotto la nube esterna di elettroni...
...c'è il nucleo, composto principalmente di protoni e neutroni.
Gli atomi sono molto piccoli.
100 milioni di atomi allineati sarebbero lunghi così.
E il nucleo è 100.000 volte più piccolo ancora.
Ciò nonostante, la maggior parte della massa di un atomo è nel nucleo.
Gli elettroni, in confronto...
...sono granelli di polvere in movimento.
Gli atomi sono soprattutto spazio vuoto.
La materia è fatta principalmente di niente.
Se immaginiamo di tagliare questa torta, ma...
...oltre la dimensione di un singolo atomo...
...ci troviamo di fronte all'infinità del molto piccolo.
E quando alziamo gli occhi verso il cielo notturno...
...ci troviamo di fronte l'infinità del molto grande.
Queste infinità sono tra le idee umane più grandiose.
Rappresentano un regresso senza fine che continua...
...non semplicemente molto a lungo, ma per sempre.
Vi siete mai messi tra due specchi paralleli...
...dal barbiere, magari...
...vedendo così un gran numero di voi stessi?
Oppure potreste usare...
...due specchi piani...
...e la fiamma di una candela...
...e vedreste un gran numero di immagini...
...ognuna il riflesso di un'altra immagine.
Non si può veramente vedere un'infinità di immagini...
...perché gli specchi non sono perfettamente piani e allineati.
E c'è una candela o una fiamma di candela nel mezzo...
...e la luce non viaggia a velocità infinita.
Quando parliamo di infinità reali...
...parliamo di una quantità più grande di qualsiasi numero.
Qualunque numero abbiate in mente, l'infinito è più grande.
C'è un bel modo di scrivere i numeri grandi.
Si può...
...scrivere il numero 1000...
...come 10 elevato alla terza potenza...
...il che significa un uno seguito da tre zeri.
O un milione si scrive come 10 alla sesta potenza...
...cioè un uno seguito da sei zeri.
Non esiste il numero più grande. Se vi viene dato un candidato...
...ci potete sempre aggiungere il numero uno.
Ma certamente ci sono numeri molto grandi.
Il matematico americano Edward Kasner chiese una volta a suo nipote...
...di inventare un nome per un numero estremamente grande...
...cioè 10 elevato alla centesima potenza...
...che non posso scrivere sul foglio perché non c'è abbastanza posto.
Il ragazzo lo chiamò un "googol".
Se pensate che un googol sia grande, considerate un "googolplex".
È 10 elevato alla potenza di un googol.
Cioè un uno seguito non da 100 zeri...
...ma da un googol di zeri.
In confronto...
...a questi numeri enormi...
...il numero totale di atomi in quella torta di mele...
...è solo circa 10 alla 26ma potenza.
Piccolissimo, confronto ad un googol...
...e naturalmente molto, molto meno di un googolplex.
Il numero di particelle elementari...
...protoni, neutroni ed elettroni...
...nell'universo accessibile...
...è nell'ordine di 10 alla 80ma.
Cioè un uno seguito da 80 zeri.
Ancora molto, molto meno di un googol...
...ed enormemente meno di un googolplex.
Eppure questi numeri, il googol e il googolplex...
...non si avvicinano neanche lontanamente all'infinito.
Infatti, un googolplex è esattamente lontano dall'infinito...
...quanto lo è il numero uno.
Abbiamo iniziato a scrivere un googolplex...
...ma non era facile.
È un numero molto grande.
Scrivere per esteso un googolplex è un esercizio incredibilmente futile.
Un pezzo di carta lungo abbastanza per contenere tutti quegli zeri...
... non entrerebbe nell'universo conosciuto.
Per fortuna...
...c'è un...
...modo molto più semplice e conciso...
...di scrivere un googolplex.
Così.
E l'infinito...
...si può rappresentare così.
Questo è il laboratorio Cavendish della Cambridge University...
...dove furono scoperti per la prima volta i costituenti dell'atomo.
Il regno del molto piccolo.
Dal tempo di Democrito, nel Vsecolo a. C...
... gli uomini hanno speculato sull'esistenza degli atomi.
Nelle ultime centinaia di anni si è sostenuto in modo persuasivo...
... ma indiretto che tutta la materia è fatta di atomi.
Ma solo ora, finalmente, siamo riusciti a vederli.
Qui le macchie rosse sono le pulsazioni casuali...
... degli atomi di uranio...
... ingranditi 100 milioni di volte.
Quanto sarebbe piaciuto questo filmato a Democrito di Abdera!
Noi gli atomi li diamo per scontati.
Eppure, ce ne sono così tanti tipi diversi...
...belli e utili allo stesso tempo.
Guardate.
Ci sono 92 tipi di atomi chimicamente distinti...
... che si trovano naturalmente sulla Terra.
Sono chiamati gli elementi chimici.
Praticamente tutto ciò che vediamo e conosciamo...
... tutta la bellezza del mondo naturale...
... è fatto di questi pochi tipi di atomi...
... sistemati in armoniose strutture chimiche.
Qui li abbiamo rappresentati tutti e 92.
A temperatura ambiente molti di loro sono solidi.
Alcuni sono dei gas.
E due...
...il bromo e il mercurio, sono liquidi.
Sono classificati in ordine di complessità.
L'idrogeno, l'elemento più semplice, è l'elemento numero 1.
E l'uranio, il più complesso...
...è l'elemento 92.
Alcuni elementi ci sono molto familiari.
Per esempio...
...silicio, ossigeno, magnesio, alluminio, ferro...
...sono gli elementi che compongono la Terra.
Idrogeno, carbonio, azoto, ossigeno, fosforo, zolfo...
...sono gli elementi essenziali alla vita.
Altri elementi ci sono del tutto estranei.
Per esempio l'afnio.
L'erbio.
Il disprosio.
Il praseodimio.
Sono elementi che non incontriamo tutti i giorni.
In linea di massima più un elemento è familiare, più è abbondante.
C'è molto ferro sulla Terra.
Non c'è molto ittrio.
Il fatto...
...che gli atomi siano fatti di soli tre tipi di particelle elementari...
...protoni, neutroni ed elettroni...
...è una scoperta relativamente recente.
Il neutrone non fu scoperto fino al 1932.
Ed esso, come l'elettrone e il protone, fu scoperto qui...
...alla Cambridge University.
La fisica e la chimica moderne hanno ridotto la complessità...
...del mondo sensibile ad una stupefacente semplicità.
Tre unità, messe insieme secondo schemi diversi...
...fanno, essenzialmente, tutto.
Un neutrone è elettricamente neutro...
...come suggerisce il suo nome.
Un protone ha una carica elettrica positiva...
...e un elettrone ha una identica carica negativa.
Dato che ogni atomo è elettricamente neutro...
...il numero di protoni nel nucleo...
...deve equivalere il numero di elettroni nella nube esterna.
Protoni e neutroni insieme costituiscono il nucleo dell'atomo.
La chimica di un atomo, la natura di un elemento chimico...
...dipende solo dal numero di elettroni...
...che equivale al numero di protoni e si chiama il numero atomico.
La chimica non è altro che numeri.
Un'idea che sarebbe piaciuta a Pitagora.
Se sei un atomo...
...e hai un solo protone...
...sei idrogeno.
Due protoni: Elio.
Tre: Litio.
Quattro: Berillio. Cinque protoni: Boro.
Sei: Carbonio. Sette: Azoto. Otto: Ossigeno e così via.
Fino ad arrivare a 92 protoni...
...nel qual caso ti chiami uranio.
I protoni hanno carica elettrica positiva...
...ma cariche uguali si respingono.
Allora perché il nucleo sta insieme?
Perché la repulsione elettrica dei protoni...
...non fa esplodere il nucleo?
Perché c'è un'altra forza in natura.
Non è l'elettricità e non è la gravità...
...è la forza nucleare.
Possiamo immaginarla come dei ganci...
...a corto raggio che entrano in azione...
...quando protoni e neutroni si trovano molto vicini tra loro.
La forza nucleare può sopraffare...
...la repulsione elettrica dei protoni.
Poiché i neutroni esercitano forza nucleare...
...ma non forza elettrica...
...sono una specie di colla che tiene insieme il nucleo dell'atomo.
Un ammasso di due protoni e due neutroni...
...è il nucleo di un atomo di elio...
...ed è molto stabile.
Tre nuclei di elio, tenuti insieme dalle forze nucleari...
...fanno il carbonio.
Quattro nuclei di elio fanno l'ossigeno.
Non c'è alcuna differenza tra quattro nuclei di elio...
...tenuti insieme dalle forze nucleari e il nucleo dell'ossigeno.
Sono la stessa cosa.
Cinque nuclei di elio fanno il neon.
Sei fanno il magnesio.
Sette fanno il silicio.
Otto fanno lo zolfo, e così via.
Incrementando il numero atomico sempre di due...
...e costituendo sempre qualche elemento familiare.
Ogni volta...
...che aggiungiamo o sottraiamo un protone...
...e abbastanza neutroni da tenere insieme il nucleo...
...creiamo un nuovo elemento chimico.
Considerate il mercurio.
Se sottraiamo un protone dal mercurio...
...e tre neutroni, lo convertiamo in oro.
Il sogno degli antichi alchimisti.
Oltre l'elemento 92, oltre l'uranio...
...ci sono altri elementi.
Non si trovano naturalmente sulla Terra.
Vengono sintetizzati dagli esseri umani...
...e si disintegrano piuttosto in fretta.
Uno di essi, l'elemento 94, si chiama plutonio...
...ed è una delle più tossiche sostanze conosciute.
Da dove vengono gli elementi chimici che si trovano in natura?
C'è forse una creazione ben distinta per ogni elemento?
Ma tutti gli elementi sono fatti delle stesse particelle elementari.
L'universo, tutto quanto, in ogni luogo...
...è per il 99,9% idrogeno ed elio.
I due elementi più semplici.
Infatti l'elio...
...fu scoperto sul Sole prima di essere mai trovato sulla Terra.
È possibile che gli altri elementi chimici...
...siano derivati dall'idrogeno e dall'elio?
Per evitare la repulsione elettrica...
...protoni e neutroni devono trovarsi molto vicini, affinché i ganci...
...che rappresentano le forze nucleari...
...possano agire.
Questo avviene solo ad altissime temperature, quando le particelle...
...si muovono talmente velocemente che la repulsione non ha il tempo di agire.
Temperature di decine di milioni di gradi.
Queste alte temperature si trovano comunemente in natura.
Dove?
Al centro delle stelle.
Gli atomi vengono creati al centro delle stelle.
In molte delle stelle che vediamo, nuclei di idrogeno vengono compressi...
... formando nuclei di elio.
Ogni volta che si forma un nucleo di elio, viene generato un fotone di luce.
Ed è per questo che le stelle brillano.
Le stelle nascono dentro enormi nubi di gas e pulviscolo.
Come la nebulosa di Orione, a 1500 anni luce da noi...
... parti della quale subiscono collassi gravitazionali.
Le collisioni tra gli atomi riscaldano la nube finché al suo interno...
... l'idrogeno non inizia a fondersi in elio...
... e le stelle si illuminano.
Le stelle nascono a gruppi.
In seguito lasciano il nido...
... per seguire il loro destino nella Via Lattea.
Le stelle adolescenti, come le Pleiadi...
... sono ancora circondate da gas e pulviscolo.
Col tempo, viaggeranno molto lontano da casa.
Da qualche parte ci sono stelle formatesi nella stessa nube del Sole...
... 5 miliardi di anni fa.
Ma non sappiamo quali stelle siano.
Le sorelle del Sole...
... potrebbero anche trovarsi dalla parte opposta della galassia.
Forse anch'esse riscaldano pianeti vicini come fa il Sole.
Forse anch'esse hanno presieduto...
... all'evoluzione della vita e dell'intelligenza.
Il sole è la stella più vicina a noi, una luminosa sfera di gas...
... che brilla a causa del suo calore, come un ferro rovente.
La superficie che vediamo a occhio nudo è a 6000 gradi centigradi.
Ma nascosta al suo interno...
... c'è la fornace nucleare in cui viene generata la luce solare...
... e la sua temperatura è di 20 milioni di gradi.
Ai raggi X...
... vediamo una parte del Sole che di solito è invisibile...
... il suo alone di gas a un milione di gradi...
... la corona solare.
Alla luce normale queste regioni più fredde e scure...
... sono le macchie solari.
Sono associate a grandi ondate di gas infuocato...
... fiammate che inghiottirebbero la Terra se fosse abbastanza vicina.
Queste lingue di fuoco sono guidate in direzioni determinate...
... dal campo magnetico del Sole.
Le regioni scure del sole, visto ai raggi X...
... sono buchi nella corona solare...
... attraverso cui scorrono i protoni ed elettroni del vento solare...
... diretti oltre i pianeti verso lo spazio interstellare.
Tutta questa turbolenta potenza è guidata dal centro del Sole...
... che converte 400 milioni di tonnellate di idrogeno in elio...
... ogni secondo.
Il Sole è un grande reattore a fusione...
... che conterrebbe un milione di pianeti Terra.
Fortunatamente per noi è a buoni...
... 150 milioni di chilometri da noi.
Il collasso gravitazionale è il destino delle stelle.
Delle migliaia di stelle che vedete nel cielo notturno...
...ognuna vive in un intervallo tra due collassi.
Il collasso iniziale...
...di una buia nube di gas interstellare per formare la stella...
...e il collasso finale della stella luminosa...
...avviata al suo inesorabile destino.
La gravità fa contrarre le stelle, a meno che non intervengano altre forze.
Il Sole è un'immensa palla di idrogeno irradiante.
Il gas caldo al suo interno cerca di far espandere il Sole.
L'autogravità cerca di farlo contrarre.
E lo stato attuale del Sole è di equilibrio tra queste due forze...
...un equilibrio tra l'autogravità e la fornace nucleare.
Nel lungo periodo tra i due collassi...
...le stelle brillano costantemente.
Ma quando il carburante nucleare si esaurisce, l'interno di raffredda...
...la pressione non sostiene più gli strati esterni...
...e il collasso iniziale riprende.
Ci sono tre modi in cui le stelle muoiono.
Il loro destino è predeterminato.
Dipende tutto dalla loro massa iniziale.
Una stella tipica, con una massa simile a quella del Sole...
...un giorno continuerà il suo collasso...
...finché la sua densità non diventerà molto alta.
E poi la contrazione verrà fermata...
...dalla reciproca repulsione...
...degli elettroni sovraffollati al suo interno.
Per una stella con una massa il doppio di quella del Sole...
...non basta la pressione degli elettroni a fermarla.
Continua a contrarsi...
...finché non entrano in gioco le forze nucleari...
...e sostengono loro il peso della stella.
Ma una stella con una massa tre volte quella del Sole...
...non si ferma neanche con le forze nucleari.
Non c'è forza conosciuta in grado di sopportare questa enorme compressione.
E una stella del genere ha un destino stupefacente.
Continua a contrarsi...
...finché non sparisce completamente.
Ogni stella è definita dalla forza che la sostiene contro l'autogravità.
Una stella sostenuta dalla pressione del gas...
...è una stella comune come il Sole.
Una stella collassata sostenuta dalla forza degli elettroni...
...è una nana bianca.
È un sole che si è ristretto fino ad avere le dimensioni della Terra.
Una stella collassata sostenuta dalle forze nucleari...
...si chiama una stella di neutroni.
È un sole ridotto alle dimensioni di una città.
E una stella tanto grande che nel suo collasso finale...
...sparisce del tutto...
...è chiamata buco nero.
È un sole privo di dimensioni.
Ma lungo la strada verso i loro vari destini...
...tutte le stelle provano una premonizione della morte.
Prima dell'ultimo collasso gravitazionale...
...la stella trema e si gonfia brevemente in una...
...grottesca parodia di se stessa.
Col suo ultimo respiro diventa una gigante rossa.
Tra circa 5 miliardi di anni...
... ci sarà un ultimo giorno perfetto sulla Terra.
Poi, il Sole inizierà lentamente a cambiare...
... e la Terra morirà.
C'è una quantità limitata di idrogeno.
Quando sarà quasi tutto trasformato in elio...
... l'interno del Sole continuerà la sua contrazione originale.
Le temperature più alte all'interno faranno espandere l'esterno...
... e la Terra diventerà gradualmente più calda.
Alla fine la vita sarà estinta...
... gli oceani bolliranno ed evaporeranno...
... e la nostra atmosfera si disperderà nello spazio.
Il Sole diventerà una gonfia gigante rossa...
... riempiendo il cielo...
... avviluppando e consumando i pianeti Mercurio e Venere.
E probabilmente anche la Terra.
Il sistema solare interno risiederà all'interno del Sole.
Ma forse a quel punto i nostri discendenti...
... si saranno trasferiti altrove.
Nella sua agonia, il Sole inizierà lentamente a pulsare.
A quel punto il suo nucleo sarà talmente caldo...
... da trasformare temporaneamente l'elio in carbonio.
La cenere della fusione nucleare di oggi diventerà il carburante...
... che sosterrà il Sole nella sua fase di gigante rossa.
Il Sole poi rilascerà grossi strati...
... della sua atmosfera esterna nello spazio...
... inondando il sistema solare di un gas dallo strano bagliore.
Il fantasma di una stella in espansione.
Forse metà della massa del Sole verrà dispersa in questo modo.
Visto dall'esterno il nostro sistema solare somiglierà...
... alla Ring Nebula della costellazione Lira...
... con l'atmosfera del Sole che si espanderà come una bolla di sapone.
E al suo centro si troverà una nana bianca.
Il caldo nucleo esposto del Sole...
... col carburante nucleare esaurito, si raffredderà lentamente...
... man mano che diventa una fredda stella morta.
Così è la vita di una stella comune.
Nasce in una nube di gas; matura, diventando un sole giallo...
... invecchia come gigante rossa...
... e muore come nana bianca, avvolta in un sudario di gas.
Supponiamo, mentre viaggiamo nello spazio interstellare...
... nella nostra astronave della fantasia...
... di poter saggiare il freddo e rarefatto gas tra le stelle.
Troveremmo una grande preponderanza di idrogeno...
... un elemento vecchio quanto l'universo.
Troveremmo carbonio, ossigeno, silicio.
Gli atomi più abbondanti nel cosmo, a parte l'idrogeno...
... sono quelli che si formano più facilmente nelle stelle.
Ma troveremmo anche una piccola quantità di elementi rari.
Di praseodimio, magari, o d'oro.
Questi non si formano nelle giganti rosse.
Questi elementi si formano in uno dei più drammatici eventi...
... di cui una stella è capace.
Una stella con una massa più di una volta e mezzo quella del Sole...
... non può diventare una nana bianca.
Finirà la sua esistenza esplodendo...
... con una titanica esplosione stellare chiamata supernova.
Non c'è stata nessuna supernova nella nostra regione della galassia...
... dall'invenzione del telescopio...
... e il nostro sole non diventerà una supernova.
Ma nella nostra immaginazione...
... possiamo far avverare il sogno di molti astronomi terrestri...
... e vedere da vicino, al sicuro, l'esplosione di una supernova.
L'evoluzione di una stella richiede milioni o miliardi di anni.
Ma il collasso interno che scatena l'esplosione di una supernova...
... dura solo pochi secondi.
La stella diventa più luminosa di tutte le altre stelle della galassia...
... messe insieme.
ESPLOSIONE ATTIVA
Se una stella vicina diventasse una supernova...
... sarebbe certo una calamità per gli abitanti di questo sistema alieno.
Ma se il loro sole diventasse una supernova...
... sarebbe una catastrofe senza precedenti.
Interi mondi verrebbero vaporizzati.
La vita, anche sui pianeti più esterni, si estinguerebbe.
Nella nostra astronave, ora, ci stiamo allontanando dalla stella.
Ma i frammenti dell'esplosione...
... che viaggiano quasi alla velocità della luce, ci stanno raggiungendo.
Innumerevoli nuclei atomici, spinti ad alte velocità dall'esplosione...
... diventano raggi cosmici.
Un altro modo in cui le stelle restituiscono gli atomi sintetizzati...
... allo spazio.
L'onda d'urto dei gas in espansione...
... riscalda e comprime i gas interstellari...
... favorendo la formazione di una nuova generazione di stelle.
Anche in questo senso...
... le stelle sono delle fenici che risorgono dalle loro stesse ceneri.
Il cosmo in origine era tutto idrogeno ed elio.
Gli elementi più pesanti si formarono nelle giganti rosse e nelle supernove.
Poi furono rilasciati nello spazio...
... dove divennero i materiali per successive generazioni...
... di stelle e pianeti.
Il nostro sole probabilmente è una stella di terza generazione.
Eccetto l'idrogeno e l'elio...
... ogni atomo nel Sole e nella Terra fu sintetizzato in altre stelle.
Il silicio nelle rocce, l'ossigeno nell'aria, il carbonio nel DNA...
... l'oro nelle nostre banche, l'uranio nei nostri arsenali...
... furono creati a migliaia di anni luce di distanza...
... e miliardi di anni fa.
Il nostro pianeta, la nostra società e noi stessi...
... siamo fatti del materiale delle stelle.
Siamo in una galleria scavata dalla lava.
Una grotta scavata nella Terra...
...da un fiume di roccia fusa.
Per fare un piccolo esperimento...
...ci siamo portati dietro un contatore geiger...
...e un pezzo di uranio grezzo.
Il contatore geiger è sensibile alle particelle ad alta carica elettrica...
...come i protoni, i nuclei di elio e i raggi gamma.
Se lo avviciniamo all'uranio...
...la velocità del segnale aumenta drammaticamente.
Abbiamo anche un contenitore di piombo.
E se metto l'uranio...
...nel contenitore, che assorbe le radiazioni, e lo copro...
...trovo che il segnale rallenta in modo significativo...
...ma non si azzera del tutto.
Qual è la causa del segnale rimanente?
In parte è la radioattività nelle pareti della grotta.
Ma c'è anche qualcos'altro.
In parte il segnale è causato da particelle ad alta carica elettrica...
...che penetrano attraverso il tetto della grotta.
Stiamo ascoltando i raggi cosmici.
In ogni momento penetrano nel mio corpo...
...e nel vostro.
Non fanno molti danni. I raggi cosmici bombardano la Terra...
...da quando esiste la vita sul nostro pianeta.
Ma provocano alcune mutazioni...
...e hanno un effetto sulla vita sulla Terra.
I raggi cosmici, principalmente protoni...
...penetrano attraverso i metri di roccia sopra la mia testa.
Per farlo devono essere molto energici, e infatti...
...viaggiano quasi alla velocità della luce.
Immaginatelo.
Esplode una stella...
...a migliaia di anni luce di distanza...
...e produce dei raggi cosmici che...
...viaggiano attraverso la galassia della Via Lattea...
...per milioni di anni finché, per puro caso...
...alcuni di loro colpiscono la Terra...
...penetrano in questa grotta, raggiungono questo contatore geiger...
...e noi.
L'evoluzione della vita sulla Terra dipende in parte da mutazioni...
...provocate dalla morte di stelle lontane.
Siamo, in un senso molto profondo...
...collegati al cosmo.
I nostri antenati lo sapevano bene.
I movimenti del Sole, della Luna e delle stelle...
... potevano essere usati per prevedere le stagioni.
Così gli antichi astronomi di tutto il mondo...
... studiavano il cielo notturno con cura...
... memorizzando e registrando la posizione delle stelle visibili.
Per loro l'apparizione di una nuova stella sarebbe stata significativa.
Cosa avrebbero pensato dell'apparizione di una supernova...
... più luminosa di ogni altra stella nel cielo?
II 4 luglio del 1054...
...gli astronomi cinesi registrarono la comparsa di una "stella ospite"...
...nella costellazione del Toro.
Una stella mai vista prima esplose nel cielo...
...diventando quasi luminosa quanto la luna piena.
A mezzo mondo di distanza, qui nel sud-ovest americano...
...c'era allora una cultura evoluta, con una ricca tradizione astronomica.
Anche loro devono aver visto questa nuova stella luminosa.
Col sistema di datazione al carbonio-14...
...dei resti di un fuoco di carbone, sappiamo che in questo punto...
...viveva un popolo nell'XI secolo.
Questi erano gli Anasazi, gli antenati degli Hopi di oggi.
E uno di loro sembra aver disegnato...
...su questa roccia protetta dalle intemperie...
...un'immagine della nuova stella.
La sua posizione vicino alla Luna sarebbe stata esattamente questa.
E l'impronta della mano, forse...
...è la firma dell'artista.
Questa notevole stella si chiama oggi la supernova del Granchio.
"Nova" dalla parola latina per nuovo, e "Granchio" perché...
...fu l'immagine evocata nella mente di un astronomo, secoli dopo...
...mentre osservava i resti di questa esplosione al telescopio.
Il Granchio è una stella che è esplosa.
L'esplosione rimase visibile per tre mesi.
Si vedeva bene in pieno giorno.
E di notte ci si poteva leggere.
Immaginate la notte in cui...
...la colossale esplosione stellare...
...esplose per la prima volta nel cielo.
Mille anni fa...
... degli uomini guardarono meravigliati la nuova stella...
... e si chiesero cosa fosse.
Siamo la prima generazione che ha il privilegio di sapere la risposta.
Attraverso il telescopio abbiamo visto cosa c'è oggi...
... nel punto del cielo indicato dagli antichi astronomi.
Una grande nube luminosa, i resti di una stella...
... che si scioglie violentemente, dissolvendosi nello spazio.
Solo le enormi giganti rosse diventano supernove.
Ma ogni supernova un tempo era una gigante rossa.
Nella storia della galassia...
... centinaia di milioni di giganti rosse sono divenute supernove.
La parte di stella che non esplode collassa sotto l'autogravità...
... roteando sempre più velocemente, come una pattinatrice...
... che chiude le braccia.
La stella diventa un singolo, enorme nucleo atomico...
... una stella di neutroni.
Quella nella nebulosa del Granchio compie 30 rotazioni al secondo.
Emette raggi regolari di luce...
... e sembra accendersi e spegnersi con grande regolarità.
Queste stelle di neutroni si chiamano pulsar.
La materia delle stelle di neutroni...
...pesa circa una montagna per cucchiaino.
Tanto che se ne avessi un pezzo in mano e lo lasciassi andare...
...e non potrei certo impedirgli di cadere...
...passerebbe attraverso la Terra come...
...un coltello attraverso del burro tiepido.
Scaverebbe una galleria da una parte all'altra della Terra...
...emergendo dall'altra parte, magari in Cina.
La gente potrebbe trovarsi a camminare per strada, quando...
...una pallina di materia di stella di neutroni schizza dal terreno...
...per poi ricadere a terra.
Questo evento potrebbe essere...
...una piacevole interruzione della routine quotidiana.
La materia stellare, ricatturata dall'attrazione terrestre...
...passerebbe di nuovo attraverso il pianeta...
...finendo per scavare centinaia di gallerie...
...prima che l'attrito con l'interno del pianeta ne fermasse il moto.
Quando finalmente si fermerebbe al centro della Terra...
...l'interno del nostro mondo somiglierebbe ad un groviera.
In certe zone della galassia, coppie di stelle di neutroni e giganti rosse...
... sono prigioniere di un abbraccio gravitazionale.
Tentacoli di materia stellare dalle giganti rosse...
... formano una spirale di materia che si addensa...
... intorno alla calda stella di neutroni.
Ogni stella esiste in uno stato di tensione...
... tra la forza che la sostiene...
... e la gravità, la forza che vorrebbe farla collassare.
Se prevalesse la gravità ne conseguirebbe una follia stellare...
... più strana di qualunque cosa nel paese delle meraviglie.
Alice e i suoi colleghi si sentono, più o meno...
... a loro agio nel campo gravitazionale della Terra...
... chiamato 1g, dove "g" sta per la gravità terrestre.
Che succederebbe se la gravità fosse più o meno forte?
A gravità inferiore le cose diventano più leggere.
Vicino a zero g, il minimo movimento fa sì che i nostri amici...
... si mettano a galleggiare per aria.
Perle liquide di tè volano dappertutto.
Curioso.
Se ora riportiamo la gravità a 1g...
... piove tè, e i nostri amici ricadono a terra.
Sono stato anch'io a un paio di feste del genere.
A forze gravitazionali superiori, 2 o 3g, per esempio...
... tutto viene rallentato.
Si sentono tutti molto pesanti.
Fuorché, per speciale dispensa...
... il gatto del Cheshire.
Come gesto di cortesia, li rimuoviamo dalla scena.
A migliaia di g gli alberi vengono schiacciati.
A 100.000 g le rocce vengono schiacciate dal loro peso.
Queste forze gravitazionali non hanno effetto sui raggi luminosi...
... che continuano a propagarsi in modo rettilineo.
Ma a miliardi di g...
... perfino la luce sente la gravità e inizia a piegarsi su se stessa.
"Sempre più curioso."
Un posto simile, in cui la gravità è tale da imprigionare anche la luce...
... si chiama buco nero.
È una stella in cui la luce stessa è imprigionata.
I buchi neri erano costrutti teorici...
... su cui si speculava dal 1783.
Ma adesso abbiamo verificato l'invisibile.
Questa stella luminosa ha un enorme compagno invisibile.
Satelliti osservatori trovano che sia un'intensa fonte di raggi X...
... ed è stata chiamata Cygnus X-1.
Questi raggi X sono come le orme...
... di un uomo invisibile che cammina nella neve.
Si pensa che i raggi X siano generati dall'attrito...
... nel disco in cui si ammassa la materia intorno al buco nero.
La materia nel disco lentamente scompare...
... nel buco nero.
Enormi buchi neri, prodotti dal collasso di miliardi di soli...
... potrebbero stare al centro di altre galassie...
... a produrre enormi getti di radiazioni...
... che inondano lo spazio.
Raggiunta una densità sufficiente, la stella si estingue.
Sparisce dal nostro universo, lasciando dietro di sé solo la sua gravità.
Scivola in una crepa autogenerata nel continuum spazio-temporale.
Un buco nero è un luogo in cui un tempo c'era una stella.
Qui abbiamo una superficie piana e bidimensionale...
...squadrata come la carta millimetrata.
Supponiamo di prendere una piccola massa...
...di farla cadere sulla superficie e di osservare come si distorce...
...incorporando anche la terza delle dimensioni fisiche.
La gravità si può intendere come una curvatura dello spazio.
Se la nostra palla si avvicina ad una distorsione stazionaria...
... le gira intorno come un pianeta in orbita intorno ad un sole.
In questa interpretazione, dovuta ad Einstein, la gravità è una fossetta...
... nel tessuto dello spazio, sulla strada degli oggetti in moto.
Lo spazio viene distorto dalla massa in una nuova dimensione fisica.
Più grande è la massa locale, più grande è la gravità locale...
...e più intensa è la distorsione...
...o la fossetta nello spazio.
Seguendo questa analogia...
...un buco nero è una specie di pozzo senza fondo.
Cosa accadrebbe se ci cadeste dentro?
Ammesso che sopravviveste alle correnti gravitazionali...
...e all'intenso flusso di radiazioni, è appena ammissibile...
...che piombando in un buco nero...
...potreste emergere in un'altra parte dello spazio-tempo.
Un altro posto nello spazio...
...un altro momento nel tempo.
Visto così, lo spazio è...
...pieno di un reticolo di corridoi quantici...
...simili alle gallerie scavate dai vermi nelle mele.
Questo però non è un fatto dimostrato...
...ma solo un'ipotesi eccitante.
Se fosse vera...
...potrebbero esistere dei tunnel gravitazionali...
...una specie di metropolitana intergalattica...
...che ci permetterebbe di andare...
...da qui a lì in un tempo molto minore dell'usuale.
Una specie di sistema rapido di transito cosmico.
Non siamo in grado di generare dei buchi neri.
La nostra tecnologia è troppo debole per...
... muovere masse così enormi di materia.
Ma forse un giorno sarà possibile viaggiare a centinaia...
... o migliaia di anni luce fino a un buco nero come Cygnus X-1.
Ci tufferemo dentro, per emergere...
... in un luogo e un tempo inimmaginabilmente esotici...
... col nostro concetto della realtà severamente compromesso.
Forse il cosmo è infestato di corridoi quantici...
... ognuno dei quali conduce ad un luogo diverso.
Forse altre civiltà, con tecnologie incredibilmente avanzate...
... stanno viaggiando oggi sull'espresso della gravità.
È perfino possibile che un buco nero sia una porta...
... che conduce ad un altro universo, diverso dal nostro.
La vita e la morte delle stelle...
...sembrano impassibilmente lontane dall'esperienza umana...
...eppure siamo collegati nel senso più intimo al loro ciclo vitale.
La materia stessa di cui siamo costituiti...
...fu generata tanto tempo fa dentro qualche stella gigante rossa.
Un filo d'erba, come disse Walt Whitman...
"...è il frutto della dura giornata delle stelle".
La formazione del sistema solare...
...potrebbe essere stata scatenata dall'esplosione di una supernova.
Una volta che il sole si fu illuminato...
...la sua luce ultravioletta inondò la nostra atmosfera.
Il suo calore generò i lampi.
E queste fonti di energia furono la scintilla all'origine della vita.
Le piante raccolgono la luce solare...
...convertendo l'energia solare in energia chimica.
Noi e gli altri animali siamo parassiti delle piante.
Quindi sussistiamo tutti grazie all'energia solare.
L'evoluzione della vita è guidata dalle mutazioni...
...che sono provocate dai raggi cosmici e dalla radioattività naturale.
Entrambe queste forze hanno origine nella morte di enormi stelle...
...a migliaia di anni luce di distanza.
Pensate al calore del sole sul vostro viso...
...in una limpida giornata estiva.
A 150 milioni di chilometri...
...riconosciamo la sua potenza.
Cosa proveremmo sulla sua superficie rovente e luminosa...
...o immersi nel suo cuore di fuoco nucleare?
Eppure il Sole è una stella ordinaria, perfino mediocre.
I nostri antenati veneravano il Sole e non erano affatto degli sciocchi.
Ha senso venerare il Sole e le stelle.
Perché noi siamo i loro figli.
Abbiamo osservato i cicli vitali delle stelle.
Nascono, maturano e poi muoiono.
Col passare del tempo ci sono più nane bianche...
... più stelle di neutroni, più buchi neri.
I resti delle stelle si accumulano...
... col passare del tempo.
Inoltre, lo spazio interstellare si arricchisce di elementi pesanti...
... dai quali si formano nuove generazioni di stelle e pianeti...
... vita e intelligenza.
Una stella può influenzare mondi a mezza galassia di distanza...
... e un miliardo di anni nel futuro.
Le vaste nubi interstellari di gas e pulviscolo...
... sono vivai stellari.
Inizia qui l'inevitabile collasso gravitazionale...
... che determina la vita delle stelle.
Alcuni soli raggiungono lo stato di giganti rosse in pochi milioni di anni.
Muoiono giovani e non lasciano mai la nube in cui nacquero.
Altri soli, più longevi, lasciano il nido.
Il nostro sole è uno di questi...
... come lo sono la maggior parte delle stelle nel cielo.
Molte stelle fanno parte di sistemi stellari doppi o multipli...
... e consumano il loro combustibile nucleare in miliardi di anni.
La galassia ha 10 miliardi di anni.
Abbastanza da aver generato...
... solo poche generazioni di comuni stelle.
Quelle che incontriamo attraversando la Via Lattea...
... sono fasi nel ciclo vitale delle stelle.
Alcune sono luminose e nuove...
... e altre sono antiche quanto la galassia stessa.
La Via Lattea è circondata da un alone di materia...
... che include gli ammassi globulari...
... ognuno dei quali contiene fino a un milione di stelle vecchie.
Al centro degli ammassi globulari e nel cuore della galassia...
... potrebbero esserci dei colossali buchi neri pulsanti...
... in attesa di future esplorazioni.
Noi sulla Terra ammiriamo, giustamente...
... il ritorno quotidiano del nostro sole.
Ma da un pianeta orbitante una stella in un distante ammasso globulare...
... un'alba ancora più gloriosa attende.
Non un'alba solare, ma il sorgere di una galassia.
Una mattina piena di 400 miliardi di soli...
... il sorgere della Via Lattea.
Un'enorme forma a spirale con nubi di gas in via di collasso...
... sistemi planetari in formazione, luminose super giganti...
... stabili stelle di mezza età...
... giganti rosse, nane bianche, nebulose planetarie, supernove...
... stelle di neutroni, pulsar, buchi neri e...
... c'è ogni motivo di pensare, altri oggetti esotici...
... che non abbiamo ancora scoperto.
Da un simile mondo, alto sopra il disco della Via Lattea...
... sarebbe chiaro, come inizia ad essere chiaro sul nostro mondo...
... che siamo fatti degli atomi nelle stelle...
... che la nostra materia e la nostra forma sono determinate...
... dal cosmo di cui siamo parte.
IL COSMO AGGIORNAMENTO
Ho solo un momento, ma volevo mostrarvi un'immagine di Betelgeuse...
...nella costellazione di Orione.
La prima immagine della superficie di un'altra stella.
Ma la più eccitante scoperta stellare recente...
...è quella di una vicina supernova...
...in una galassia sorella della Via Lattea.
Qui vediamo gli elementi chimici durante il processo di sintesi...
...e diamo il primo sguardo ad una supernova...
...grazie ad un nuovo campo: L'astronomia dei neutrini.
E adesso vediamo, intorno alle stelle più vicine...
...dischi di gas e pulviscolo proprio come quelli che servono per spiegare...
...l'origine dei pianeti del nostro sistema solare.
Potrebbero esserci dei mondi in via di formazione, qui.
È come vedere una foto del passato del nostro sistema solare.
E ne stiamo trovando così tanti, di questi dischi...
...da far pensare che la Via Lattea potrebbe essere piena di pianeti.