Marcello Giroletti, dai buchi neri ai quasar

È ricercatore presso l’Istituto Nazionale di Astrofisica. Si è occupato inizialmente di buchi neri supermassicci e dell’emissione radio ad essi associata, ad esempio in quasar e radio galassie. Nell’ultimo decennio ha iniziato ad appassionarsi a sorgenti transienti. Stiamo parlando di Marcello Giroletti, autore di oltre 300 articoli su riviste internazionali e membro del team europeo PRECISE per le osservazioni di lampi radio veloci, che ha portato alla recente sorprendente localizzazione di un lampo radio all’interno della galassia M81. Lo abbiamo intervistato in occasione del suo speech al TEDx Bologna It’s a miracle.

Buongiorno dott. Giroletti, complimenti per il suo speech estremamente coinvolgente. Il tempo è da sempre al centro della vita umana, anzi, in questo caso, potremmo dire cosmica. Un secondo può essere così importante?

Sì, il tempo è sempre stato molto importante per la vita umana, sia in senso pratico che in senso filosofico.  In effetti l’astronomia si è sviluppata fin dall’antichità per aiutare a tenere traccia dello scorrere del tempo. Per secoli è stato sufficiente tenere traccia delle stagioni, ad esempio per il ciclo della semina e del raccolto, ma in tempi moderni si è reso sempre più importante passare a una misurazione precisa su intervalli più brevi: arrivi e partenze dei treni hanno iniziato a richiedere che gli orari nei diversi paesi fossero coordinati a livello dei minuti. E con il progredire della tecnologia prima il secondo e poi le sue frazioni più piccole, come il microsecondo che vale un milionesimo di secondo, sono diventate sempre più cruciali.  Bisogna tenere a mente che la misura del tempo è alla base di tantissime altre misure: ad esempio le posizioni, tramite i radar ed i GPS, vengono sostanzialmente determinate dal tempo impiegato da un segnale radio per coprire la distanza fra un oggetto ed un riferimento.  E siccome i segnali radio viaggiano molto velocemente (a trecentomila chilometri al secondo!), è fondamentale essere in grado di misurare il tempo in modo preciso ed affidabile.  Questo vale sia quando ci spostiamo seguendo una app di navigazione, sia per la gestione di tutto il traffico aereo globale.  E anche per la sicurezza delle transazioni finanziarie è fondamentale avere una traccia precisissima e certificata delle informazioni temporali.

I buchi neri hanno sempre rappresentato un qualcosa di misterioso e dato vita a tanta filmografia, cosa c’è di vero e cosa di romanzato in questo fenomeno dell’universo?

Penso che i buchi neri siano tanto affascinanti perché sono fenomeni misteriosissimi ma allo stesso tempo assolutamente reali.  Si può restare sconcertati dal fatto che i buchi neri hanno un cosiddetto “orizzonte degli eventi”, una linea al di là della quale è impossibile guardare e dalla quale non si può fare ritorno, così come dal fatto che avvicinandosi ad un buco nero lo scorrere del tempo rallenta sempre di più, fino sostanzialmente ad arrestarsi quando si giunge in prossimità dell’orizzonte degli eventi. Eppure, queste proprietà così sconcertanti sono assolutamente in linea con la teoria della relatività di Einstein e in qualche modo indissolubilmente legate ad essa.   E’ molto suggestivo anche il fatto che i buchi neri, proprio in quanto “neri”, siano sostanzialmente invisibili e possano essere osservati soltanto “in controluce”, per via delle deformazioni che provocano sullo spazio-tempo della materia che li circonda.   Di sicuro Interstellar, sia per la sua uscita che ha anticipato di poco la pubblicazione della prima immagine di un buco nero, sia per il lavoro di altissima qualità fatto dalla produzione, fornisce una rappresentazione molto valida sia dal punto di vista artistico che scientifico: fra i produttori compare persino il premio Nobel Kip Thorne!

Dal buio dei buchi neri alla luce dei quasar, altro nome ricorrente nella fantasia umana, cosa può raccontarci di quest’altra meraviglia della natura?

Sì, i quasar sono un’autentica meraviglia.  Sono sorgenti con una luminosità che può superare di miliardi di volte quella delle stelle, e brillano non soltanto nella luce visibile ma anche in tutte le altre bande dello spettro elettromagnetico: dalle onde radio ai raggi gamma.  Eppure, la fonte d’energia dalla quale attingono per brillare in modo così luminoso è proprio un oggetto di per sé oscuro: un buco nero supermassiccio al centro di una galassia!   Grazie alla loro luminosità i quasar ci permettono di indagare le regioni più distanti dell’Universo: pensate che fino ad un secolo fa si pensava sostanzialmente che l’intero Universo fosse limitato alle stelle che compongono la nostra Galassia: la Via Lattea. La scoperta e la comprensione dei quasar ci ha fatto capire invece quanto immenso sia l’Universo!

Radiotelescopi di migliaia di chilometri per fotografare l’universo e raccoglierne i suoni, qualcosa che è già realtà?

Certamente!  E’ una storia partita in modo pionieristico fin dagli anni ‘70, in piena guerra fredda, quando i dati raccolti con radiotelescopi in nord America ed Unione Sovietica venivano combinati fra di loro superando mille ostacoli tecnologici e diplomatici. Si tratta di una storia di grande speranza e ispirazione.  Oggi abbiamo reti di radiotelescopi distribuite sostanzialmente su tutti i continenti, compresa l’Antartide. Queste reti osservano regolarmente in modo coordinato, realizzando uno strumento di dimensioni planetarie – e anche di più: in alcuni casi siamo riusciti ad includere anche dati presi da satelliti nello spazio!  Ovviamente questi radiotelescopi non possono coprire effettivamente tutta la distanza fra le loro componenti più estreme: c’è un grande lavoro elettronico e matematico che va a compensare la parte di superficie mancante.   E l’utilizzo simultaneo di telescopi lontani fra di loro ha ricadute benefiche non soltanto per lo studio del cosmo: ci permette anche di capire come le varie parti della Terra si muovono l’una rispetto all’altra o di sincronizzare gli orologi “ufficiali” con i quali i vari paesi misurano il tempo al loro interno.

Tutto è legato al tempo, al famoso secondo scomposto nelle sue infinitesime parti, è affascinante pensare, come ha raccontato al TEDx, che un’immagine fotografica dallo spazio arriva sulla Terra a distanza di anni…

È vero! Siccome l’Universo è così immenso, anche la luce di cui ci serviamo per osservarlo, pur viaggiando ad una velocità altissima, impiega tempi molto lunghi per coprire le distanze fra noi e le sorgenti, per cui le immagini che otteniamo sono in un certo senso “antiche”!  Quindi, quando andiamo ad osservare dei quasar per definire il tempo con la precisione del miliardesimo di secondo, ci stiamo servendo di immagini “vecchie” miliardi di anni! Dal punto di vista della fisica, comunque, questo non ha importanza: sappiamo che le leggi fisiche non dipendono dal tempo; quindi, possiamo trattare i dati ricevuti come se fossero “presi in diretta”.  Certo, questo sarebbe invece un grosso problema nel momento in cui ci trovassimo a comunicare con un’ipotetica civiltà extraterrestre: potrebbero passare generazioni per uno scambio di domande e risposte!  Tornando all’apparente paradosso fra tempi lunghissimi e brevissimi, ci terrei a sottolineare come questo non sia che un ulteriore esempio di quanto il mondo microscopico e quello macroscopico siano connessi: pensate che anche per studiare le particelle elementari, cioè i costituenti più piccoli e fondamentali di cui è composta la materia, ci serviamo di osservazioni di enormi strutture cosmiche: è la nuova branca cosiddetta della fisica “astro-particellare”.

Tutto questo è legato alla conoscenza, alla curiosità, o si tramuta anche in utilità per le attività di tutti i giorni?

Lo scambio continuo fra astronomia e tecnologia è una costante fin dall’antichità: sappiamo che l’osservazione del cielo ha una forte valenza emotiva e culturale, pensiamo a tutte le suggestioni romantiche, letterarie, spirituali di cui troviamo ad esempio traccia nei miti associati alle costellazioni.  Ma fin dall’antichità lo studio e la comprensione dei fenomeni celesti è stato fondamentale per la misurazione del tempo e l’orientamento nello spazio, per esempio nella navigazione e nei grandi viaggi.  Questo scambio continua ancora oggi, la maggior parte delle missioni per le osservazioni del cielo trovano ricadute tecnologiche anche immediate, come ad esempio nella diagnostica medica per immagini, e contribuiscono ad un avanzamento della comprensione delle leggi della fisica le cui conseguenze a lungo termine non possiamo nemmeno immaginare.  Restando nel tema della teoria della relatività, è fondamentale ricordare come essa ad esempio sia alla base del corretto funzionamento della rete satellitare per i sistemi di navigazione, come il GPS.

Per concludere, in un secondo si può misurare l’intero universo? Potremmo dire che è un valore relativo e non assoluto?

Anche nella vita di una stella, come abbiamo scoperto di recente, un secondo può rappresentare un tempo molto significativo. I lampi radio, fenomeni che ipotizziamo abbiano origine nel campo magnetico molto intenso che circonda stelle densissime, sprigionano in pochi millesimi di secondo tanta energia quanto il nostro Sole in un mese. E questi lampi, che viaggiano nello spazio intergalattico per centinaia di milioni di anni, quando ci raggiungono portano impressa una flebile traccia lasciata dal materiale che hanno incontrato nel corso del loro viaggio attraverso il Cosmo. In un secondo possiamo quindi raccogliere una quantità di informazioni incredibile e avvicinarci sempre di più alla comprensione dell’origine e dell’evoluzione dell’Universo in cui viviamo.  Ma sia per comprendere meglio l’Universo che per far fronte alle sfide tecnologiche sempre più complesse che dobbiamo affrontare sulla Terra, una nuova e più precisa definizione del secondo si rende sempre più necessaria.  Astronomi, fisici e metrologi (gli esperti di misurazione) di tutto il mondo se ne stanno occupando da anni e a breve potrebbe diventare realtà.  Ed è una grande soddisfazione sapere che il radiotelescopio di Medicina, vicino a Bologna, occupa un ruolo di punta in questa missione!

[NdR -Si ringrazia Andrea Pauri – TEDx Bologna, per la consueta assistenza e ospitalità].

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