Radiogalassie, quasar, pulsar di Letizia Buffoni
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Radiogalassie, quasar, pulsar di Letizia Buffoni
Nella storia dell'astronomia le maggiori scoperte di oggetti o fenomeni celesti e la successiva nascita delle teorie relative si sono verificate solitamente al primo apparire di nuove tecniche di indagine. Così, dopo l'impiego di mezzi ottici sempre più potenti, capaci di aumentare le possibilità limitate degli occhi nel raccogliere la luce emessa dagli oggetti celesti, un nuovo mezzo di ricerca, il radiotelescopio, ha aperto le porte ad un nuovo ramo dell'astronomia: la radioastronomia. I radiotelescopi sono basati su principi fondamentalmente uguali a quelli che definiscono i telescopi ottici: sono però tali da permettere la ricezione di una banda di radiazioni diverse dalla luce, che attraversano la nostra atmosfera e arrivano fino a noi. La scoperta che la galassia nella quale ci troviamo emette radioonde è avvenuta casualmente verso il 1931; a poco a poco si sono localizzate le sorgenti di queste emissioni; più tardi si è potuto constatare che anche alcune galassie esterne erano dotate di radioemissioni più o meno intense; infine si è giunti alla scoperta di oggetti che hanno suscitato violente e accese discussioni sulla loro origine e natura: quasar e pulsar. Le radiosorgenti possono essere di natura diversa: Giove per esempio emette radioonde molto intense in particolare su lunghezze d'onda tra i 10 e i 20 metri e il perché di questa emissione è ancora molto incerto; gli altri pianeti sono invece rivelabili via radio molto più difficilmente. Tra le stelle, solo il nostro Sole è una sorgente continua di radioonde soprattutto durante i periodi di massima attività; tuttavia è interessante notare che l'emissione radio del Sole è molto meno intensa della sua radiazione ottica, cosa che permette l'osservazione via radio del cielo sia di giorno che di notte.
Altre fonti di emissione radio all'interno della nostra galassia sono i resti di supernovae e le regioni popolate da nebulose gassose; la rappresentazione radio-telescopica della Via Lattea è diversa dalla immagine ottica: infatti essa è circondata da uno strato invisibile ma radio-emittente che la fa assomigliare ad una sfera contenente nel suo interno la parte centrale, ossia l'immagine ottica. Si sa che dal punto di vista ottico esistono molte galassie esterne che assomigliano, quale più quale meno, alla nostra; lo stesso avviene per quanto riguarda la radioemissione: ve ne sono cioè molte altre che emettono, come la Via Lattea, onde radio in misura ragionevole: questo ha procurato loro il nome di galassie normali. Oltre queste però ne esistono altre che hanno radioemissioni molto maggiori rispetto al valore medio, emissioni che in in alcuni casi raggiungono valori superiori di un milione di volte o anche più a quelli della nostra galassia o delle altre galassie normali. A questo tipo di oggetti celesti è stato dato il nome di radiogalassie; il primo problema da affrontare è quello di identificare la sorgente della radiazione con un oggetto visibile e stabilire quali fenomeni fisici provocano queste intensissime radioemissioni. Problema ancor oggi insoluto, in quanto è difficile spiegare da dove provenga l'energia necessaria per radioemissioni così intense; un altro punto interessante da chiarire è il motivo per cui una galassia normale diventa una radiogalassia, e le modalità di tale processo evolutivo.
Per quanto riguarda l'accoppiamento tra sorgente radio e sorgente ottica sono necessarie osservazioni radio molto precise per stabilire quale delle galassie vicine sia una radiosorgente; le prime due identificazioni sono state fatte con galassie brillanti e precisamente NGC 5128 nel Centauro e M 87 nella Vergine: tuttavia la ricerca non è sempre facile perché la maggior parte delle radiogalassie sono otticamente molto più deboli di queste, e non sempre il lavoro per l'identificazione porta a risultati positivi. Circa la provenienza dell'enorme energia necessaria per le radioemissioni, si era inizialmente pensato che questa potesse essere causata da uno scontro di due o più galassie. Questa ipotesi sembrava avvalorata dal fatto che otticamente tali sorgenti sono molto spesso doppie, cioè composte di due galassie. Durante una collisione di galassie si può scartare l'ipotesi che le singole stelle componenti possano scontrarsi: sarebbe comunque sufficiente lo scontro della materia interstellare, nubi di gas e pulviscolo, per provocare onde radio abbastanza intense, tuttavia non dell'ordine di quelle registrate. L'energia liberata durante tale processo di collisione non sembra infatti sufficiente a spiegare le radioemissioni più intense, per esempio quelle della radiogalassia Cygnus A, una delle più potenti, tale che le sue sole radioonde fanno pensare ad un'energia che dovrebbe uguagliare tutte le diverse radiazioni che possono generarsi in una galassia normale. Una seconda ipotesi è quella che suppone una gigantesca esplosione nel nucleo della galassia, oppure che il centro galattico sia sede di improvvise e violente esplosioni: resta però da spiegare il perché di questi fenomeni; sono state ovviamente proposte parecchie ipotesi, ma nessuna sembra, almeno fino ad oggi, spiegare chiaramente tali processi. Per esempio, potrebbero esistere catene di reazioni esplosive del tipo delle supernovae oppure collassi gravitazionali di nuvole gassose; in ogni caso pare accertato che tali esplosioni del nucleo galattico dovrebbero raggiungere la potenza di almeno 100 milioni di supernovae. Insoluto rimane inoltre il problema di come tale energia venga convertita in modo tale da produrre le forti radioemissioni che ci arrivano. Delle radiosorgenti che si trovano al di fuori della nostra galassia, sembra accertato che il 70% siano radiogalassie e il resto siano quegli oggetti ancora più misteriosi ai quali è stato imposto il nome di oggetti quasi-stellari o quasar. Probabilmente nessuna scoperta ha mai colpito gli astronomi come quella delle quasar, e non siamo ancora in grado di dare una risposta esauriente a tutti i problemi che le loro caratteristiche hanno aperto. La scoperta delle quasar è avvenuta nei primi anni sessanta; oggi il loro numero è salito a qualche centinaio. Se non fosse stato per le loro potentissime radioemissioni, gli oggetti quasi stellari sarebbero ancora ignoti, perché sembrano oggetti molto deboli (nel caso in cui si sia reso possibile l'accoppiamento tra sorgente radio e sorgente luminosa) o sono addirittura al limite di visibilità dei più potenti mezzi ottici attualmente a disposizione.
Questi corpi misteriosi travestiti da stelle, per quanto molto più piccoli delle galassie, devono possedere un'energia confrontabile con quella di centinaia di galassie; il problema principale è perciò quello di trovare come mai siano fonte di tanta energia. Lo spettro delle quasar mostra uno spostamento molto intenso verso il rosso: questo fenomeno potrebbe indicare una enorme velocità di allontanamento e perciò le quasar potrebbero essere gli oggetti celesti più distanti che ci sia permesso di conoscere: tuttavia alcuni astronomi pensano che l'evidente forte spostamento verso il rosso potrebbe essere spiegato diversamente, e che le quasar non siano eccessivamente lontane. Resta comunque certo che l'ipotesi sulla natura di questi oggetti è strettamente legata all'interpretazione che si dà al loro spostamento spettrale. Secondo uno dei tanti modelli teoretici degli oggetti quasi stellari (Greenstein-Schmidt, 1964) le linee di emissione osservate in queste sorgenti sono prodotte da nuvole di gas ionizzato con una densità di circa 10 (esp.4) ÷ 10 (esp.7) particelle per centimetro cubo e una temperatura che si aggira intorno ai 15000° K: la maggior parte della radiazione sarebbe provocata da un oggetto più piccolo interno alla nuvola gassosa, la cui massa dovrebbe essere equivalente a quella di un milione di stelle simili al Sole mentre il suo diametro dovrebbe aggirarsi tra 1 e 10 anni luce. L'oggetto quasi stellare 3C 273 (cioè la radiosorgente 273 del Terzo Catalogo Generale di radiosorgenti edito dall'Osservatorio di Cambridge) è il più brillante che si conosca: ha una magnitudine piuttosto variabile, il cui valore si aggira intorno a tredici; se si accetta l'interpretazione cosmologica per lo spostamento spettrale verso il rosso questa quasar sarebbe l'oggetto più luminoso scoperto fino ad oggi: la sua magnitudine infatti risulterebbe circa 4 volte maggiore di quella di una radiogalassia. Mentre continuano le incertezze per quello che riguarda la natura delle radiogalassie e delle quasar, la scoperta di una nuova classe di radiosorgenti, le pulsar, ha contribuito a intricare maggiormente la situazione. La prima di queste pulsar è stata rilevata agli inizi del 1968 e la sua caratteristica fondamentale, così come quella delle successive, è la regolarità dell'intervallo che intercorre fra un impulso e il successivo, regolarità che in un primo momento aveva fatto pensare che i segnali emessi dalle pulsar fossero il messaggio mandato da qualche civiltà sconosciuta. Il periodo fra un impulso e il successivo per tutte le pulsar osservate è dell'ordine del secondo; il minimo periodo registrato è di 0,253 secondi, quello massimo di 1,337 secondi; la durata di ogni impulso è brevissima: per alcune pulsar è di 20, per altre 50 millisecondi; in ogni caso si può dire che tutte le osservazioni eseguite fanno pensare alla durata media di 35 millisecondi per impulso. Fino ad oggi sembra che nessuna pulsar si sia potuta associare con un oggetto celeste visibile, sebbene le osservazioni in questo senso continuino con assiduità. Sembra che le ipotesi più attendibili in grado di spiegare il fenomeno periodico delle pulsazioni possano riassumersi in tre gruppi. I segnali potrebbero essere causati da due stelle ruotanti l'una attorno all'altra, oppure potrebbero essere dovuti all'eccitazione di una massa in rotazione vorticosa su se stessa, oppure ancora potrebbero essere pulsazioni di particolarissimi tipi di stelle. La prima di queste ipotesi sembra la meno degna di attenzione: i segnali infatti si ripetono con intervalli di tempo troppo brevi per essere causati da un sistema composto da due stelle mutuamente orbitanti.
Le altre due teorie possono avere base attendibile solo nel caso in cui si riferiscano agli unici corpi celesti, tra quelli che si conoscono, dotati delle caratteristiche richieste, e precisamente le nane bianche e le stelle a neutroni. E' pensabile che i continui studi su questi tipi di radiosorgenti (radiogalassie, quasar e pulsar) possano presto portare ad una chiarificazione sulla loro natura e sulla loro posizione nel quadro evolutivo dell'Universo.
