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La curiosità del mese

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Il codice a barre delle stelle

La curiosità del mese di ottobre 2012 a cura di Gabriele Ghisellini


Fig. 1 - Un comune codice a barre, un emblema della nostra societa' consumistica ...
Fig. 1 - Un comune codice a barre, un emblema della nostra società consumistica ....

La luce, per ora, è l’unico modo che abbiamo per scoprire qualcosa dell’Universo che ci circonda.
Tutte le notizie che riusciamo ad avere dell’Universo sono "trasmesse" per mezzo della luce.
Forse, in futuro, riusciremo a captare neutrini e onde gravitazionali, e apriremo delle nuove astronomie. Per ora dobbiamo accontentarci della luce.
Che però non è solo quella che percepiscono i nostri occhi: anche le onde radio sono luce, anche i raggi infrarossi e ultravioletti, come i raggi X e gamma.
Quello che cambia è l’energia che le "particelle di luce", cioè i fotoni, trasportano. Un fotone radio è un’utilitaria, a confronto di un fotone infrarosso, che sembra una Ferrari, ma anche quest’ultimo impallidisce di fronte ad un raggio X.

La luce del Sole ci appare gialla-bianca, ma in realtà è fatta da tanti colori diversi, mescolati tra loro. Ce ne accorgiamo quando vediamo un arcobaleno.

Fig. 2 - L’arcobaleno mostra di cosa e' fatta la luce del Sole: di tanti colori ...
Fig. 2 - L"arcobaleno mostra di cosa è fatta la luce del Sole: di tanti colori ...

In più, se usiamo degli strumenti più sofisticati del nostro occhio, vediamo che l’arcobaleno presenta delle righe nere. Questo perchè la luce del Sole, quando attraversa gli strati superficiali della nostra stella, prima di emergere, incontra atomi diversi. Ogni tipo di atomo assorbe determinati fotoni, di colore diverso, e mette quindi "la sua firma", in modo da farsi riconoscere agli occhi degli astronomi.
Quando facciamo passare la luce del Sole attraverso un prisma riusciamo a produrre un arcobaleno in laboratorio, e a misurare bene la posizione di tutte le "righe nere". Cioè riusciamo a misurare esattamente il colore che manca, quello che è stato sostituito dalla riga nera. È esattamente un codice a barre cosmico.

Sapete cos’è l’elio?
È un tipo di atomo, il secondo più semplice dopo l’idrogeno, perchè nel suo nucleo trovate due protoni e due neutroni, e all’esterno girano due elettroni.
È molto più leggero dell’aria, e può essere usato per gonfiare i palloni sonda.
Diventa liquido ad una temperature bassissima, vicina allo zero assoluto (cioè circa -273 gradi Celsius), e in questa forma (liquida) viene usato per raffreddare strumenti delicati che non sopportano il calore.

Fig. 3 - Lo spettro elettromagnetico della luce visibile. Visibile ai nostri occhi.
Fig. 3 - Lo spettro elettromagnetico della luce visibile. Visibile ai nostri occhi.

Sapete come è stato scoperto?
Fino al 1868 non si sospettava della sua esistenza. In quell’anno, studiando lo spettro del Sole (cioè la sua luce scomposta nei vari colori per mezzo di un prisma), si notò un "codice a barre" sconosciuto. Cioè prodotto da un atomo che non si era mai visto sulla Terra.
Questo atomo mister X venne chiamato - in inglese - helium, dal greco helios che vuol dire Sole. Dovettero passare 27 anni prima che lo si scovasse sulla Terra. E pensare che l’elio è il secondo elemento più abbondante dell’Universo, dopo l’idrogeno ...

Per mezzo del codice a barre delle stelle sappiamo quali elementi esistono alla loro superficie, e possiamo anche calcolare la loro quantità, o abbondanza rispetto all’idrogeno, l’elemento più semplice e più abbondante.
L’idrogeno è stato formato nei primi secondi di vita dell’Universo, appena dopo il Big Bang, mentre la maggior parte dell’elio che esiste oggi è stato formato nei primi tre minuti dopo il Big Bang.

Fig. 4 - Le righe nere corrispondono alle righe di Fraunhofer e sono impresse da vari elementi. Ogni elemento e’ responsabile di un particolare ''codice a barre''.  Si possono vedere quelli che corrispondono al  sodio (Na) e all’idrogeno (H). Non sempre un elemento imprime tutte le righe che potenzialmente potrebbe, perche’ a seconda della densita’ e temperatura qualche riga e’ soppressa (per esempio il sodio potrebbe produrre molte righe, ma nello spettro superiore si vede solo il ''doppietto'' D2,1). Le righe dell’idrogeno invece si risconoscono tutte.
Fig. 4 - Le righe nere corrispondono alle righe di Fraunhofer e sono impresse da vari elementi. Ogni elemento è responsabile di un particolare "codice a barre". Si possono vedere quelli che corrispondono al sodio (Na) e all’idrogeno (H). Non sempre un elemento imprime tutte le righe che potenzialmente potrebbe, perchè a seconda della densità e temperatura qualche riga è soppressa (per esempio il sodio potrebbe produrre molte righe, ma nello spettro superiore si vede solo il "doppietto" D2,1). Le righe dell’idrogeno invece si risconoscono tutte.

E il resto?
Tutto il resto è stato fatto all’interno delle stelle (vedi curiosità del settembre 2008).
Le più grandi vivono una vita intensa e muoiono scoppiando come supernove, inseminando tutto l’ambiente intorno di elementi pesanti ...
Dopo un bel po’ tempo può succedere che il materiale espulso, ormai mischiato al materiale che c’è tra le stelle, si raccolga di nuovo, e per gravità formi un grumo, che piano piano si condensa, fino a formare un’altra stella.
Magari il Sole, circa 5 miliardi di anni fa.
A differenza di prima, adesso gli atomi più pesanti dell’idrogeno e dell’elio esistono, e la nostra stella li ha anche alla sua superficie, così che possano imprimere un ricco codice a barre.
Quindi, se vediamo un codice a barre "ricco" (cioè pieno di righe) sappiamo che la stella si è formata quando già esistevano altri atomi oltre all’idrogeno e all’elio.
Questa stella non può quindi essere molto vecchia (vecchia vuol dire avere più di 10 miliardi di anni ...).
Se invece vediamo un codice "povero" stiamo guardando una stella che è nata tanto tempo fa, quando di elementi pesanti ce n’erano pochi.
Una stella-nonna testimone del tempo che fu ...


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