Cinquantamila.it La storia raccontata da Giorgio Dell'Arti

Ida Bozzi
Galileo Galilei (1564-1642) pubblicò nel 1610 il Sidereus Nuncius, saggio fondamentale con un titolo che significa sia “Il messaggio delle stelle”, sia “Il messaggero delle stelle”: lì lo scienziato pisano rese note le sue osservazioni della Luna, dei satelliti di Giove e degli astri. Poiché tali osservazioni erano possibili grazie alla luce (quella del Sole e delle altre stelle), ecco il primo nuncius, messaggero o messaggio, del cosmo: oggi li chiamiamo “fotoni della luce visibile”. Ne parla il testo divulgativo L’universo nascosto (Castelvecchi) dell’astrofisico Alessandro De Angelis, che spiega la lunga strada della comprensione umana del linguaggio del cosmo in maniera molto dettagliata. La luce visibile infatti è appena la prima sillaba del linguaggio con cui l’universo si fa capire. I messaggeri sono tanti e raccontano fenomeni e oggetti diversissimi del cosmo. E li raccontano anche meglio se ascoltati insieme, grazie alla cosiddetta “astronomia multimessaggera” (o “multimessaggio”): De Angelis e un altro noto astrofisico, Marco Tavani, presidente dell’Inaf, Istituto nazionale di astrofisica, si confrontano sui progressi della comprensione di quel linguaggio. E fanno capire che il successo dell’astronomia multimessaggio viene anche da un altro fattore: il lavoro collettivo, se non planetario, intorno a questi segnali delle stelle.
MARCO TAVANI — Quello dell’universo è un linguaggio di cui oggi abbiamo chiari gli elementi, ma che a volte è difficile da decifrare. In quest’ultimo secolo, con grandissima fatica, siamo riusciti ad avere un quadro globale della radiazione che viene dal cosmo: le onde radio, di energia più bassa, i fotoni della luce che vediamo con i nostri occhi e sono solo una piccola parte dello spettro globale, poi i raggi X e i fotoni di altissima energia, con energie che non siamo in grado di riprodurre nemmeno nei nostri migliori acceleratori sulla Terra. Il libro di De Angelis parla anche della commistione tra i segnali elettromagnetici e altri segnali, emersa nell’ultimo secolo con la scoperta dei raggi cosmici. Perché oltre ai fotoni, dal cosmo arrivano anche particelle molto energetiche: i raggi cosmici, che per la maggior parte sono protoni (con qualche altro nucleo più pesante), e sono accelerati a energie altissime. Abbiamo avuto altre piacevoli sorprese: i neutrini, particelle elusive, ma fondamentali per la fisica, che ci attraversano come burro, senza interagire se non in proporzioni piccolissime.


Anche i quasi imprendibili neutrini sono messaggeri del cosmo?
MARCO TAVANI — Con rilevatori molto grandi, chiamiamoli “pesanti”, si è capaci di rilevare le rarissime interazioni con i neutrini. I neutrini sono prodotti da accelerazioni cosmiche molto energetiche: sono messaggeri dei processi che avvengono a monte e ci danno una diagnostica del fenomeno fisico diversa o aggiuntiva rispetto a quella che arriva da raggi gamma, raggi X o altre radiazioni. Dulcis in fundo, è arrivata anche la bellissima prospettiva di studiare le onde gravitazionali, ed è tutta un’altra storia: è il tessuto dello spazio-tempo che viene increspato ed è soggetto a queste onde, prodotte da masse molto pesanti gravitanti l’una rispetto all’altra, due buchi neri o due stelle di neutroni che ruotano l’una intorno all’altra e cadono l’una sull’altra, e così via. La prospettiva eccezionale degli ultimi anni è la possibilità di connettere e studiare le onde gravitazionali, che vengono da fenomeni estremi, con tutti gli altri messaggeri, cioè con le onde elettromagnetiche e, sarebbe bellissimo, con i segnali di particelle. Quattrocento anni dopo il Sidereus Nuncius, Galileo sarebbe contento dei suoi nipoti, che hanno lavorato moltissimo seguendo le sue orme. Anche se resta ancora davvero tanto da spiegare.
ALESSANDRO DE ANGELIS — Questo progresso è sorprendentemente interessante perché coinvolge due aspetti: la tecnologia e le idee. Dal primo punto di vista, abbiamo avuto le nuove scoperte e osserviamo i nuovi canali di informazione dal cielo grazie ai progressi tecnologici. Galileo è riuscito a costruire il telescopio servendosi dell’abilità dei vetrai veneziani e seguendo le sue intuizioni; lo stesso è avvenuto nei secoli con la scoperta delle onde radio, delle particelle e delle onde gravitazionali: tutto questo è avvenuto grazie alla tecnologia. L’altro aspetto è quello delle idee: quando Galileo osservò per la prima volta con il telescopio i satelliti di Giove, molti si chiesero se l’osservazione effettuata con uno strumento corrispondesse davvero alla realtà, se avesse lo stesso valore di realtà. Oggi lo abbiamo superato, ma è un salto epocale nel concetto di conoscenza, per gli esseri umani: noi creiamo strumenti con cui non vediamo gli oggetti del cosmo, vengono processati da un computer, emergono da cumuli di anni e anni di dati. Il nostro progresso si accompagna anche a questa rivoluzione di idee.

Onde radio, luce, raggi gamma... Tutti questi segnali sono messaggeri. Ma che cosa ci dicono?
ALESSANDRO DE ANGELIS — Già la rivelazione delle onde radio ebbe un impatto enorme sulla conoscenza, tanto che la prima volta che gli scienziati individuarono i segnali di onde radio, fin dai tempi di Nikola Tesla (1856-1943), si chiesero che cosa fossero e se avessero una corrispondenza con gli oggetti cosmici (qualcuno pensò che fossero segnali degli abitanti di Marte...). Dopodiché si è scoperto che tutti questi “tipi diversi di luce a noi invisibili”, sono legati agli stessi oggetti che vediamo con la nostra vista. Ma con qualche differenza.


Con qualche differenza, dice: in che senso?
ALESSANDRO DE ANGELIS — Esistono oggetti che rivelano alcuni aspetti in alcune lunghezze d’onda e non in altre. Prendiamo la nebulosa del Granchio: se la si guarda al telescopio si vede una palla. Ma se la si guarda con la giusta lunghezza d’onda, in questo caso quella dei raggi X, allora si vede una massa, un getto compatto al centro e altre masse intorno. A partire dal 1930 si è costruita tutta una tavolozza di colori che riusciamo a «vedere», di messaggi che riusciamo a cogliere. Poi finalmente abbiamo visto i raggi X e i raggi gamma: una rivoluzione, per capire le più alte energie dell’universo. Ci sono stati esperimenti cruciali. Uno recente: l’esperimento Agile (Astro-rivelatore gamma a immagini leggero) dell’Agenzia spaziale italiana, appena concluso, diretto da Tavani, che ha svelato aspetti del cosmo mai visti prima, grazie alle altissime energie. E da cinque o sei anni a oggi, altra rivoluzione, si è cominciato a vedere segnali non solo di particelle, ma di particelle che puntano alle sorgenti.

Che cosa significa, particelle che «puntano alle sorgenti»?
MARCO TAVANI — Facciamo un esempio: non individuiamo una sorgente di protoni cosmici perché i protoni lungo il cammino sono deviati dal campo magnetico della nostra galassia, che ne fa una specie di melassa, un blob che arriva alla Terra senza un ricordo della sorgente originaria. Ma i neutrini, per esempio, non subiscono l’influenza del campo magnetico: sono molto evanescenti e difficili da individuare, ma vanno dritti. Se si trovasse una sorgente di neutrini nella nostra galassia, sarebbe fantastico. Ci stiamo provando, i candidati devono essere sorgenti molto energetiche che vediamo già con i raggi X e con i raggi gamma: se vedessimo anche i neutrini, ecco, questa sarebbe astronomia multimessaggio. In casi particolari, se si è fortunati, dopo eventi esplosivi si può vedere un’associazione di onde gravitazionali con fenomeni di tipo radio, ottico, X e gamma. Ne abbiamo avuto uno, il famoso evento del 17 agosto 2017: un evento gravitazionale con due stelle di neutroni, oggetti molto compatti alla fine dell’evoluzione stellare, che sono caduti l’uno sull’altro e hanno prodotto un’esplosione che è stata vista nei raggi X, gamma e così via per mesi e mesi. Questa è l’astronomia multimessaggio: onde gravitazionali, più qualche altra cosa; neutrini, più qualche altra cosa.

Ma il metodo aumenta la conoscenza scientifica in modo consistente?
ALESSANDRO DE ANGELIS — Enormemente, già nei pochi anni in cui abbiamo avuto accesso a queste forme complementari di astronomia. Non solo: abbiamo capito tante cose sia in fisica sia in astronomia, il che ha contribuito a ristabilire un’unità che si era perduta a causa dell’iperspecializzazione. Tavani e io siamo sia fisici fondamentali sia astrofisici, e appassionati di Aristotele, che ha scritto due libri bellissimi, uno sulla fisica e uno sull’astronomia: ebbene, nell’astronomia Aristotele usava concetti appresi con la fisica, e viceversa. Torniamo a oggi. Con il segnale multimessaggero, onde gravitazionali e gamma, abbiamo capito qualcosa che prima non sapevamo: abbiamo misurato bene la velocità di propagazione delle onde gravitazionali, perché è, con un’ottima approssimazione, “c” (la velocità della luce, ndr); e due secondi dopo il segnale di onda gravitazionale, da milioni di anni luce, ci è arrivato anche il segnale elettromagnetico. Appena arrivato il segnale dell’onda tutti i telescopi del mondo si sono puntati verso la sorgente, con una messe di dati, e dopo abbiamo capito che cosa aveva generato il segnale gravitazionale (le stelle di neutroni), perché abbiamo visto il tipico segnale della fusione di due stelle di neutroni. Informazioni sia in campo astrofisico, sia in fisica.
MARCO TAVANI — Un aspetto importantissimo, dal punto di vista della società, del pianeta at large, è che l’impresa di seguire quest’evento, identificarlo prima, seguirlo nelle ore successive (e settimane, e mesi), ha implicato il lavoro di migliaia di persone: l’articolo sulla scoperta multi-messaggera dell’evento del 17 agosto 2017 aveva più di tremila autori. Migliaia di ricercatori, centinaia di gruppi, che hanno lavorato chi in un modo, chi in un altro, per cercare di catturare un segnale e di studiarlo: è una cosa molto bella, fa capire come l’entusiasmo scientifico superi qualunque barriera. Tutto il pianeta si mette lì a guardare.

In effetti, che si tratti di costruire telescopi o satelliti, le missioni sono spesso collaborazioni internazionali. Un esempio, da parte della scienza, di questi tempi.
MARCO TAVANI — I gruppi collaborano. Certo, si cerca di arrivare prima, esiste la competizione. Anche chi arriva dopo, però, collabora per cogliere un aspetto del fenomeno che prima non era chiaro. Tornando all’evento del 2017: è stato molto debole, ci saremmo aspettati qualcosa di più. Poi abbiamo capito che non l’avevamo visto dal diritto, ma di traverso, c’era questa palla che si espandeva ed è stato importante capire come si evolvesse, e ciò ha comportato la collaborazione di centinaia di gruppi, ciascuno con il proprio strumento. Esempio bellissimo di collaborazione tra esseri umani.
ALESSANDRO DE ANGELIS — Per noi la collaborazione internazionale è così importante e di lunga data che non ce ne accorgiamo, non ci importa se una persona sia di un Paese o dell’altro. Come i musicisti si capiscono perché la musica è la stessa, così anche noi ci capiamo perché il linguaggio, la matematica, è la stessa.

Significa anche mettere in comune i dati...
MARCO TAVANI — L’astronomia si caratterizza in modo un po’ diverso dalla fisica delle particelle: i dati degli acceleratori non sono pubblici, se voglio andare a studiare il bosone di Higgs non è che fisso il tale giorno, la tal configurazione, e ho accesso ai dati... Invece l’astronomia ha archivi aperti.
ALESSANDRO DE ANGELIS — C’è un movimento verso la open science che sta cambiando la visione della scienza, ed è stato aperto dall’astronomia. Richiede un cambiamento di mentalità dei ricercatori: per mia natura, io stesso ero molto competitivo, ma se vogliamo progredire occorre capire che siamo tutti un unico pianeta, un’unica comunità.
MARCO TAVANI — In campo spaziale, Nasa è stata la prima agenzia a insistere per un accesso veloce e pubblico dei dati, pensiamo al James Webb Space Telescope.
ALESSANDRO DE ANGELIS — E varie organizzazioni internazionali, come l’Unesco, stanno spingendo per favorire un’apertura di tutte le agenzie nazionali.
I telescopi sono sempre più grandi, reti che comprendono sedi in luoghi diversi, in emisferi diversi...
ALESSANDRO DE ANGELIS — È fondamentale che tutti gli strumenti sulla Terra si parlino, gran parte del successo dell’astronomia multimessaggio è legata a questo.
MARCO TAVANI — I prossimi dieci-vent’anni saranno straordinari, con il completamento di progetti ora in costruzione: uno è il super telescopio ottico Elt in Cile, da parte dell’Eso (European Southern Observatory), agenzia europea – quando mette insieme le risorse, l’Europa è eccezionale – che comprende 16 Paesi con l’Italia. Sarà più alto del Colosseo, con diametro di 39 metri, 800 specchi esagonali: ci aspettiamo molto: studio della cosmologia primordiale, ricerca della vita su altri pianeti. Poi Ska (Square Kilometre Array), che sarà il più grande radiotelescopio del mondo, in Australia e in Sudafrica, altro progetto internazionale. E il Cta, Cherenkov Telescope Array, in realizzazione alle Canarie e in Cile: studierà i fotoni ad altissima energia. De Angelis e io condividiamo il sogno di una missione spaziale di raggi X e gamma, ci abbiamo provato con Astrogam e ci riproveremo: sarebbe il tassello tra l’astronomia dallo spazio e i rivelatori di onde gravitazionali. Se fossi un astrofisico di vent’anni, avrei una prospettiva incredibile.
ALESSANDRO DE ANGELIS — Se posso fare una scommessa sulle scoperte dei prossimi vent’anni, una sarà la materia oscura, e l’altra, la scoperta di forme di vita. Sono convinto che questi strumenti ci riusciranno.
MARCO TAVANI — La materia oscura regola scale molto grandi, come la nostra galassia. La speranza è rilevare un segnale elettromagnetico dalla materia oscura, con satelliti gamma come è stato il Fermi: cercava un segnale gamma anomalo, da particelle candidate per la materia oscura. Non è stato rilevato. Ma non significa che non si possa riprovare.
ALESSANDRO DE ANGELIS — I visionari intuiscono l’idea giusta, ci lavorano, ma magari non hanno ancora gli strumenti per verificarla. Anche Galileo aveva già intuito la possibilità della navigazione satellitare. Dalle prime intuizioni alle rilevazioni dei raggi X e gamma sono passati decenni. Perciò è importante una collaborazione sulla scala più grande possibile, di tecnologie, di Paesi, ed economica.

IDA BOZZI