Il Tredicesimo Cavaliere

Scienze dello Spazio e altre storie

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A breve sarà on-line il nuovo blog: “IL TREDICESIMO CAVALIERE 2.0“, che si propone di stupire i fedelissimi e di coinvolgere sempre più appassionati ed esperti di scienze delle spazio e fantascienza.    

Il Team di autori e  in particolar modo il responsabile supremo, sua eccellenza Roberto Flaibani, stanno lavorando a ritmi serratissimi  con l’intento di creare un ambiente accogliente, che riesca a coinvolgere e a nutrire la sete di conoscenza verso ciò che ci circonda. 

Completamente rinnovato in grafica e funzionalità, ma sulla consolidata  linea guida del suo predecessore, Il Tredicesimo Cavaliere 2.0 vi invita a lasciare commenti, idee e suggerimenti al fine di prepararsi al meglio al suo lancio.

 

31 maggio 2016 Posted by | 4th Symposium IAA - SETI, Astrofisica, Astronautica, by G. de Turris, Carnevale della Chimica, Carnevale della Fisica, Carnevale della Matematica, Ciberspazio, Cinema e TV, Difesa Planetaria, Epistemologia, Fantascienza, Giochi, Letteratura e Fumetti, missione FOCAL, News, NON Carnevale della Fisica, Planetologia, Radioastronomia, Referendum Prima Direttiva, Scienze dello Spazio, Senza categoria, SETI, Volo Interstellare | Lascia un commento

Lenti gravitazionali nel Sistema Solare

GL Pianeti

Immagine: la fascia completa delle sfere focali comprese fra 550 e 17.000 UA dal Sole, creata dall’effetto di lente gravitazionale del Sole e di ciascun  pianeta, mostrata in scala. La scoperta di questa fascia di sfere focali è il principale risultato esposto in questo lavoro, insieme al calcolo dei relativi guadagni di antenna. Fonte: C. Maccone.

La prima dimostrazione sperimentale della Teoria della Relatività Generale fu eseguita da Arthur Eddington nel 1919, quando riuscì a misurare gli effetti del campo o meglio del pozzo gravitazionale del Sole sulla luce delle stelle ad esso vicine. La massa del Sole, infatti, genera una distorsione del tessuto dello spaziotempo in grado di deflettere le onde elettromagnetiche provenienti da una “sorgente”astronomica di qualsiasi tipo (pianeti extra-solari, stelle, galassie, o altro), e farle convergere in un punto detto “fuoco”, dove l’informazione da esse veicolata risulta intensificata, amplificata, ingrandita. Per le evidenti analogie con le lenti ottiche, questo fenomeno è stato chiamato “lente gravitazionale”. Il fuoco del “sole nudo”, così chiamato perché la sua posizione è stata calcolata senza tener conto di nessun effetto di distorsione o attenuazione del segnale sorgente, si trova ben addentro alla Nube di Oort alla bella distanza di 550 <UA>.

Dato che abbiamo parlato del fuoco gravitazionale del Sole, è interessante riflettere sulla storia di questo studio. Il pensiero di Albert Einstein sulle lenti gravitazionali in astronomia fu affrontato esplicitamente in un documento del 1936, ma per le formule matematiche alla base del fenomeno su vasta scala si dovette aspettare fino al 1964, quando Sydney Liebes dell’Università di Stanford lavorò con la lente prodotta da una galassia interposta fra la Terra e una quasar lontana. In questo modo nel 1978 l’astronomo britannico Dennis Walsh ottenne la prima “immagine” di una quasar, seguita l’anno successivo dallo studio di Von Eshleman sulla lente del Sole, comprendente l’idea di inviare un telescopio al fuoco del Sole nudo.

Riflettendo su come utilizzare la lunghezza d’onda di 21 cm Eshleman pensò al SETI, il cui concetto fu poi esposto da Frank Drake nel 1987. Se si ha a portata di mano una buona biblioteca accademica, la sua raccolta del Journal of the British Interplanetary Society del 1994 dovrebbe includere i risultati della Conferenza su Missioni Spaziali e Astrodinamica che Claudio Maccone organizzò due anni dopo. Si pensò quindi al telescopio spaziale FOCAL nell’ambito della missione SETISAIL, anche se il SETI sarebbe stato solo uno dei tanti aspetti delle sue indagini scientifiche.(n.d.e.)

FOCAL oltre le stelle

Per cercare un modo di sfruttare la lente gravitazionale del Sole dobbiamo tenere conto della corona solare, un problema che venne presto affrontato sia da Eshleman (Stanford) sia da Slava Turyshev (JPL). Per evitare le distorsioni della corona bisognerebbe inviare un telescopio non a 550 UA di distanza ma ben più lontano, approfittando del fatto che non abbiamo a che fare con un punto focale ma con una linea focale. A tale proposito riportiamo il pensiero di Claudio Maccone:

“una conseguenza semplice ma molto importante della discussione di cui sopra è che anche tutti i punti su una retta oltre questa distanza focale minima sono dei fuochi, perché i raggi luminosi passanti accanto al Sole a una distanza superiore a quella minima hanno un angolo di deflessione più piccolo e pertanto si uniscono a una distanza ancora maggiore dal Sole.”

Abbiamo quindi la possibilità di spostarci oltre le 550 UA, anzi non abbiamo scelta. La corona solare crea quello che Maccone definisce un “effetto di lente divergente”, che si oppone all’effetto convergente associato a una lente gravitazionale. Parafrasando il documento si può dire che la distanza minima che la sonda FOCAL deve raggiungere è maggiore per le frequenze più basse (delle onde elettromagnetiche che attraversano la corona) e minore per le frequenze più alte. Quindi, a 500 GHz il fuoco si trova a circa 650 UA. A 160 GHz, si trova a 763 UA.

Ma nel caso volessimo realizzare ponti radio interstellari, dovremmo forse limitarci all’utilizzo della lente gravitazionale del Sole e di quelle delle stelle vicine, in realtà anche i pianeti possono essere usati a questo scopo. Nel suo studio del 2011 riguardante quest’idea, pubblicato su Acta Astronautica, Maccone produce le equazioni necessarie, notando che il rapporto fra il quadrato del raggio di un pianeta e la sua massa ci permette di calcolare la distanza che una sonda deve raggiungere per poter sfruttare la lente del pianeta stesso. Di conseguenza abbiamo definito il concetto di “sfera focale” di un pianeta.

La lente si sposta nella Nube di Oort .

L’illustrazione a inizio articolo contiene delle sorprese. Ci aspetteremmo Giove in cima all’elenco di lenti planetarie e, in effetti, la sua sfera focale è la prima fuori dal Sole a 6100 UA. È un numero utile da ricordare, perché potremmo scoprire che gli effetti della corona solare sono insormontabili per la produzione delle immagini necessarie. In tal caso, dovremmo usare una posizione a metà strada verso la Nube di Oort interna.

Dato che ha un rapporto elevato fra quadrato del raggio e massa, dopo Giove troviamo Nettuno a 13.525 UA. La sfera focale di Saturno si trova a 14.425 UA, dopodiché troviamo quella della Terra a 15.375 UA. Il nostro pianeta è un miglior candidato di Urano come lente perché è il corpo con la maggiore densità (rapporto fra massa e volume) nel Sistema Solare. Maccone lo sottolinea particolarmente perché conosciamo la superficie e l’atmosfera della Terra meglio di quelle di qualsiasi altro pianeta. Una missione FOCAL utilizzante la Terra come lente partirebbe in netto vantaggio per aggiustare l’immagine distorta di un oggetto distante.

Come potremmo sfruttare queste sfere focali planetarie, che nel caso di Venere si estendono fino a 17.000 UA? Partendo dal Sistema Solare una sonda veloce potrebbe esaminarle una per una, iniziando le osservazioni al calare degli effetti della corona solare. Sottolineando che una sonda diretta ad Alpha Centauri attraverserebbe tutte queste sfere focali, Maccone riflette sugli eventuali risultati:

“Innanzitutto, anche se il Sole è immobile nel quadro di riferimento eliocentrico del Sistema Solare, i pianeti invece si muovono. Ciò significa che attraversano una certa area del cielo visto dalla sonda, la quale potrebbe trarre vantaggio da questa specie di lente di ingrandimento semovente. Quanti sono i pianeti extrasolari che ricadrebbero all’interno di questa lente? Ovviamente al momento non lo sappiamo, ma gli oltre 400 esopianeti scoperti finora [il documento risale al 2011] promettono bene per il rilevamento di molti altri esopianeti da parte di una sonda adeguatamente equipaggiata, che percorra la distanza compresa fra 550 e 17.000 UA e che usi le lenti gravitazionali dei pianeti.”

Tali scoperte sarebbero del tutto serendipiche, a dir poco, dato che la nostra missione per Alpha Centauri in uscita dal Sistema Solare vedrebbe solo ciò che si troverebbe in linea con il pianeta studiato. Il fatto di avere Giove a 6.100 UA e la Terra a 15.375 AU ci offre dei bersagli utili per sperimentare le tecnologie che ci serviranno per ricavare delle immagini dall’incontro con una sfera focale. Uno dei grossi punti interrogativi della missione Breakthrough Starshot è la costruzione e l’utilizzo dei laser in fase. Ma se verranno realizzati e potremo raggiungere velocità pari a una significativa frazione della velocità della luce, missioni dedicate all’esplorazione delle lenti planetarie sarebbero fattibili.

Chiaramente è il Sole la nostra prima opzione come lente gravitazionale, non solo per la relativa prossimità del suo punto focale minimo (550 UA), ma perché il guadagno effettivo della sua lente è più alto di quello della lente di Giove e molto più elevato di quello della lente della Terra. Maccone calcola i valori numerici del guadagno dalla riga dell’idrogeno fino al picco CMB a 160 GHz, valutando ognuno di essi per la lente gravitazionale del Sole oltre che per le sfere focali dei vari pianeti. Se vogliamo lavorare con il potenziale delle lenti planetarie, abbiamo bisogno di notevoli progressi nelle tecnologie delle antenne e dell’imaging, al fine di leggere le deboli firme inviate dai pianeti.

Il documento è: Maccone,  New Belt Beyond Kuiper’s: A Belt of Focal Spheres Between 550 and 17,000 AU for SETI and Science, Acta Astronautica Vol. 69, Nn. 11-12 (Dicembre 2011), pp. 939-948 (estratto).

traduzione di FAUSTO MESCOLINI

editing ROBERTO FLAIBANI

23 maggio 2016 Posted by | Astrofisica, Astronautica, News, Planetologia, Radioastronomia, Scienze dello Spazio, Senza categoria, SETI | , | Lascia un commento

Dentro la Zona di Transito

ETZ Zona di Transito metodo del Transito esopianeta pianeta extra-solare ESA missione PLATO SETI firma biologica

Nell’immagine: Banda stretta – Questa immagine mostra la zona di transito, in cui gli osservatori distanti potevano vedere il passaggio della Terra davanti al Sole. Credito e copyright: Axel Quetz (MPIA) / Axel Mellinger, Central Michigan University.

Considerato quanto è efficiente per il rilevamento degli esopianeti il cosiddetto metodo del transito, possiamo ben immaginare che nuove, importanti scoperte siano previste per il futuro. Non passeranno molti anni prima che diventi effettivamente possibile l’analisi dei componenti dell’atmosfera di mondi molto più piccoli dei giganti gassosi che sono allo studio in questo momento, e ciò renderebbe possibile scoprire eventuali firme biologiche. Come ho già ipotizzato in queste pagine, potrebbe davvero succedere di scoprire la vita su un pianeta di una stella lontana prima che riusciamo a trovarla (se esiste) da qualche parte nel nostro Sistema Solare.

Stiamo osservando mondi attorno ad altri soli con qualcosa dello spirito con cui Carl Sagan e la squadra del Voyager, raggiunte mete più lontane, si guardava indietro e vedeva la Terra come “un pallido puntino azzurro”. È il paragone che René Heller e Ralph E. Pudritz tratteggiano nel loro recente documento a proposito della strategia del SETI. Tranne che qui stiamo parlando di osservatori extraterrestri che tengono d’occhio il nostro pianeta, supponendo che se noi possiamo effettuare questi studi utilizzando la tecnologia attuale, altrettanto potrebbero fare altre specie, certamente una dotata di strumenti più evoluti dei nostri.

 

Una sottile striscia di cielo

Consideriamo quindi quella che i ricercatori chiamano Zona di Transito della Terra (ETZ). È quella regione del cielo da cui un’altra civiltà sarebbe in grado di rilevare la Terra come un pianeta che sta transitando davanti al Sole. I dottori René Heller (del Max Planck Institute for Solar System Reseach di Göttingen – Germania) e Ralph Pudritz (MacMaster University, Ontario – Canada) analizzano questa piccola regione di spazio, una striscia attorno all’eclittica proiettata fuori sulla Galassia. L’intera ETZ ammonta a due millesimi della sfera celeste, che è precisamente il motivo per cui piace agli autori. Heller dice:

Il punto chiave di questa strategia è che confina l’area di ricerca in una parte molto piccola del cielo. Di conseguenza, potrebbe volerci meno della durata di una vita umana per stabilire se ci sono o meno astronomi extraterrestri che abbiano trovato la Terra. Potrebbero aver rilevato la sua atmosfera adatta alla vita e cominciato a cercare un contatto con chiunque la abiti.

Ciò che i ricercatori forniscono è lo sviluppo di idee che risalgono quanto meno agli anni ’80, e che vennero discusse in un documento del 1990 scritto dall’astronoma russa L.N. Filippova, la quale presentò una lista di stelle vicine e prossime all’eclittica che sarebbero state un buon bersaglio per SETI. Anche un poster del 2008, esposto presso l’American Astronomical Society e prodotto da Richard Conn Henry, Steve Kilston e Seth Shostak affrontò la questione nel suo abstract:

…. la miglior speranza di successo nel SETI è l’esplorazione della possibilità che esistano alcune civiltà estremamente antiche ma non dedite alla colonizzazione; civiltà che, eoni fa, rilevarono l’esistenza della Terra (ossigeno, e quindi vita), e della Luna (che contribuiva a stabilizzare la sua rotazione) nel corso del transito davanti al Sole (e quindi l’eclittica, che è stabile da milioni di anni). Civiltà che da allora proiettano quantità voluminose di informazioni nella nostra direzione, nella tenue speranza, ora realizzata, che sarebbe apparsa una civiltà tecnologica in grado di riceverle. Mantenere attiva una tale trasmissione mirata sarebbe estremamente economico per una civiltà avanzata.

Ma Heller e Pudritz non si limitano a comunicazioni intenzionali di questo tipo. Che si tratti di radiazione dispersa o segnali diretti, il loro intento è di presentare una descrizione rigorosa e geometrica della ETZ ad uso del SETI, organizzata in due database, uno comprendente almeno 100.000 stelle, mentre l’altro rappresenterebbe un piccolo sottogruppo di 82 stelle vicine alla nostra che possono essere utilizzate come primi bersagli. Gli autori fanno notare che la missione PLATO , che l’ESA prevede di lanciare nel 2024, userà il metodo del transito per trovare piccoli pianeti attorno a parecchie stelle brillanti, come quelle elencate nella lista Heller-Pudritz. PLATO potrebbe persino rilevare i transiti degli esopianeti i cui ipotetici abitanti sarebbero in grado di vedere la Terra transitare davanti al Sole. Aggiunge Heller:

Questo assetto un po’ pazzo offrirebbe sia a noi che a loro la possibilità di studiare il pianeta degli altri col metodo del transito.

In merito alle dimensioni dell’ETZ, il documento fa notare che il disco galattico ha una larghezza di circa 2000 anni luce nel punto dove si trova il Sole. Il lettore tenga a mente che il Sistema Solare è inclinato di circa 63°, il che ci dà una ETZ il cui percorso attraverso il disco galattico è di circa 3260 anni luce. Heller and Pudritz non considerano le nane rosse (classe M), ma puntano l’obiettivo verso le stelle di classe K e G nane (il sole è un astro di classe G2 – ndt). Il documento descrive la selezione delle 82 stelle ad alta priorità.

ETZ Zona di Transito metodo del Transito esopianeta pianeta extra-solare ESA missione PLATO SETI firma biologica

L’astrofisico René Heller

Grazie all’esclusione di tutte le stelle di classe F, A e B, siamo sicuri di prendere in considerazione solamente astri con una vita lunga abbastanza da poter ospitare pianeti abitabili per miliardi di anni. Un approccio più sofisticato farebbe uso dell’età delle stelle (se nota) per le rimanenti stelle di classe K e G, seguendo l’esempio di Turnbull e Tarter, poiché alcuni di questi bersagli potrebbero essere ancora molto giovani, con poco tempo a disposizione per l’emersione di specie intelligenti. Nonostante questo, la maggior parte di tali stelle dovrebbe essere di età simile al Sole, dato che si trova nelle sue vicinanze all’interno della Via Lattea. L’esclusione di giganti e subgiganti ci lascia infine con 45 stelle di classe K e 37 G nane.

Quello che vediamo nella ETZ è un modo di confinare la ricerca SETI in una regione ad alta priorità che si srotola come un nastro di 0,528° lungo l’eclittica, definendo quel luogo dove gli astronomi extraterrestri sarebbero in grado di vedere i transiti non radenti della Terra davanti al Sole. Heller e Pudritz stimano che il numero totale di stelle di classe K e G nane entro 326 anni luce (1 kiloparsec) all’interno della ETZ sia circa 100.000, con stime che indicano i pianeti di tipo terrestre nella zona di abitabilità delle rispettive stelle in un numero stimabile intorno a 10.000. I ricercatori SETI ottengono quindi un’area di ricerca fortemente circoscritta nella quale focalizzare la loro attenzione, mentre andiamo alla ricerca di qualche segno che gli abitanti dei pianeti che possiamo scoprire potrebbero a loro volta aver scoperto noi.

FONTI:

  • Il documento è: Heller, The Search for Extraterrestrial Intelligence in Earth’s Solar Transit Zone,  Astrobiology Vol. 16, No. 4 (2016). Preprint disponibile.

  • Si veda anche il notiziario edito dal Max Planck Institute for Solar System Research. Se siete interessati a scavare negli anni iniziali della storia del concetto di ETZ, fate riferimento al documento della Filippova menzionato sopra, dal titolo A List of Near Ecliptical Sun like Stars for the Zodiac SETI Program Astronomicheskii. Tsirkulyar 1544:37 (1990).

  • Si veda anche il documento del 1998 della Filippova con V. S. Strelnitskij, dal titolo Ecliptic as an Attractor for SETI Astronomicheskii Tsirkulyar 1531:31.

Titolo originale Into the Transit Zone di Paul Gilster – Pubblicato su Centauri Dreams il 9/3/16

Traduzione ROBERTO FLAIBANI
Editing DONATELLA LEVI

26 marzo 2016 Posted by | Astrofisica, Planetologia, Radioastronomia, Scienze dello Spazio, Senza categoria, SETI | , , , , , , , | 2 commenti

SETI: sapere dove guardare

KIC8462852 ATA Gregory Dominik Jim Benford

Immagine: l’Allen Telescope Array, usato di recente per un tentativo SETI su KIC8462852.Credit:ATA.

Qual ‘è il posto migliore per andare a cercare in cielo un segnale SETI? Qui affronteremo  questa tematica SETI con particolare riferimento ad un nuovo articolo di René Heller e Ralph E. Pudritz, che sarà protagonista di un nostro post successivo, ma prima vorrei contestualizzare l’argomento. Con il tentativo SETI sulla stella KCI 8462852 abbiamo svolto una campagna di osservazione mirata utilizzando l’Allen Telescope Array (ATA) per vedere se i ricercatori potessero trovare qualche prova di attività insolita associata con quella stella. Come abbiamo visto dal recente lavoro di Jim e Dominic Benford (vedi Power Beaming Parameters & SETI re KIC 8462852), nella breve finestra di osservazione non è stata trovata alcuna evidenza di impulsi di microonde, nonostante la nostra attrezzatura sarebbe stata in grado di rilevarne diverse tipologie.

 L’anomala curva di luce nei dati di Kepler ha fatto di KIC 8462852 un target di alto profilo. Ciò che la ricerca ATA andava cercando era la radiazione ‘di dispersione’, collegata alle attività di una civiltà tecnologica ma non intesa deliberatamente alla comunicazione con altri. Il fatto che non abbiamo trovato nulla non dovrebbe farci arrivare a conclusioni affrettate. Se volessimo indagare a fondo KIC 8462852 sarebbe necessario uno studio più sistematico e su altre frequenze, e dovremmo avere le risorse per farlo a lungo termine.

E per quanto riguarda la questione delle radiazioni disperse? È interessante che si siano registrati segnali una tantum (il segnale Wow! è uno di questi) che potrebbero essere verosimilmente il risultato di un raggio che ci è passato accanto partendo da un sistema remoto. O, almeno, coerente con questo – ci sono i segnali pulsanti e intermittenti che sono stati rilevati, ad esempio, in una ricognizione del centro della Via Lattea svolta nel 1997 (citata più avanti). Abbiamo anche fonti come GCRT J1745-3009, una sorgente radio transitoria a forti impulsi che non corrisponde alle emissioni di stelle a brillamento, pulsar binarie o altro.

Una civiltà che comunica

Il progetto SETI è cominciato in modo sperimentale nel 1960 con il lavoro di Frank Drake a Green Bank, che monitorò le stelle vicine Tau Ceti ed Epsilon Eridani. L’intenzione era di andare alla ricerca di un segnale diretto, un ‘ciao’ proveniente da un altro sistema stellare, e per un breve, indimenticabile momento, Drake pensò di averne trovato uno (il segnale, ora sappiamo, era locale). Data la natura di un tale impulso diretto, questo sarebbe teoricamente un segnale molto più facile da individuare, poiché rimarrebbe fisso su di noi e sarebbe a livelli di potenza tali che, a differenza delle nostre trasmissioni radiofoniche e televisive, sarebbe in grado di sopravvivere al lungo viaggio interstellare.

Da allora la maggior parte delle campagne di ricerca SETI – ce ne sono state più di 100! – ha  guardato a sistemi vicini o in alcuni casi ad ammassi stellari. Tra il 1995 e il 2004 il Progetto Phoenix del SETI Institute ha lavorato in diversi siti e, secondo Heller e Pudritz (entrambi della McMaster University, Ontario) ha monitorato più di 800 stelle distanti fino a 240 anni luce. Abbiamo fatto ricerche mirate del centro della galassia, osservato con attenzione specifiche stelle come Gl 581 e, nel 2015, abbiamo cercato emissioni laser da più di mille oggetti di interesse di Kepler. E non dimentichiamo il progetto SETI@Home, che attinge ai dati di Arecibo.

Ancora una volta non abbiamo trovato segnali diretti o radiazioni disperse, a meno che alcuni dei segnali di cui abbiamo discusso sopra non siano esempi dell’uno o dell’altro – il cosiddetto segnale di Benford – ci passerebbe accanto come un segnale transitorio che non avremmo potuto identificare senza ulteriori osservazioni.

In termini puramente numerici, ci si aspetterebbe che i segnali di dispersione siano i più abbondanti, in quanto sarebbero generati da molte civiltà tecnologiche e non solo da quelle intente a comunicare con noi. In ogni caso, dove puntare lo sguardo appare chiaro, ed è più che logico rivolgersi verso le regioni del cielo con le più alte densità stellari. Se ETI è là fuori, ci si aspetterebbe di rilevare più attività di segnali laddove ci sono più mondi potenzialmente abitabili.

 

Green-Bank-WV-NRAO

Immagine: il più grande radiotelescopio al mondo completamente movimentabile, a Green Bank, Virginia Occidentale. Frank Drake ha fatto partire il SETI sulle osservazioni da Green Bank nel 1960. Credit: NRAO

Verso il centro della Galassia

Di qui la strategia di ricerca che guarda al centro della galassia prospettata da Gregory, Dominic e Jim Benford in un precedente scritto del 2010, Searching for Cost Optimized Interstellar Beacons, che prevede una ricerca nel piano del disco a spirale. Questo perché il 90% delle stelle della galassia si trova entro il 9% del cielo, nel piano e nel centro della galassia. Dall’analisi:

Qualsiasi forma di vita possa vivere in una zona più centrale rispetto alla nostra deve conoscere la simmetria base della spirale. Questo suggerisce che il corridoio naturale di comunicazione sia lungo il raggio della spirale a partire dal centro della galassia o verso di esso, una direzione semplice nota a tutti. (Seguire un raggio è meglio che puntare lungo un braccio a spirale, poiché il braccio curva allontanandosi dal qualsiasi possibilità di visione rettilinea. D’altro canto, lungo i bracci a spirale vicini a noi le stelle hanno approssimativamente l’età della nostra). Questo percorso massimizza il numero di stelle visibili nel raggio d’azione di un telescopio, soprattutto se si punta al cuore della galassia. Così, un faro posto vicino al centro dovrebbe almeno trasmettere verso l’esterno in entrambe le direzioni, mentre le civiltà più periferiche possono risparmiare la metà dei loro costi non trasmettendo verso l’esterno, dove vi sono molte meno probabilità della presenza di società avanzate.

Ma non è ancora tutto, anzi questo è solo l’inizio. Nel 2004 Robert A. Rohde & Richard A. Muller (UC Berkeley) hanno suggerito che la vita marina sulla Terra seguirebbe un ciclo di 62 milioni di anni, un’idea successivamente sviluppata dagli scienziati secondo la quale il movimento del nostro Sole in verticale al di sopra e al di sotto del piano galattico (un’oscillazione di 62 milioni di anni) farebbe sì che il bow shock (onda d’urto) della galassia produrrebbe un flusso supplementare di raggi cosmici quando il Sole raggiunge la sua posizione più estrema a nord del piano galattico. Questo maggiore flusso potrebbe danneggiare la biosfera, e farebbe presumibilmente altrettanto per qualsiasi mondo abitato.

Potremmo, dunque, avere un piano vicino al centro del disco galattico, forse 500 anni luce in profondità, all’interno del quale ci sono maggiori probabilità di trovare vita intelligente. È interessante notare che le fonti transitorie di maggiore potenza riportate da Carl Sagan e Paul Horowitz in un articolo del 1993 si trovano vicine al piano galattico, e l’idea di una oscillazione verticale di circa 500 anni luce entro la quale la vita intelligente è più probabile ci dà un altro modo di concentrare la nostra ricerca su obiettivi possibili.

 

KIC8462852 ATA Gregory Domink Jim Benford

Immagine: La Via Lattea, stelle e polveri, con le regioni più probabili del cielo in cui cercare segnali SETI. Credit e Copyright: Serge Brunier.

Titolo originale – SETI: Knowing Where to Look  – di Paul Gilster, pubblicato su Centauri Dreams il 8/3/16.

Fonti:

  • Benford G., J., D.: Searching for Cost Optimized Interstellar Beacons Astrobiology 10 (2010), 491-498 (abstract / preprint).

  • L’articolo del 1997 a cui si accenna sopra a proposito  dei segnali transitori è di Sullivan et al.: A Galactic Center Search For Extraterrestrial Intelligent Signals –  Astronomical and Biochemical Origins and the Search for Life in the Universe, IAU Colloquium 161, Publisher: Bologna, Italy, p. 65

Traduzione di DONATELLA LEVI

Editing di ROBERTO FLAIBANI 

24 marzo 2016 Posted by | Astrofisica, Astronautica, Carnevale della Fisica, Planetologia, Radioastronomia, Scienze dello Spazio, SETI | , , , | Lascia un commento

Inedite riflessioni sulle Onde Gravitazionali

Non  è stato  semplice  trovare qualcosa di non banale da pubblicare sulle onde gravitazionali, dopo che tutta la stampa mondiale se n’era occupata estesamente per giorni e giorni. Noi speriamo di esserci riusciti traducendo questo articolo di Paul Gilster, a  mio avviso uno dei più grandi divulgatori e commentatori scientifici del nostro tempo. Articolo che abbiamo intenzione di arricchire nei giorni successivi con alcune schede tecniche.

Einstein Gernsback astronomia LIGO VIRGO RALPH124C41+

Nella foto sono riprodotte le registrazioni dell’evento che ha generato le onde gravitazionali captate dal LIGO. Come si può vedere i primi due tracciati riportano il tracciato dello stesso evento percepito nei due impianti. La terza registrazione è la sovrapposizione delle prime due.

I letttori noteranno quanto frequentemente nell’articolo è citato Kip Thorne: lo è perché, come Gilster, lo stesso  Thorne è tra quelli che da una vita cercano una nuova scienza che possa condurre un giorno l’Uomo  alle stelle. Fisica “esotica” l’hanno chiamata quelli del 100YSS, il movimento interstellare la cui nascita è stata formalizzata nel 2011, nel corso di uno storico meeting. E un’altra delle idee cardine del movimento interstellare, che accomuna Thorne e Gilster, è il riconoscimento alla fantascienza di ricoprire un ruolo che va oltre quello usuale di mera  predizione di eventi futuri, ma che riguarda la creazione di nuove idee e scenari di carattere scientifico, tecnologico, sociale, filosofico.  Non a caso Thorne è stato il principale consulente scientifico del regista Christopher Nolan sul set di Interstellar, e il motto del blog di Gilster suona come “Immaginare e pianificare l’esplorazione interstellare“. Sarà la scoperta delle onde gravitazionali il primo mattone del nuovo edificio della Fisica “esotica”? Nessuno lo sa. Di certo la previsione, o meglio l’augurio, del 100YSS che aveva fissato tra cento anni la data ultima per ottenere un completo business-plan dellla prima nave interstellare, ora appare meno difficile da realizzare.(RF)

“Einstein sarebbe raggiante

Così ha detto France Córdova, direttrice della National Science Foundation, mentre dava inizio alla conferenza stampa sulla scoperta delle onde gravitazionali. E non potrei non essere d’accordo, dal momento che questa scoperta ci fornisce l’ennesima conferma dell’attendibilità della Relatività Generale. Kip Thorne del Caltech (California Institute of Technology ndr.), che ha parlato di fusione di buchi neri già nel lontano 1994 nel suo libro Buchi Neri e salti temporali. L’eredità di Einstein  ha detto nella stessa conferenza stampa che Einstein doveva essersi sentito frustrato dalla mancanza di tecnologie disponibili in grado di rilevare le onde gravitazionali ipotizzate nella sua teoria, una mancanza colmata dopo un secolo grazie al contributo di LIGO.

Thorne è convinto che se Einstein avesse avuto a disposizione gli strumenti giusti avrebbe fatto egli stesso la rilevazione. Ma naturalmente gli strumenti non c’erano! Comunque sia, quel pensiero ha prodotto una strana risonanza per molti decenni dalla comparsa della Relatività Generale (RG), fatto che mostra quanto essa abbia cambiato la natura della nostra visione dell’universo. Nel 1911, appena quattro anni prima che Einstein pubblicasse la RG, Hugo Gernsback iniziò a parlare di onde gravitazionali. Questi, futuro direttore della prima vera rivista di fantascienza Amazing Stories, pubblicò il suo romanzo Ralph 124C 41+ proprio nel 1911, in una rivista chiamata Modern Electrics.

Ecco come, nel periodo di poco antecedente la pubblicazione della Relatività Generale, Gernsback ha parlato delle onde gravitazionali, mentre l’eroe del romanzo, Ralph, rifletteva sul suo ultimo dispositivo:

Si sapeva che alcune correnti ad alta frequenza originerebbero un’interferenza con le onde gravitazionali, poiché nella prima parte di questo secolo era stato provato che la gravitazione era effettivamente una forma d’onda, come quelle luminose o radio. Quando questa interferenza tra i due tipi di onde, ovvero le gravitazionali e le elettriche, è stata scoperta, si è riscontrato che uno schermo metallico caricato da onde elettriche ad alta frequenza in effetti annullerebbe in una certa misura la gravitazione…

E così via. Gernsback fece del suo meglio (e forse perfino troppo), ma come avrebbero potuto i suoi poteri di previsione far fronte alle onde gravitazionali? Dopo tutto, la sua epoca era abituata a trattare i fenomeni elettromagnetici. La Relatività Generale avrebbe presupposto una radiazione gravitazionale che, come le onde elettriche da lui menzionate, viaggiasse attraverso lo spazio alla velocità della luce. Ma le onde gravitazionali sono esse stesse distorsioni, increspature, nello stesso spazio-tempo. Aver rilevato onde gravitazionali, quindi, significa che abbiamo avuto un’altra prova a favore della Relatività Generale in una sorta di radiazione diversa da qualsiasi altra Gernsback avrebbe potuto immaginare.

Finalmente la scoperta

Come per le fluttuazioni di espansione e contrazione dello spazio-tempo, possiamo pensare alle onde gravitazionali come un movimento di compressione e stiramento dello spazio. L’accelerazione dei corpi dovrebbe produrre queste increspature, ma solo gli eventi più vasti – l’esplosione di una supernova, una coppia di stelle di neutroni in fusione, o addirittura la collisione tra due buchi neri – sarebbero sufficienti a produrre onde che siamo in grado di rilevare. L’esperimento condotto presso il Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) è stato finalizzato alla ricerca di queste onde per più di un decennio, con un Advanced LIGO più aggiornato in uso dallo scorso settembre e di gran lunga più sensibile rispetto al suo predecessore.

LIGO è impegnato dal 2002 nella ricerca delle onde gravitazionali e ha coinvolto nel lavoro circa 1000 scienziati. L’apparato laser interferometrico, installato presso gli osservatori di Hanford nello Stato di Washington e Livingston in Louisiana, si basa sul fatto che il passaggio di un’onda gravitazionale dovrebbe modificare lo stesso dispositivo, riducendo o ampliando lo spazio tra i due oggetti.

Un singolo fascio laser viene separato in due fasci gemelli, inviati su percorsi diversi perpendicolari tra loro dentro canali sotto vuoto lunghi quattro chilometri, fatti rimbalzare su specchi lungo il percorso e alla fine fatti ricombinare, di nuovo allineati. Il passaggio di un’onda gravitazionale attraverso l’esperimento dovrebbe essere in grado di variare la distanza dei due percorsi, il che significa che i fasci non sarebbero più in allineamento, in breve non si annullerebbero più a vicenda. Le variazioni risultano essere poco più di una piccola frazione dell’ampiezza di un nucleo atomico, ma si sono dimostrate rilevabili.

Una data da ricordare

Ora sappiamo che le prime onde gravitazionali sono state rilevate il 14 settembre 2015 alle 5:51 ora legale orientale (09:51 secondo l’ ora universale, quella del meridiano di Greenwich) in entrambi i siti LIGO. La fusione di un buco nero di 36 masse solari ed un altro di 29 volte la massa del Sole ha creato evidentemente un buco nero di Kerr (buco nero rotante) di 62 masse solari. Si pensa che le tre masse solari perse siano state convertite in energia e rilasciate sotto forma di onde gravitazionali in una frazione di secondo, con un picco di potenza, secondo questo comunicato stampa della National Science Foundation, circa 50 volte superiore a quello di tutto l’universo visibile. Il rivelatore di Livingston ha registrato l’evento 7 millisecondi prima di Hanford.

I due buchi neri si sono scontrati circa 1,3 miliardi di anni fa, in una zona del cielo che può essere determinata solo in modo impreciso, perché abbiamo solo due siti di rilevamento. Ciò nonostante, Gabriela Gonzalez (della Luisiana State University), una portavoce per la partnership LIGO, è stata in grado di indicare il cielo del sud nella regione della Grande Nube di Magellano. C’è da tenere presente che ci sono altri aiuti in arrivo – l’interferometro italiano VIRGO, che sarà vicino alla sensibilità di rilevazione di LIGO entro la fine dell’anno, i rivelatori in preparazione al Japanese Kamioka Gravitational Wave Detector (Kagra) e un altro rivelatore in via di realizzazione a LIGO- India (che potrebbe essere operativo entro il 2022). È da ricordare, inoltre, il satellite LISA Pathfinder (Laser Interferometer Space Antenna) che, lanciato nel mese di dicembre, ha ormai raggiunto il punto di Lagrange L1 Sole – Terra.

buchi neri Einstein Gernsback

Nell’immagine: simulazione di due buchi neri che si stanno fondendo davanti alla Via Lattea. nel suo insieme. Credit: SXS Collaboration.

Verso una nuova astronomia

In altre parole, stiamo per entrate nell’era dell’astronomia delle onde gravitazionali. A partire da questa rilevazione di LIGO, abbiamo già imparato che esistono i buchi neri binari e che essi possono fondersi. Un metodo verificato per rilevare le onde gravitazionali dovrebbe portarci a comprendere le basi di diversi fenomeni astronomici. È difficile accertare quanto diversi perché, come spesso il paragone con il primo strumento di Galileo ci ricorda, cose inaspettate saltano fuori ogni volta che si comincia a osservare con nuovi strumenti. Le onde gravitazionali ci forniscono un modo di vedere nei primissimi momenti dell’universo. E ci offrono sicuramente la via d’accesso dentro processi violenti quali le fusioni tra buchi neri e tra stelle di neutroni, e le esplosioni delle supernove. Così ci muoviamo al di là delle lunghezze d’onda elettromagnetiche – luce visibile, raggi X, raggi infrarossi – in una nuova era.

Ha detto Kip Thorne alla conferenza stampa:

Alla lunghezza d’onda del visibile siamo in grado di vedere l’universo come un luogo tranquillo, come guardare l’oceano in una giornata di bonaccia. Ma il 14 settembre tutto è cambiato. Ora vediamo un oceano di onde che si infrangono nella violenta tempesta creata dai buchi nel tessuto dello spazio e del tempo.

Thorne ha continuato parlando del tipo di scoperte che saranno possibili con i progressi nell’astronomia delle onde gravitazionali, non solo i buchi neri, le stelle di neutroni e le supernove precedentemente menzionati, ma anche la possibile individuazione di stringhe cosmiche provenienti attraverso le diverse parti del cosmo, create dal processo d’inflazione nei primi momenti dell’universo.

Aggiunge Thorne:

Con questa scoperta noi esseri umani ci stiamo imbarcando in un nuovo viaggio meraviglioso, che si propone di esplorare l’aspetto curvo dell’universo, oggetti e fenomeni generati dallo spazio-tempo curvo. La collisione tra i buchi neri e le onde gravitazionali sono i nostri primi bellissimi esempi. 

La distanza temporale tra il primo racconto di Gernsback e la Relatività Generale di Einstein era di quattro anni. Quella tra la rilevazione delle onde gravitazionali e la RG è stata di un secolo, un arco di tempo in cui i fondamenti della Relatività Generale sono entrati a far parte del tessuto della cultura scientifica di base. È utile, come esperimento mentale, proiettarci di nuovo in quell’epoca pre-RG e riflettere su quanto drammatico debba essere stato il cambiamento concettuale provocato da Einstein.

 

Hugo Gernsback obituary photograph published in November 1967 issue of his Radio-Electronics magazine.


Immagine: Ritratto dell’editore di riviste Hugo Gernsback (1884-1967), di Fabian Bachrach (1917-2010). Credit: Wikimedia Commons

Un  esperimento mentale antico

L’esperimento mentale è un modo per vedere come i preconcetti possono essere ribaltati in modo drammatico, che è il motivo per cui a volte ritorno a vecchie storie fuori moda come Ralph 124C 41+ di Gernsback. Si tratta di un romanzo famoso negli annali della fantascienza, ma di lettura ampollosa. Brian Aldiss una volta lo descrisse come un “racconto di cattivo gusto per analfabeti” e il suo autore considerava evidentemente la sua trama come poco più di un trampolino per il suo vero scopo, la descrizione di meraviglie tec iche futuristiche. Gernsback non era un Einstein, ma poi, chi era costui? Era un inventore, un editore con un’ampia gamma di riviste, i cui contributi alla fantascienza furono così grandi da far intitolare il Premio Hugo annuale a suo nome. Era inoltre famoso per pagare ai suoi autori compensi molto bassi (Howard Phillips Lovecraft lo chiamava ‘Hugo il Ratto’). Pochi appassionati di fantascienza oggi hanno letto Ralph 124C 41+, ma quel gusto degli inizi del XX secolo per le previsioni straordinarie di stampo tecnologico trasse impulso da quel libro, stimolando un genere emergente e vivace.

La fantascienza attuale, con tutti i suoi sottogeneri, prende la Relatività Generale come punto di partenza per il futuro, continuando a impicciarsi di come la teoria potrebbe essere estesa in modo utile sia per la scienza che per la trama. È anche possibile che, entro i prossimi cento anni, attraverso l’astronomia delle onde gravitazionali potremmo trovare qualcosa che è profondamente difforme dal pensiero corrente quanto la Relatività Generale lo è stata ai suoi tempi. Quando abbiamo progredito verso la RG non abbiamo abbandonato la fisica newtoniana, l’abbiamo semplicemente messa in un contesto più ampio. Apri una nuova porta sull’universo e le cose accadono. Possiamo solo chiederci che aspetto avranno la scienza, e la fantascienza, tra un secolo a partire da oggi.

L’articolo di riferimento è “Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger,” Physical Review Letters 116 (11 febbraio 2016) 061102. Si veda anche questo utile riferimento dalla rivista online Physics, dell’American Physical Society: Berti, “Viewpoint: The First Sounds of Merging Black Holes”.

Traduzione di Simonetta Ercoli

Editing di Donatella Levi

 

Titolo originale: “Pondering Gravitational Waves” di Paul Gilster, pubblicaato l’11 febbraio 2016 su Centauri  Dreams

23 febbraio 2016 Posted by | Astrofisica, Fantascienza, Radioastronomia, Scienze dello Spazio, SETI | , , , , | 2 commenti

Astroingegneria, nuova frontiera del SETI

L’anno scorso il programma New Frontiers in Astronomy & Cosmology, creato dalla John Templeton Foundation per distribuire borse di studio, ne ha assegnate tre con un orientamento che Clément Vidal definirebbe Zen-SETI.

Kardashev( nella foto: Nikolai Kardashev, astronomo russo)

L’idea di cercare tra i dati astronomici già disponibili e fare nuove osservazioni per rilevare possibili segni di una civiltà extraterrestre al lavoro non è nuova, e nell’articolo precedente abbiamo dato un’occhiata al contributo anticipatore di Freeman Dyson. Carl Sagan and Josif Shklovskii fanno anch’essi parte di una discendenza che possiamo estendere all’indietro almeno fino agli inizi del ventesimo secolo.

Questi ultimi riconoscimenti dimostrano una tendenza crescente affinché il SETI allarghi i suoi orizzonti verso nuove direzioni. La squadra di Jason Wright (Pennsylvania State University), alla quale si aggiungono  i colleghi  Steinn Sigurðsson and Matthew Povich, sta per dare inizio ad una ricerca per le Sfere di Dyson che, se osservate in una lontana galassia colonizzata da una civiltà di tipo Kardashev III, dovrebbero mandare un’inequivocabile firma nell’infrarosso. Potremmo rintracciare un dato simile fra quelli ricevuti  dal WISE, il satellite per l’osservazione dell’infrarosso, attualmente operativo in orbita terrestre?

E riguardo a Kepler, quali novità? Lucianne Walkowicz, della Princeton University, ha vinto una delle tre borse di studio in palio nel 2013 per la sua ricerca di indizi di origine tecnologica o almeno artificiale attorno a stelle lontane. Il terzo vincitore è stato il cacciatore di pianeti extrasolari Geoff Marcy (UC-Berkeley), che ha lavorato con Andrew Howard (University of Hawaii) and John Johnson (Caltech) sui dati di Kepler. Quando Clément Vidal scrive del SETI come di un programma dedicato all’osservazione piuttosto che alle comunicazioni (in The Beginning and the End, Springer, 2014), egli dà una forte spinta ai principi che stanno dietro a queste ricerche.

Quello di Vidal è un libro ricco e densamente costruito, ecco perché in questi ultimi giorni ho tentato  di estrarne alcune idee chiave fra quelle più attinenti con ciò che facciamo a Centauri Dreams. I primi capitoli sono dedicati soprattutto a costruire una punto di vista che sia coerente con le ultime tendenze della cosmologia, e Vidal fa congetture non solo sulle teorie del “multiverso”, ma anche su un ruolo per la vita nel cosmo che includa la cosmogenesi, cioè la creazione di nuovi universi. Viene subito in mente Olaf Stapledon, perché l’ambiziosa fuga in avanti di Vidal verso nuovi ambiti intellettuali mi ricorda tanto lo scrittore inglese. Questi si sarebbe sentito a casa con le idee di Vidal di una selezione cosmologica artificiale, che si rifanno, estendendole, a idee proposte originariamente da un altro pensatore profondamente creativo, Lee Smolin.

Maccone

(nella foto Claudio Maccone, Chair of the IAA SETI Permanent Committee, lo scienziato italiano più influente in ambito SETI)

 

I Buchi Neri e il loro uso

Cosa possiamo dire, ad esempio, dei buchi neri in un contesto SETI? Prima di tutto offrono l’opportunità di avvalersi di una delle più potenti lenti gravitazionali esistenti. Claudio Maccone ha scritto a proposito del potenziale dei buchi neri  posizionati nel centro delle galassie simili alla Via Lattea, che vengono circondati da sciami di stazioni d’osservazione allineate con bersagli sparsi in tutto l’universo. Del resto, l’effetto che ha la lente gravitazionale sulle radiazioni elettromagnetiche nei pressi di un buco nero è così intenso che si potrebbe allestire un apposito canale di comunicazione intergalattico su lunghissime distanze (aspettare le risposte sarà tutt’altra faccenda).
Ma i buchi neri offrono ben altro. Nella loro qualità di oggetti più densi tra quelli noti nell’universo, essi possono soddisfare le esigenze di una civiltà di tipo Kardashev III posta di fronte alla continua necessità di sostenere i propri consumi energetici. Vidal esamina la letteratura sull’argomento cominciando da Roger Penrose, che immaginava l’estrazione dell’energia di rotazione di  un buco nero tramite l’iniezione di materia, e proseguendo con altri scienziati che elaborarono i dettagli di come estrarre energia da buchi neri roteanti (la bibliografia è vasta e abbastanza buona). Ma ecco un’altra possibilità: raccogliere energia dalle onde gravitazionali generate dalla collisione fra buchi neri o addirittura manipolare la fusione di alcuni dei più piccoli. In tempi recenti Louis Crane ha studiato i piccoli buchi neri come fonte di energia, perché questi oggetti convertono materia in energia (la radiazione di Hawking) ad alti livelli di efficienza.

Ci sono anche usi computazionali per i buchi neri  che ci spingono fino ai confini dell’informatica con la teoria degli “ipercomputer”, i quali ricorrono ad effetti relativistici per dilatare il tempo in prossimità dei buchi neri. Le idee filosofiche di Vidal a proposito di una selezione cosmologica artificiale partono dall’ipotesi che una civiltà di tipo Kardashev III possa imparare ad usare i buchi neri per creare interi universi nuovi di zecca. Comunque si veda la questione, l’idea che  se ne trae è che, per una varietà di ragioni, i buchi neri dovrebbero essere una sorta di calamita per l’intelligenza. Vidal vuole sapere come si potrebbero presentare le manifestazioni osservabili di questi utilizzi. Si riuscirebbe a rilevarli?

Sorgenti di energia per civiltà avanzate

Ma non dobbiamo limitare la nostra ricerca ai soli buchi neri. Se estrarre energia dal sottile disco di accrescimento attorno a un buco nero rotante potrebbe essere una delle più efficienti fonti di energia che si possa immaginare, possiamo anche cercare simili configurazioni attorno a stelle di neutroni o nane bianche. Ecco quindi una domanda chiave: potrebbe una civiltà imbrigliare l’energia della propria stella a un livello di efficienza che si avvicini alla densità dei buchi neri? L’interessante famiglia dei sistemi binari chiamati “stelle doppie a raggi X”, per via della loro caratteristica emissione elettromagnetica, meriterebbe, secondo Vidal, la nostra attenzione come un possibile segno di un sistema astrofisico artificiale. Ce ne sono altre, inclusa una grande varietà di stelle doppie a contatto dove le stelle scambiano tra loro materia ed energia in modi complicati. Vidal presuppone che queste binarie siano oggetti naturali, ma non vuole escludere la possibilità che almeno in qualcuna di loro potremmo vedere qualcos’altro in azione. E qui vorrei citare direttamente l’autore:

Wise(nell’immagine: il telescopio orbitale WISE)

“L’accrescimento è un processo astrofisico nella formazione dei pianeti e delle galassie che si verifica dovunque, quindi si potrebbe obiettare che tutti i sistemi binari potrebbero semplicemente essere sempre naturali. Ma lasciate che vi presenti un’analogia. La fissione si trova nei processi naturali così come la fusione, che è uno dei processi energetici di base nell’evoluzione stellare. Eppure l’uomo cerca di copiarle entrambe, e sicuramente trarrebbe grande beneficio se potesse averle sempre sotto controllo. Quindi non è perché sia noto che un certo processo possa verificarsi in natura, che il suo uso in un dato caso non possa essere sotto controllo intelligente. In effetti, la questione potrebbe essere ancora più complessa. La formazione di lampi a raggi-X potrebbe essere naturale, ma gli extraterrestri potrebbero assumerne il controllo successivamente, proprio come un fiume che scorre giù da una montagna è una sorgente di energia gravitazionale che gli uomini possono imbrigliare con impianti idroelettrici.“
In altre parole, c’è un’ampia varietà di sistemi stellari binari, in cui troviamo dischi di accrescimento che potrebbero fornire utili fonti di energia a una civiltà avanzata. Vidal ha creato il termine “stellivoro“ per descrivere una civiltà che potrebbe “cibarsi“ delle stelle. Più precisamente:

“Si tratta di una civiltà extraterrestre in grado di usare l’energia stellare (e quindi del tipo Kardashev II), nella configurazione di una binaria lenta, (non-conservative transient) con disco di accrescimento… in cui la primaria densa… sia un pianeta, una nana bianca, una stella di neutroni o un buco nero”.

E infatti Vidal cita il romanzo di Stapledon Star Maker per dimostrare che l’idea di estrarre energia da un sistema binario non è nuova. E un giorno la nostra civiltà potrebbe proprio dirigersi  verso uno scenario ipotetico di questo tipo. Man mano che le nostre tecnologie funzionano secondo scale sempre più piccole e dense e noi avanziamo lungo la progressione di Kardashev, usando così sempre più energia, alla fine ci troveremo in debito di energia anche se dovessimo coprire tutta la superficie terrestre con pannelli solari. Così portiamo la Terra più vicina al Sole (è una nozione di Stapledon) per ottenere più energia, mentre i nostri discendenti si trasformano in esseri postbiologici. Ma abbiamo bisogno di ancor più energia, così gli ingegneri stellari costruiscono un disco di accrescimento attivo dal Sole trasformando quello che era stata la specie umana in una civiltà stellivora. La densità della Terra evoluta ora si avvicina a quella di una nana bianca, e il nuovo sistema binario assomiglia a quello che nei nostri dati vediamo come una variabile cataclismica, un sistema binario con una nana bianca come componente. Vidal:

clement-vidal2(nella foto: Clément Vidal)

“ Se tali sistemi binari sono stellivori, allora dovremmo trovare che le loro versioni primitive estraggono energia da una stella accoppiata ad un pianeta che non è denso se paragonato  a una nana bianca, a una stella di neutroni o a un buco nero. Ciò avverrebbe a un tasso di accrescimento più contenuto, così l’accrescimento planetario è una delle predizioni concrete derivabili dall’ipotesi stellivora (e in effetti di recente sono state scoperte interazioni tra stelle e pianeti).”

L’ipotesi di Vidal dell’esistenza delle stellivore ci lascia intravvedere un’astrofisica delle alte energie da un punto di vista astrobiologico. Solo congetture? Certo, ma Vidal è un filosofo per il quale giocare con le idee è coinvolgente come il fluire delle note in una fuga di Bach. Piuttosto che rivendicare l’esistenza di civiltà stellivore, egli offre dati su un’ampia varietà di sistemi binari e la possibilità di estrarne energia, fornendo previsioni su cosa potremmo vedere se tali civiltà esistessero. Viene presentata un’agenda dell’astrobiologia delle alte energie che propone specifiche ricerche (…..).

Per concludere, l’idea della stellivora è il modo in cui Vidal descrive la nuova direzione del SETI, un esempio concreto di come possiamo studiare dei corpi celesti di cui possediamo i dati cercandovi tracce di ingegneria extraterrestre. Costruire un robusto bagaglio teorico per tali ricerche è il fulcro di The Beginning and The End, i cui principi sono espressi e messi a punto dalle ricerche SETI ancora in corso menzionate all’inizio di questo articolo. Come nel caso del Progetto Ozma dei primi tempi del SETI, noi non possiamo sapere cosa troveremo finché non diamo il via alla ricerca effettiva. Trovare culture del tipo Kardashev II o III, o ciò che ne rimane, ci mostrerebbe quello di cui la vita intelligente è capace, facendo al contempo sorgere la domanda ormai familiare su quanto a lungo una specie tecnologica possa sperare di sopravvivere.

traduzione ed editing di ROBERTO FLAIBANI e DONATELLA LEVI

Titolo originale: A Test Case for Astroengineering di Paul Gilster

pubblicato su Centauri Dreams il 30 ottobre 2014

19 gennaio 2015 Posted by | Astrofisica, Fantascienza, Radioastronomia, Scienze dello Spazio, SETI | , , | 2 commenti

I presupposti teorici del SETI

ZenSetiLibro Questo articolo fa seguito al precedente  Lo Zen del SETI e porta avanti l’esame dei principi teorici del SETI, che si concluderà tra breve con un terzo post sull’astroingegneria e i buchi neri.(RF)

Se tentassimo di ampliare i confini della ricerca di vita extraterrestre intelligente, come dovremmo procedere? Avere una mente speculativa è essenziale, e una delle gioie della fantascienza è la capacità di muoversi senza porsi dei limiti attraverso uno spazio immaginario, elaborando le possibili conseguenze dei più diversi scenari. Ma occorre stabilire delle priorità, ed è per questo che Freeman Dyson concepì l’idea di cercare esempi cospicui di tecnologie create da intelligenze extraterrestri. Non ci stupisce dunque che il termine “Dysonian SETI” sia usato per descrivere il metodo con il quale tale ricerca può procedere.

La cosiddetta “Sfera di Dyson” ne è un esempio. Immaginiamo una civiltà enormemente più antica e tecnologicamente più avanzata della nostra che decida di ottimizzare la quantità di energia estraibile da una stella. Sebbene la Sfera sia talvolta descritta come una sorta di guscio che circonda completamente una stella, l’idea di Dyson è meglio raffigurabile come uno sciame di ordigni che assorbono dalla stella quanta più energia possibile. Tra le diverse varianti spicca il “ringworld”  immaginato da Larry Niven nel romanzo che porta lo stesso nome. Un’opera di mega-ingegneria come questa emetterebbe una firma astronomica caratteristica. Perfino una stella completamente racchiusa in un guscio potrebbe essere rilevata grazie alle sue emissioni nella gamma dell’infrarosso, ed è qui infatti che in passato sono state condotte le ricerche delle Sfere di Dyson.

Una civiltà potente costruirebbe davvero oggetti simili? È una domanda chiave e, come fece notare Clément Vidal nel suo libro The Beginning and the End (Springer 2014), il documento di Dyson del 1966 sull’argomento partì dal presupposto che un’intelligenza aliena si servirebbe di una tecnologia che noi saremmo in grado di comprendere. L’idea è stata giustamente tacciata di antropocentrismo, e perfino lo stesso Dyson la definì “totalmente irrealistica” . Ma dobbiamo pur fissare un qualche punto di partenza, accettando la prospettiva assai realistica che una civiltà davvero avanzata opererebbe secondo modalità che imitano i processi naturali. Sviluppare criteri basati su ciò che effettivamente comprendiamo ci offre almeno una chiave per studiare cose che vediamo nei nostri dati astronomici e che potrebbero segnalare la presenza di opere di astroingegneria. Siamo limitati dal nostro livello di conoscenza scientifica, ma dobbiamo comunque usarlo.

Come ho detto in passato, il SETI Dysioniano (oppure lo Zen SETI di Vidal), non  è in conflitto con i precedenti metodi di ricerca SETI (radio e ottico).  Cercando nei nostri dati astronomici segni evidenti di tecnologia al lavoro, lo Zen SETI abbandona del tutto l’idea del SETI come tentativo di intercettare comunicazioni intenzionali, cercando invece di identificare anomalie su vasta scala che ci possano mostrare un’altra civiltà in azione. Questa forma di SETI ci permette di dirigere le nostre indagini non solo verso la nostra galassia, ma anche verso qualsiasi oggetto astronomico osservabile con i nostro telescopi. Come detto in precedenza, tutto questo somiglia un po’ all’archeologia, con possibili scoperte che potrebbero essere vecchie di migliaia di anni.

Così, mentre il SETI tradizionale prosegue con la sua ricerca pur sempre valida, nuove forme di SETI allargano lo spazio di ricerca e ci danno modo di interrogarci sulle basi filosofiche dei nostri assunti. Dovremmo, per esempio, dare per scontato che stiamo cercando forme di vita basate sul carbonio e l’acqua? Vidal segnala una definizione della vita del 1980, dovuta a Gerard Feinberg e Robert  Shapiro (in Life Beyond Earth, ed. Morrow), che descrive la vita stessa come una serie di sistemi altamente ordinati di materia ed  energia “caratterizzati da cicli complessi che conservano o aumentano gradualmente l’ordine del sistema attraverso lo scambio di energia con l’ambiente.”

clement-vidal2(nella foto: Clément Vidal)

Commenta Vidal: “Si noti l’estrema genericità di tale definizione. Carbonio, acqua e DNA non sono nemmeno nominati. Ciò che rimane sono scambi energetici che portano a un incremento di ordine. Liberi da presupposti limitanti (come l’acqua e il carbonio), i due autori immaginano esseri che vivono in colate laviche, nel magma terrestre, o sulla superficie di una stella di neutroni, un’idea, quest’ultima, che fu  esplorata non  solo dagli scrittori di fantascienza… ma anche dallo scienziato Frank Drake.”

Il riferimento alla fantascienza allude a Dragon’s Egg di Robert Forward (Ballantine, 1980), un intenso racconto condotto con l’abituale passione dall’autore. Meno conosciuto è l’articolo di Drake, Life on a  Neutron Star, (uscito in Astronomy – vol.1, n.5 –  1973), che si trova ancora sepolto tra pile di vecchie riviste in un armadio qui in ufficio. Lo ricordo volentieri come uno di quegli scritti che ti aprono la mente e ti fanno vedere il mondo in modo differente; ti rendi conto di quanto tu sia un prodotto del tuo stesso ambiente, e allora ti metti a pensare a quanti ambienti ci sono là fuori…

Il campo che si apre alle congetture è vasto. Robert Freitas ha scritto perfino che potrebbero esistere metabolismi di sistemi viventi basati sulle quattro forze fisiche fondamentali, cioè l’interazione nucleare debole, quella forte, l’elettromagnetismo e la gravitazione. Dovremmo anche considerare la possibilità (o la probabilità?) che una civiltà avanzata sia composta in buona parte da esseri postbiologici. Vidal ci ricorda quante generazioni di computer si sono succedute nel corso delle nostre vite, con il computer molecolare tridimensionale come possibile successore degli attuali circuiti integrati. E si chiede come si muoverebbe un ricercatore informatico degli anni ‘40 nel mondo digitale di oggi. Sarebbe in grado di riconoscere e comprendere gran parte della nostra tecnologia?

Vidal aggiunge: “La morale della storia è che nel SETI la materia non ha poi così (tanta ) importanza. Ciò che conta è l’abilità nel manipolare l’energia della materia e l’informazione, non il substrato materiale in sé. La tesi a favore dell’ipotesi postbiologica è alquanto plausibile….. Abbandonare l’ipotesi che gli extraterrestri usino un substrato biologico come carbonio, acqua, molecole del DNA o proteine permette di concentrarci sulla teoria dei sistemi funzionali, che punta a essere indipendente da uno specifico substrato materiale. Ciò rende questa  teoria dei sistemi il campo di ricerca interdisciplinare per eccellenza e anche uno strumento indispensabile in astrobiologia e nel SETI.”

Forse questi estratti danno un’idea di quanto provocatorio sia questo studio densamente scritto, e quanto spesso esso metta in discussione i presupposti della astrobiologia. Vidal ritiene in effetti che un’analisi stringente del SETI  possa contribuire a liberarci da quei presupposti che si applicano solo alla vita terrestre così da tentare di scoprire quali siano le caratteristiche essenziali della vita in quanto tale. Egli è alla ricerca di concetti relativi ai sistemi viventi, e magari anche intelligenti, che possano essere validi anche in ambiti extraterrestri, mentre noi rendiamo i nostri criteri sempre più aderenti allo studio dei dati astronomici anomali.

Freeman_Dyson(nella foto: Freeman Dyson)

Quali tipi di scoperte possiamo sperare di fare qualora esista davvero un qualcosa come un’astroingegneria su scala interstellare? Oltre alle già menzionate Sfere di Dyson , potremmo rilevare vasti scavi minerari nelle cinture di asteroidi di sistemi esoplanetari? E che dire delle stelle anomale, di gran lunga troppo giovani per stare nelle regioni dove le abbiamo trovate, oppure di quelle che mostrano spettri non abituali, possibili indicatori di civiltà che cercano di prolungare il ciclo della fusione dell’idrogeno nel proprio sole? Come ho già detto, i lettori possono vedere un sommario delle recenti idee sull’argomento nel mio articolo intitolato Distant ruins, apparso su Aeon.

Tra breve concluderò la discussione su [questa parte di] The Beginning and the End con l’opinione di Vidal sul possibile candidato per quella che possiamo definire “astrobiologia delle alte energie”, un fenomeno abbastanza interessante da richiamare l’attenzione dei teorici del SETI dysoniano. Vorrei però subito chiarire che il valore di questo libro non è in uno specifico candidato SETI, ma nel contesto molto più vasto che Vidal offre alla ricerca umana di altre civiltà, un contesto che sfida i lettori a mettere in discussione il proprio punto di vista su quale sia il posto degli esseri intelligenti nell’Universo.

 

traduzione ed editing  ROBERTO FLAIBANI

DONATELLA LEVI

FONTI:

Original Title:  “Examining SETI Assumptions” written by Paul Gilster on October 28, 2014 and published on Centauri Dreams. The original Dyson paper covering a broadened search for ETI is “The Search for Extraterrestrial Technology,” in Marshak, R.E. (ed.) Perspectives  in Modern Physics (Wiley, 1966), pp. 641-655.

 

5 gennaio 2015 Posted by | Astrofisica, Astronautica, Fantascienza, Radioastronomia, Scienze dello Spazio, SETI, Volo Interstellare | , , , | 2 commenti

Lo Zen del SETI

Il SETI cresce e si diversifica

Già da tempo la così detta Archeologia Interstellare rappresenta, nella ricerca SETI, una valida alternativa al tradizionale metodo di investigazione, basato sul monitoraggio di una ben delimitata finestra spettrale, nella speranza di rintracciare segnali emessi da una civiltà extraterrestre. L’Archeologia Interstellare si occupa invece di cercare le prove dell’esistenza di tali civiltà a distanze extragalattiche e quindi molto indietro nel tempo. Ci siamo già occupati in passato di questo nuovo paradigma di ricerca nell’articolo “Dal SETI archeologico nuove idee e obiettivi “, che consigliamo vivamente a tutti di (ri)leggere.

m51whirlpool(nella foto: M51, la Galasssia Vortice). In estrema sintesi si tratta di questo:  alcuni ricercatori ritengono ragionevole credere che le  civiltà catalogate al secondo livello della scala Kardashev  (completo controllo dell’energia liberata dal loro sole pari a 4*1026 W per stelle del calibro della nostra), nello sforzo di raggiungere il terzo livello (completo controllo dell’energia emessa da tutte le stelle di una intera galassia – tipicamente 4*1037W), potrebbero servirsi estesamente di congegni chiamati “Sfere di Dyson”. Sono una specie di gigantesche conchiglie che vengono costruite tutto intorno alle stelle prescelte e sono in grado di assorbire l’energia da esse prodotta. Le Sfere possono esistere anche in versione ridotta, per esempio composte da un anello soltanto.

Nello svolgere i propri compiti la Sfera di Dyson produce una certa quantità di radiazione infrarossa che si espande nello spazio lasciando dietro di se un vuoto localizzato nella lunghezza d’onda del visibile.  Il fronte d’onda è un luogo geometrico nello spazio che è raggiunto, nello stesso istante, da una perturbazione ondosa generata da una sorgente in un momento ben preciso.  L’emissione nella lunghezza d’onda dell’infrarosso si propagherà nella forma della sfera di Dyson stessa, definita in termini tecnici come “fronte d’onda sferico”. Questo è ciò che  i ricercatori chiamano una “Bolla di Fermi” e ritengono dovrebbe essere bene individuabile a distanze galattiche. (RF)

Lo Zen del SETI

L’attività del SETI è stata spesso paragonata all’archeologia, e a ragione. In ambedue i casi tentiamo di recuperare informazioni su culture del passato. Quando Heinrich Schliemann incappò nel corso dei suoi scavi nei numerosi strati di Troia, e facendolo danneggiò inavvertitamente preziosi reperti di ere successive, lui e la sua squadra stavano esplorando l’età eroica raccontata da Omero. Allo  stesso modo, qualsiasi scoperta effettuata dal SETI ha a che fare con un segnale proveniente dal passato. Quanto questo sia antico dipende da quanto lontana sia la sorgente dell’emissione, poiché tale informazione viaggia alla velocità della luce.

linguaetrusca(nell’immagine: scrittura greca). L’analogia con l’archeologia è lungi dall’essere perfetta, perché sulla Terra abbiamo a che fare con manufatti della nostra stessa specie e lavoriamo spesso con reperti linguistici la cui decifrazione aiuta la nostra comprensione. Risolvere l’enigma dei geroglifici egiziani non è stato facile, ma la Stele di Rosetta, fornendoci lo stesso testo in tre lingue diverse, ci ha permesso di decodificarli. Anche la  scrittura Lineare B, utilizzata dai micenei prima dell’emergere dell’alfabeto greco, può essere considerata come un’espressione del più antico dialetto greco apparentemente presa in prestito dal Lineare A minoico. Ma un segnale SETI sarà un puro messaggio e, in assenza dei numerosi indizi linguistici e culturali su cui contiamo per dare un senso a un linguaggio non decifrato, in che modo potremo accostarci ad esso?

Mentre abbiamo notevoli problemi con alcuni antichi linguaggi – la soluzione di quello Maya ha dovuto attendere che i glifi fossero visti in un contesto fonemico e morfologico completamente nuovo,  mentre l’Etrusco rappresenta tuttora una sfida aperta – tali problemi sono ben poca cosa di fronte a un linguaggio realmente alieno, originario di un altro sistema stellare. Il che mi porta a Clément Vidal, il quale in un suo libro scava con passione nella problematica  SETI, chiedendosi  quale tipo di rilevazione ci aspettiamo di fare. Quello che si potrebbe chiamare SETI “tradizionale” ipotizza in linea di massima che una civiltà lontana cercherà di inviarci dei messaggi, poiché è altamente improbabile che si possa riuscire a captare segnali radio che non siano stati emessi nella nostra direzione.

ZenSetiLibroIl suo libro The Beginning and the End  (L’inizio e la Fine) (Springer 2014) ha come sottotitolo ”Il significato della vita in una prospettiva cosmologica”, e il SETI è solo uno degli aspetti di una discussione che procede in tre direzioni. Ma la sua analisi del SETI a partire da una visione cosmologica del mondo ci aiuta a inserire gli sforzi attuali del SETI in un quadro più vasto. Il presupposto della comunicazione era ed è ragionevole, date le origini del SETI e la scelta voluta di cercare segnali nella porzione più probabile dello spettro, che i primi sostenitori individuavano tra le linee spettrali dell’idrogeno e del radicale idrossile (1420 – 1665 Mhz). La zona prescelta per le comunicazioni era priva di interferenze ed era verosimile che le culture alla ricerca di altri esseri senzienti ne sarebbero attratte. Ma ci sono altri modi per cercare la vita che aggiungono validi strumenti alla nostra ricerca.

Vidal è un filosofo e, come dimostra il suo libro, un eclettico, il quale nel corso della sua discussione affronta ambiti quali l’astrobiologia, la scienza della complessità, la cosmologia e molto altro. Egli analizza quelli che considera i punti deboli dei nostri presupposti, facendone un parte centrale del suo ragionamento. È convinto, infatti, che non abbiamo  bisogno di comunicazioni per fare ricerche SETI, e che non dobbiamo limitare i nostri sforzi alla nostra galassia. Il metodo delle onde radio ci dà la speranza di poter un giorno stabilire una comunicazione bidirezionale con altre specie, preferibilmente le più vicine, ma quella che io spesso chiamo “archeologia interstellare“ (cercare cioè la prova dell’esistenza di esseri intelligenti nei dati, anche in quelli provenienti da altre galassie) dà meno importanza alle comunicazioni, enfatizzando invece la rilevazione di civiltà che potrebbero  essere ben più potenti della nostra.

“Zen Seti” è il nome intrigante che Vidal conia per questo tipo di approccio, il quale è stato sostenuto in tempi recenti soprattutto da Milan Ćirković, pur se analizzato nel corso degli anni da numerosi scienziati come Freeman Dyson, Nikolai Kardashev, James Annis, Richard Carrigan, e gli attuali membri del gruppo della Penn State University: Jason Wright, Matthew Povich e Steinn Sigurðsson. Non ne farò in questa sede un riassunto, mentre si può trovare una discussione sullo stato attuale della ricerca nel mio articolo Distant Ruins apparso su Aeon. Il punto è riconsiderare creativamente le informazioni che potrebbero già esistere trai nostri dati astronomici, e organizzare  nuove ricerche che puntino ad individuare la firma che potrebbe essere lasciata da una civiltà di Tipo II o III secondo la scala di Kardashev.

sfera dyson(nell’immagine: una Sfera di Dyson). Ovviamente lo Zen SETI non pretende di essere l’unico tipo di approccio alla disciplina, e indubbiamente questi metodi andrebbero considerati come complementari alle ricerche in gamma radio e ottica attualmente in corso. Quando Richard Carrigan cominciò a cercare dati in gamma infrarossa raccolti dal satellite IRAS allo scopo di individuare le firme di possibili Sfere di Dyson  (vedi: Toward an Interstellar Archaeology), egli stava ampliando i tentativi di studiare oggetti SETI in luoghi distanti come M51, la cosiddetta Galassia Vortice, riflettendo su come una cultura di Kardashev di tipo III potesse cominciare la trasformazione in massa di stelle in fronti d’onda sferici grazie alla massimizzazione delle proprie risorse energetiche.

Tale ricerca non preclude la possibilità di comunicazioni provenienti da civiltà molto più vicine, ma pone una domanda meditata. Oggi noi stimiamo l’età dell’Universo intorno ai 13,7 miliardi di anni circa, e la nascita della più vecchia stella tipo-Sole intorno ai 12,5 miliardi di anni, come anche dei primi pianeti rocciosi. Date alla vita 5 miliardi di anni per emergere, com’è successo sulla Terra, e avrete la possibilità che i primi esseri intelligenti siano apparsi intorno a 6 miliardi di anni dopo il Big Bang. Poiché si  suppone che la Via Lattea si sia formata tra i 10 e gli 11 miliardi di anni fa, l’intelligenza potrebbe essere apparsa  nella nostra galassia 5 miliardi di anni prima che noi terrestri incominciassimo a puntare le parabole dei nostri radiotelescopi sulle stelle più vicine.

Charles Lineweaver, dell’Australian National University, è il punto di riferimento in questa materia, e i suoi lavori indicano come in altri sistemi stellari i pianeti simili alla Terra siano mediamente 1,8 miliardi di anni più antichi del nostro, con un margine di 0,9 miliardi di anni. Dati i risultati di Lineweaver, non è probabile che qualsiasi civiltà dovessimo scoprire sarà significativamente più avanzata della nostra? Milan Ćirković sostenne quest’idea in un documento del 2006:

elliptical_galaxy_eso(nell’immagine: galaxy cluster Abell S0740). “Applicando l’assunto copernicano alla lettera, ci si aspetterebbe che corrispondentemente le forme  di vita complesse su questi altri mondi siano in media 1,8 miliardi di anni più vecchie. Società intelligenti, quindi, sarebbero più vecchie della nostra in egual misura. In effetti la situazione è perfino peggiore, perché questo è il valore medio, ed è ragionevole presumere che ci sarà, da qualche parte nella galassia, un pianeta abitabile, diciamo di 3 miliardi di anni più antico del nostro. Poiché l’insieme delle società intelligenti sarebbe probabilmente dominato da un piccolo numero fra quelle più antiche e avanzate… è probabile che incontreremo una civiltà ancora più antica di 1,8 miliardi di anni (e magari molto di più).”

Tutto ciò spinge Vidal a considerare che i termini della nostra ricerca SETI devono essere flessibili:

“Non abbiamo bisogno di essere così cauti nelle nostre  speculazioni astrobiologiche, al contrario, dobbiamo spingerle ai limiti estremi se vogliamo intravedere a cosa potrebbero somigliare civiltà così avanzate. Naturalmente ricerche così ambiziose andrebbero bilanciate con conclusioni ben ponderate. Inoltre, considerata la nostra totale ignoranza rispetto a tali civiltà, sarebbe saggio incoraggiare e sostenere una larga varietà di strategie. Rimanere fedeli all’osservazione, al metodo scientifico e alle principali teorie generali rimane il nostro miglior punto di riferimento.”

Paul Davies dice sostanzialmente la stessa cosa, e Vidal ne riporta la seguente citazione: ”L’Universo è un’arena ricca e complessa, in cui i segni di un’intelligenza aliena potrebbero essere sepolti in mezzo a un marasma di dati di origine naturale e potrebbero essere riportati alla luce solo grazie a un ingegnoso lavoro di vagliatura.”
Nei prossimi giorni andremo avanti occupandoci degli assunti del SETI e dove possono essere messi alla prova, usando la raffinata dialettica di Clément Vidal a proposito dello Zen del SETI e delle sue conseguenze sul modo di procedere.

TRADUZIONE DI ROBERTO FLAIBANI E DONATELLA LEVI

FONTI:

  • Titolo originale: “The Zen of SETI” by Paul Gilster, pubblicato su Centauri Dreams il 27 ottobre 2014
  • The MIlan Ćirković’s paper is “Macroengineering in the Galactic Context” (full text).
  • Charles Lineweaver’s study is “An Estimate of the Age Distribution of Terrestrial Planets in the Universe: Quantifying Metallicity as a Selection Effect,” Icarus Vol. 151, No. 2 (2001), pp. 307-313 (full text).

22 dicembre 2014 Posted by | Astrofisica, Fantascienza, News, Radioastronomia, Scienze dello Spazio, SETI | , , , , , , , | 3 commenti

Pianeti nomadi o fantapianeti?

pianeta nomadeAnche se la notizia non è certo fresca, l’esistenza dei cosidetti pianeti nomadi non è di quelle che si possano scordare in fretta. Dato che è ormai quasi un  anno che non leggo novità in merito, ho pensato che i lettori del Tredicesimo Cavaliere avebbero gradito trovare qui  un riepilogo della situazione, ma non mi stanco di ripetere: le cifre sotto riportate in relazione al numero dei pianeti nomadi esistenti nella Galassia sono sconvolgenti per la loro enormità e vanno prese con molta cautela. E’ utile ricordare che sia il microlensing gravitazionale che l’esistenza dei pianeti vagabondi sono due settori di studio ancora nuovi. Forse l’atteggiamento più consono da tenere in questi casi è quello di  Debra Fischer (Yale University): “Sarebbero una specie di gramigna dello spazio”, ha dichiarato a Nature, non senza un tocco di humour.

Pare proprio, infatti, che questi corpi celesti esistano veramente, e vaghino in grande numero nello spazio profondo seguendo il senso di rotazione galattico. Oggi disponiamo però di una prima base teorica,  che ci aiuta a capire come e perché questi corpi planetari si siano sviluppati e ad un certo punto abbiano assunto un’orbita iperbolica, abbandonando il proprio sistema. Ricercatori di tutto il mondo partecipano a questo sforzo, ma due gruppi in particolare sembrano aver dato ad oggi i contributi più significativi: l’uno diretto da Abbot e Switzer presso l’Università di Chicago, e l’altro da Louis Strigari della Stanford University. Per il momento è stato raggiunto un punto fermo: i pianeti nomadi, nella maggioranza dei casi, hanno origine nella nube a disco primordiale insieme a tutti gli altri corpi planetari del sistema, e solo più tardi, in una successiva, turbolenta fase di assestamento possono venire espulsi da esso come risultato di un “duello gravitazionale”, evento comune in tali occasioni.

baby planetHardware & numeri

La tecnica normalmente in uso per la ricerca dei pianeti nomadi è il cosidetto microlensing gravitazionale, che per sua natura fornisce le migliori prestazioni su bersagli lontani, tra i 10.000 e i 20.000 anni luce, e di rilevanti dimensioni.   Da qui  la stima di 400 miliardi di pianeti nomadi nella Via Lattea, e si parla di masse planetarie non inferiori a quella di Giove. Il telescopio ideale per qesto tipo di ricerca sarà il tanto atteso SKA, online intorno al 2020, che secondo Johnatan Nichols dell’Università di Leicester, potrebbe scoprire, entro il suo raggio d’azione di 185 anni-luce, almeno 2.800 pianeti nomadi. Inoltre i più recenti sviluppi delle teorie sulla formazione dei pianeti indicano che quelli di massa minore dovrebbero essere espulsi da un sistema stellare più facilmente dei giganti gassosi, e ciò farebbe ulteriormente aumentare la stima del numero dei pianeti nomadi in giro per la Galassia.
In proposito Matteo Bernabé, un astronomo italiano che ha collaborato alle ricerche, ha dichiarato a Media-Inaf: “La nostra stima del numero dei pianeti nomadi presenti nella nostra galassia è stata calcolata sulla base della recente scoperta, mediante una tecnica chiamata microlensing, di circa dieci di questi oggetti  in una piccola regione nel disco centrale galattico, cioè nei pressi del centro della nostra galassia. Abbiamo tratto le conseguenze di questa scoperta per quanto riguarda la popolazione globale dei pianeti nomadi, mostrando che potrebbero esistere, per ogni normale stella della sequenza principale, fino a 700 nomadi con la massa della Terra e fino a 100.000 nomadi con la massa di Plutone”.  Peccato che corpi planetari più piccoli di Giove (quelli tipo-Terra, per esempio) non rientrino nella sensibilità del microlensing, ma piuttosto in quella del  WFIRST (Wide-Field InfraRed Survey Telescope), uno strumento molto atteso che però non potrà essere lanciato prima del 2023.

disco protoplanetarioFormazione dei pianeti nomadi

David Nesvorny del Southwest Research Institute (SwRI) sta studiando la possibilità che proprio il nostro sistema solare sia stato teatro dell’espulsione di un pianeta gigante, avvenuta quando il sistema era nato da appena 600 milioni di anni, come dimostrerebbero indizi disseminati nella Fascia di Kuiper e sulla Luna. All’inizio della simulazione i pianeti giganti interagiscono con il disco protoplanetario e finiscono in configurazioni in cui coppie di pianeti vicini si bloccano a vicenda in una risonanza orbitale. Tale risonanza si verifica quando due pianeti esercitano una regolare influenza gravitazionale periodica uno sull’altro, come nel caso delle lune di Giove Ganimede, Europa ed Io, che sono in risonanza tra loro in un rapporto 1:2:4 : per un’orbita compiuta da Ganimede, Europa ne percorre due, e Io quattro.  Nesvorny suggerisce che questi sistemi risonanti diventino instabili dinamicamente una volta che il gas del disco protoplanetario si esaurisce, mentre i pianeti assumono orbite eccentriche.

Per arrivare alla situazione presente, il sistema solare esterno deve aver subito  una fase di assestamento molto violenta. Il sistema si è successivamente stabilizzato eliminando l’energia orbitale in eccesso nel disco protoplanetario i cui resti sopravvivono fino ad oggi nella fascia di Kuiper. Il quadro qui delineato suggerisce che Giove, partendo da una posizione più esterna dell’attuale, si sia mosso verso l’interno del sistema spargendo una quantità di planetesimi sia verso il Sole, causando devastazione tra i pianeti interni e la Luna, sia in direzione opposta.
Nesvorny ha aggiunto al modello un pianeta gigante supplementare, stabilendo che allo stato iniziale della simulazione i giganti di ghiaccio (Urano e Nettuno), si trovassero in risonanza tra loro entro un intervallo di 15 UA dal Sole, e il quinto gigante fosse posizionato tra loro e Saturno. Il risultato finale della simulazione, che è stata eseguita 6000 volte variando la massa totale dei planetesimi in gioco, offre una soluzione interessante: il sistema solare, una volta esauriti i planetesimi  e l’energia orbitale in eccesso, risulta essere simile all’originale con frequenza maggiore di 10 volte se il quinto pianeta gigante viene  effettivamente espulso dal sistema.

 

Wandering JupiterAvvistamenti

Per concludere cito qui di seguito alcuni avvistamenti che potrebbero riguardare i pianeti nomadi, scelti non necessariamente tra i più recenti, ma piuttosto tra i più inconsueti. Infine vorrei brevemente segnalare che dedicherò un articolo alla possibilità che l’Uomo, un giorno molto lontano, possa decidere di stabilire colonie o avamposti nella cintura di Kuiper, nella Nube di Oort e nello spazio interstellare.

L’oggetto CFBDSIR2149 (Canada-France Brown Dwarfs Survey) appare associato a un gruppo di una trentina di stelle giovani conosciuto come AB Doradus Moving Group, che si raccoglie attorno alla stella AB Doradus. Se ci fossero le prove che il candidato nomade appartiene effettivamente al gruppo, se ne potrebbe stabilire l’età a  un valore compreso tra i 50 e i 120 milioni di anni, la massa da 4 a 7 volte quella di Giove e la temperatura superficiale a 700 K.

HD106906b non è un vero pianeta  nomade, perché in effetti ha una stella intorno alla quale orbita. La cosa strana è la sua distanza dalla stella, pari a 650 UA (circa 97 miliardi di km). Un’enormità se si considera che Nettuno orbita ad una distanza media di 30 UA dal Sole. E non è tutto: il pianeta è grande e giovane, 11 volte Giove per soli 13 milioni d’anni d’età, contro i 4,5 miliardi della Terra.  Come ha fatto il pianeta a raggiungere le sue  attuali dimensioni in così poco tempo e avendo a disposizione solo le poche risorse del disco protoplanetario che si trovano a una  simile distanza. Sono state avanzate diverse ipotesi per giustificare questi dati anomali, la più accreditata è che HD106906 sarebbe stato un sistema binario in cui la seconda stella non sarebbe riuscita ad accendersi.

La scoperta del pianeta-nano 2006 SQ372 fu resa nota soltanto nel 2008 nel corso di un simposio specializzato tenutosi a Chicago. In quel momento  l’oggetto si trovava nei paraggi di Nettuno, impegnato a percorrere un’orbita fortementte ellittica, assai simile a quella di Sedna, che l’avrebbe condotto a 150 miliardi di km. dal Sole. Il corpo celeste avrebbe potuto formarsi, come Plutone, nella Cintura di Kuiper, o più probabilmente provenire dalla parte più interna della Nube di Oort. Tali oggetti potrebbero essere in alcuni casi dei pianeti nomadi, e sarebbe utile studiarli più a fondo quando se ne presenta la possibilità, ma per quanto riguarda 2006 SQ372 possiamo essere sicuri che non lo rivedremo prima di 22000 anni.

ROBERTO FLAIBANI 

Fonti:

  • Slow Boat to Centauri: a Millennial Journey Exploiting Resources Along the Way
    by Paul Gistler – JBIS vol. 66 – 2013 pp 302 , 311
  • Nomads of the Galaxy, by Louis E. Strigari et. al.  – Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, Stanford University
  • The Steppenwolf: a Proposal for a Habitable Planet in Interstellar Space
    by D.S. Abbot (Department of the Geophysical Sciences, University of Chicago) and E.R. Switzer (Kavli Institute for Cosmological Physics, University of Chicago)
  • So many lonely planets with no star to guide them
    by Nadia Drake – Nature 2/12/13
  • HD106906b
    by Sabrina Pieragostini – Panorama 14/12/13
  • Pianeti nomadi, la Via Lattea ne è piena
    MEDIA INAF  venerdì 24 febbraio 2012

From Centauri Dreams:

  1. A Gas Giant Ejected from our System?
    by Paul Gilster on November 11, 2011
  2. An Icy Wanderer from the Oort Cloud
    by Paul Gilster on August 18, 2008
  3. Finding an Interstellar Wanderer
    by Paul Gilster on May 17, 2011
  4. New Findings on Rogue Planets
    by Paul Gilster on May 19, 2011

 

17 settembre 2014 Posted by | Astrofisica, Astronautica, Planetologia, Radioastronomia, Scienze dello Spazio, Volo Interstellare | , , | 1 commento

Astrobiologia: l’equazione di Seager, le “firme biologiche” e le nane rosse

seager_saraPiuttosto che cercare segnali ottici o radio che indichino una cultura extraterrestre, alcuni scienziati si sono chiesti se una civiltà abbastanza avanzata potrebbe aver lasciato prove della propria esistenza sotto forma di enormi progetti ingegneristici, scavi minerari su asteroidi o sventrando interi pianeti per costruire sfere di Dyson. O forse le stelle chiamate “Blue Straggler” sono la prova di una cultura che sta armeggiando con il proprio sole.  (nella foto:  Sara   Seager).

 Mi piace pensare che un giorno, grazie alla rapida crescita del nostro database astronomico, potremmo trovare la prova non di culture ancora esistenti, ma di culture da lungo tempo estinte, le cui opere di mega ingegneria potrebbero porsi quale prova enigmatica dell’esistenza di esseri intelligenti periti prima della nascita del nostro Sole. Dopo tutto non sappiamo quanto possano vivere le civiltà tecnologiche e non c’è ragione di pensare che siano immortali.

 Tutto ciò si riflette su questo articolo perché uno degli elementi chiave dell’equazione di Drake è il termine L, il quale indica la durata della vita di una civiltà tecnologica. È un aspetto di cui non abbiamo semplicemente alcuna conoscenza, salvo dire che, fino ad oggi, la nostra cultura si è organizzata per sopravvivere con la tecnologia. A un certo punto le civiltà inevitabilmente distruggono se stesse a causa del cattivo uso dei loro stessi strumenti? È questo il “Grande Filtro” che una cultura deve attraversare per raggiungere la maturità?

Sarà il tema di uno dei prossimi articoli di questo ciclo dedicato al nuovo SETI. Si tratta di un lavoro di Paul Gilster di eccezionale qualità, che speriamo di liberare dalle grinfie delle leggi sul copyright. Nel frattempo, riportiamo nell’articolo seguente le nuove, suggestive proposte avanzate da Sara Seager e Lee Grenfeel per l’utilizzo di procedure e strumenti atti a riconoscere la semplice presenza di vita analizzando l’atmosfera di un pianeta.

M-class red dwarfUna alternativa a Drake

Possiamo riflettere su questi argomenti mentre le diverse forme di SETI proseguono il loro corso, ma dovremmo ricordare che la caccia alle tracce biologiche, non necessariamente tecnologiche, è continua. Al MIT, Sara Seager offre un nuovo approccio all’equazione di Drake scegliendo non di cercare la vita intelligente, bensì la presenza della vita stessa

È una decisione brillante perché stiamo entrando in un’epoca in cui saremo in grado di esaminare l’atmosfera di pianeti potenzialmente abitabili orbitanti intorno alle piccole stelle nane di classe M. Non solo è in orbita il telescopio spaziale TESS (Transiting Exoplanets Survey Statellite) ma noi avremo (non prima del 2018 ndt) anche il JWST (James Webb Space Telescope) e, entro l’anno, l’europeo GAIA. Se TESS o GAIA possono trovare pianeti candidati attorno alle stelle, JWST può studiarli per scoprire se le firme biologiche dei gas che segnalano la presenza di vita sono presenti.

 L’equazione di Seager rappresenta un taglio netto rispetto a quella di Drake. La trascrivo direttamente da questa intervista su Astrobiology Magazine, alla quale può far riferimento chi vuole approfondire:

 N = N* FQ FHZ FO FL FS

 dove:

 N = numero dei pianeti con riconoscibili segni di vita

N* = il numero delle stelle osservate

FQ = la frazione di stelle in stato di quiete

FHZ = la frazione di stelle con pianeti rocciosi nella zona di abitabilità

FO = la frazione di quei pianeti che può essere osservata

FL = la frazione di quei pianeti dove risiede la vita

FS = la frazione di quei pianeti in cui la vita produce una firma riconoscibile in un gas

Se la confrontiamo con il famoso approccio di Drake risulta subito evidente ciò che è rimasto fuori. Ecco la formula originale :

N = R* fp ne fl fi fc L

 dove

 N = il numero delle civiltà in grado di comunicare

R* = il tasso di formazione delle stelle adatte (stelle tipo il nostro Sole)

fp = la frazione di quelle stelle che possiede pianeti (esistono prove che i sistemi planetari siano comuni tra le stelle tipo Sole)

ne = il numero dei mondi tipo Terra per ciascun sistema planetario

fl = la frazione di questi pianeti tipo Terra dove la vita si è effettivamente sviluppata.

fi = la frazione dei pianeti dove si è sviluppata anche l’intelligenza.

Fc = la frazione dei pianeti in grado di comunicare utilizzando onde elettromagnetiche

L = la durata delle civiltà in grado di comunicare.

Si vede facilmente che l’approccio di Seager mette a fuoco solamente i gas in grado di  concorrere a produrre una firma biologica, che noi siamo in grado di studiare con successo perché l’atmosfera di un pianeta che sta transitando davanti alla sua stella assorbirà una parte della luce stellare. Stiamo dunque cercando fotoni di luce stellare che brillano attraverso l’atmosfera di un pianeta, e stiamo cercando stelle in un tale stato di quiete che la loro attività non riesce a mascherare i dati che abbiamo bisogno di raccogliere dai pianeti in transito.

Alcuni aspetti dell’equazione Seager possono essere calcolati: la frazione delle stelle nane di classe M con pianeti nella zona abitabile, basata sulle statistiche della sonda Kepler, è grosso modo pari allo 0,15 per le stelle in stato di quiete. Altri termini sono, come la stessa Seager ammette, soltanto ipotesi, incluse la frazione in cui c’è presenza di vita e la frazione che produce una firma riconoscibile in un gas.

Ci sarebbe molto da dire sulle firme biologiche stesse. Sulla Terra, ossigeno, ozono, metano, e anidride carbonica sono prodotti biologicamente, ma potrebbero crearsi per via naturale anche nell’atmosfera di un pianeta privo di vita. Cosi non è tanto un singolo gas ma una combinazione di più gas che ci può dare il quadro completo. Una firma biologica sarebbe la presenza simultanea di questi gas in quantità tali da indicarci che la vita deve essere una componente di ciò che continua a produrli. L’ultima variabile di Seager – la frazione di quei pianeti in cui la vita produce una firma riconoscibile in un gas – è ingegnosa perché ci porta direttamente alle questioni fondamentali che dovranno essere risolte se vogliamo allargare la caccia alla vita. Dice Seager :

 Ho elaborato con cura l’ultimo termine della mia equazione in modo da potervi aggiungere più informazioni. La vita produce davvero un firma rilevabile? Esistono degli effetti sistematici che impediscono di rilevare gas riconducibili a firme biologiche su qualche pianeta? Forse non li abbiamo trovati per motivi tecnici? In effetti non sappiamo proprio quanti pianeti ospitano una vita che produce gas recanti firme biologiche intercettabili da noi.

 Niente di tutto questo vuole sminuire l’attuale sforzo di quelli del SETI che invece procedono con le loro ricerche e la formula di Drake saldamente in testa. Ma la nuova equazione di Seager è veramente una aggiunta preziosa nella dotazione dello scopritore di pianeti. Dopo tutto noi non abbiamo idea di se e quando il SETI riuscirà a raccogliere prove dell’esistenza di una civiltà extraterrestre. Ma nella visione di Seager c’è almeno la lontana possibilità che riusciremo a scoprire una firma biologica entro i prossimi dieci anni. Dedurre la presenza di qualche traccia di vita su un mondo distante non sarà come avere la password per consultare l’Enciclopedia Galattica, ma se non altro ci permetterà di affermare che la vita non è confinata solo sul nostro mondo.

 È sorprendente pensare che la prima scoperta di vita extraterrestre possa arrivarci come luce riflessa da un esopianeta lontano piuttosto che da un corpo celeste del Sistema Solare! Eppure pensiamoci: Seager sta parlando della possibilità di avvistare una firma biologica entro dieci anni da oggi. Quanto è probabile che si riesca ad avere così presto prove inconfutabili di vita su Marte, Europa o un qualsiasi altro corpo celeste vicino?

 L’interesse di Seager si concentra sulla scoperta di ogni tipo di vita, non solo di culture tecnologiche capaci di comunicare, e il suo lavoro è rivolto in particolare alle stelle nane di classe M, il tipo di stelle sulle quali è più probabile riuscire a svolgere le ricerche necessarie in tempi brevi. I marcatori biologici che stiamo cercando verranno presumibilmente esaminati per la prima volta dal JWST, che analizzerà la luce proveniente da una stella rossa nana nel momento il cui il suo disco viene attraversato da uno dei pianeti del suo sistema. I cambi nell’emissione della luce ci diranno molto su quali tipi di gas si trovano nell’atmosfera del pianeta.

 Al congresso Europeo per le Scienze Planetarie all’University College di Londra anche Lee Grenfell (DLR Institute of Planetary Research, Berlino) ha parlato di marcatori biologici. Ossigeno, ozono, metano, protossido di azoto, quando rilevati simultaneamente, potrebbero corrispondere a segni di vita, e l’interesse di Grenfell sta in come rilevarli. Come Seager, anche lui è interessato alle stelle nane di classe M. La sua squadra ha sviluppato modelli computerizzati per simulare la differente disponibilità di gas biomarcatori e per studiare come potrebbero influenzare la luce stellare che filtra attraverso l’atmosfera del pianeta. La scelta delle stelle nane di classe M è stata ovvia.

Dice Grenfell:

 “nelle nostre simulazioni, abbiamo costruito il modello di un esopianeta simile alla Terra e lo abbiamo piazzato in varie orbite intorno alle stelle calcolando come i segnali corrispondenti ai marcatori biologici rispondevano in differenti condizioni. Ci siamo concentrati sulle stelle nane rosse che sono più piccole e più deboli del nostro sole in quanto ci aspettiamo che questi segnali provenienti dai pianeti che orbitano attorno a tali stelle si dimostrino più facili da rilevare”.

 Grenfell e suoi colleghi hanno chiarito l’effetto della radiazione ultravioletta proveniente dalla stella sui gas che creano la marcatura biologica. Una debole radiazione ultravioletta porta a una riduzione della produzione di ozono, rendendo la sua rilevazione problematica perfino con gli strumenti di nuova generazione come il EELT (European Extremly Large Telescope). Troppi ultravioletti sono pure un problema perché causano un aumento di calore nella media atmosfera che distrugge la traccia biologica. Il rilevamento di ozono in questi modelli si basa su un valore UV intermedio.

 Siamo ai primordi nello studio dei marcatori biologici, ma vale la pena di menzionare che abbiamo già usato la missione EPOXI (l’estensione della missione Deep Impact) per studiare la Terra da una distanza di milioni di chilometri e la sonda Galileo che ha cercato le tracce biologiche del nostro pianeta quando passò vicino alla Terra nel 1990 per sfruttare la fionda gravitazionale e dirigersi verso Giove. (Pale Blue Dot, il libro di Carl Sagan del 1994, offre una splendida descrizione di come sia complicato ricavare tali informazioni, e di cosa ci possano rivelare). Studi come questi sono come “esercizi di riscaldamento” indispensabili in vista delle future ricerche intorno alle stelle lontane.

 Si potrebbe dire che in questi casi e nel lavoro di Grenfell il limite consiste nel modello di esopianeta, che si basa esplicitamente sulla Terra, ma noi cominciamo con la Terra perché ovviamente è il pianeta che conosciamo meglio e il più adatto a essere studiato esaustivamente con questi metodi. Imparare a cercare i marcatori biologici sul nostro pianeta ci aiuterà a sviluppare gli strumenti da applicare ad ambienti più esotici come quello di un sistema planetario intorno a un nana rossa di classe M. Dobbiamo anche distinguere tra segnali che hanno origine biologica e quelli creati da processi naturali.

 Sara Seager pensa che ci sia almeno una piccola possibilità che riusciremo a fare un tale rilevamento entro i prossimi dieci anni usando il JWST, ma anche se si tratta di una lettura ottimistica, gli strumenti in grado di realizzare il rilevamento di marcatori biologici entro alcuni decenni sono ormai quasi pronti. Se questo dovesse succedere, quello che molti di noi presumono – che la vita si formi senza difficoltà nell’universo – comincerà a sembrare più verosimile. La questione ben più vasta di una vita intelligente in grado di costruire una cultura tecnologica richiederà probabilmente molto più tempo, a meno che SETI non sia di colpo in grado di rispondere a entrambe le questioni, con l’improvvisa ricezione di un singolo segnale che mandi in frantumi ogni paradigma.

Traduzione di ROBERTO FLAIBANI

Editing di DONATELLA LEVI

Titoli Originali: “Astrobiology, Enter the Seager Equation” e ” Finding biomarkers on M-dwarf planets”,

ambedue scritti da Paul Gilster e pubblicati su Centauri Dreams in data 11 e 12/09/2013

12 novembre 2013 Posted by | Astrofisica, Planetologia, Radioastronomia, Scienze dello Spazio, SETI | , , , , , , | 1 commento

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