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Titolo: Asimov e i quasar

Ho sempre divorato i romanzi di Asimov. Non lo conoscevo come 
divulgatore finchè non ho letto il suo "Asimov's New Guide to Science" 
(1984) nella sua edizione italiana del 2000 ("Il libro di Fisica").
 
Asimov racconta, col suo stile inconfondibile, come storicamente le 
spiegazioni date ai fenomeni naturali si sono evolute.
 
Un paragrafo è dedicato ai Quasar. Oggi sappiamo che i Quasar sono dei 
nuclei galattici attivi ma, quando furono scoperti, le ipotesi per 
spiegare questi oggetti straordinari erano varie. E' quindi molto 
interessante leggere questo paragrafo retrospettivamente. Ve lo propongo.
 
 
 
I NUOVI OGGETTI
 
Negli anni sessanta gli astronomi avrebbero potuto facilmente credere 
che ormai vi fossero poche sorprese in serbo tra gli oggetti fisici dei 
cieli. Certo, potevano venire nuove teorie e nuove concezioni, ma 
sicuramente non c'era da aspettarsi di scoprire nuove sorprendenti 
varietà di stelle, di galassie, o di qualsiasi altra cosa, dopo tre 
secoli di osservazione effettuata con strumenti sempre più raffinati.
 
Le QUASAR
 
Agli astronomi che nutrivano questa opinione erano riservati tremendi 
shock - il primo dei quali fu il risultato di un'indagine su certe 
radiosorgenti che apparivano insolite, ma non sorprendenti.
 
Le sorgenti studiate per prime nello spazio profondo sembravano essere 
connesse alla presenza di estesi corpi di gas turbolenti: la nebulosa 
granchio, le galassie distanti e così via. Tuttavia, vi erano alcune 
radiosorgenti che apparivano singolarmente piccole. Con il 
perfezionamento dei radiotelescopi e con il miglioramento della 
conoscenza delle radiosorgenti, cominciò ad apparire possibile che 
l'emissione delle radioonde fosse dovuta a singole stelle.
 
Tra queste radiosorgenti compatte vi erano quelle note come 3C48, 3C147, 
3C196, 3C273 e 3C286. La sigla 3C si riferisce al Terzo catalogo di 
radiosorgenti di Cambridge; si tratta di un elenco compilato 
dall'astronomo inglese Martin Ryle e dai suoi collaboratori; i numeri 
che seguono indicano la posizione della sorgente nel catalogo.
 
Nel 1960 l'astronomo americano Allen Sandage passò al vaglio con il 
telescopio da 200 pollici le zone che contenevano queste radiosorgenti 
compatte, e in tutti i casi esaminati sembrò che una stella fosse 
effettivamente all'origine del fenomeno. La prima di queste stelle a 
essere scoperta fu quella associata a 3C48; nel caso di 3C273, il più 
luminoso degli oggetti, la posizione esatta fu individuata, in 
Australia, da Cyril Hazard che registrò l'interruzione del segnale radio 
al momento dell'occultamento da parte della Luna.
 
Le stelle interessate comparivano già in mappe fotografiche anteriori 
del cielo; si era sempre pensato che fossero semplicemente oggetti poco 
luminosi della nostra galassia. Ma ora la loro insolita radioemissione 
stimolò nuove e accurate fotografie, che mostrarono che c'era 
dell'altro. Deboli nebulosità risultarono associate ad alcuni degli 
oggetti; inoltre sembrava che un piccolo getto di materia uscisse da 
3C273. In realtà erano due le radiosorgenti connesse a 3C273: una era 
localizzata nella stella, l'altra nel getto. Un altro punto interessante 
emerso da questa indagine approfondita fu l'insolita abbondanza di luce 
ultravioletta emessa da queste stelle.
 
Si cominciò allora a sospettare che le radiosorgenti compatte, benché 
simili a stelle, potessero malgrado tutto non essere delle stelle 
comuni. Alla fine, si arrivò a chiamarle radiosorgenti quasi-stellari ma 
poiché questa macchinosa espressione veniva usata sempre più spesso 
dagli astronomi, nel 1964 venne abbreviata dal fisico sino-americano 
Hong Yee Chiu in quasar, parola che si è ormai stabilmente insediata nel 
vocabolario dell'astronomia.
 
Era evidente che le quasar erano oggetti piuttosto interessanti, degni 
di essere studiati con l'intera gamma delle tecniche astronomiche, 
compresa la spettroscopia. Astronomi come Allen Sandage, Jesse L.
 
Greenstein e Maarten Schmidt lavorarono duramente per ottenerne gli 
spettri. Quando la cosa fu ultimata, nel 1960, si trovarono in mano 
delle strane righe che non sapevano identificare, e che, oltretutto, 
differivano da una quasar all'altra.
 
Nel 1963 Schmidt ritornò allo spettro di 3C273, che era il più chiaro di 
tutti, essendo 3C273 il più luminoso di questi oggetti sconcertanti. Vi 
erano presenti sei righe, quattro delle quali erano distanziate in modo 
tale da ricordare una serie spettrale dell'idrogeno; se non che non 
avrebbe dovuto esserci nessuna serie del genere nella posizione in cui 
si trovavano. Ma non poteva darsi che le righe dovessero essere 
collocate altrove, ma avessero subito uno spostamento verso il rosso? In 
tal caso, doveva trattarsi di un notevole spostamento, tale da indicare 
che la recessione avveniva a una velocità superiore a 40 mila chilometri 
al secondo. Questo fatto sembrava incredibile; eppure, se si ammetteva 
un simile spostamento, diventava possibile identificare anche le altre 
due righe: una rappresentava l'ossigeno due volte ionizzato, cioè privo 
di due elettroni, l'altra il magnesio privo di due elettroni.
 
Schmidt e Greenstein studiarono allora gli spettri delle altre quasar, e 
anche in questo caso riuscirono a identificarne le righe, supponendo che 
ci fosse stato un fortissimo spostamento verso il rosso.
 
Questi enormi spostamenti avrebbero potuto avere come causa l'espansione 
generale dell'universo; ma applicando la legge di Hubble per correlare 
lo spostamento verso il rosso con la distanza, si trovò che le quasar 
non potevano assolutamente essere stelle normali della nostra galassia; 
dovevano essere tra gli oggetti più lontani che conosciamo - distanti 
miliardi di anni luce.
 
Verso la fine degli anni sessanta una ricerca intensiva aveva portato 
alla scoperta di 150 quasar. Di circa 110 di esse vennero studiati gli 
spettri, ognuno dei quali mostrò un grande spostamento verso il rosso - 
in effetti superiore a quello di 3C273. Per un paio di esse è stata 
stimata una distanza di 9 miliardi di anni luce.
 
Se le quasar sono davvero tanto lontane quanto appaiono in base allo 
spostamento verso il rosso, gli astronomi si trovano di fronte ad alcuni 
problemi decisamente difficili e inquietanti. Tanto per cominciare, 
queste quasar devono essere straordinariamente luminose per apparire 
come appaiono a una così grande distanza; addirittura, dovrebbero avere 
una luminosità da 30 a 100 volte quella di un'intera galassia ordinaria.
 
Ma, se ciò è vero, e se le quasar hanno forma e aspetto di una galassia, 
dovrebbero contenere un numero di stelle anche 100 volte superiore a 
quello di una galassia ordinaria, e avere ciascuna dimensione da 5 a 6 
volte maggiore. Quindi, anche a quelle enormi distanze dovrebbero 
nettamente apparire nei grandi telescopi come macchie ovali di luce, 
cosa che non accade; esse infatti restano dei punti luminosi simili a 
stelle anche nel più grande dei telescopi; quindi, nonostante la loro 
eccezionale luminosità, potrebbero essere assai più piccole delle 
galassie ordinarie.
 
Un ulteriore fenomeno rafforzò l'idea che le loro dimensioni fossero 
ridotte: fin dal 1963 si era scoperto che l'energia emessa dalle quasar 
era variabile, tanto nella regione della luce visibile quanto nella 
regione delle radioonde. Nel giro di pochi anni si erano potuti 
registrare aumenti o diminuzioni che arrivavano fino a tre magnitudini.
 
Per presentare variazioni cosi grandi della radiazione in tempi così 
brevi, un corpo deve essere piccolo. Modeste variazioni potrebbero avere 
come causa un aumento o una diminuzione della luminosità di regioni 
ristrette del corpo, ma grandi variazioni devono interessare il corpo 
nella sua totalità. Ma allora ci dovrebbe essere qualche azione che si 
propaga attraverso tutto il corpo durante il periodo della variazione; 
nessuna azione fisica, però, può viaggiare più velocemente della luce; 
pertanto, se una quasar presenta variazioni rilevanti nell'arco di 
qualche anno, non potrà avere un diametro molto superiore a un anno 
luce. In effetti, certi calcoli fanno pensare che il diametro delle 
quasar possa essere di solo un mese luce, pari a circa 800 miliardi di 
chilometri.
 
Corpi tanto piccoli e insieme tanto luminosi devono consumare la loro 
energia a un ritmo talmente elevato che le riserve non possono durare a 
lungo (a meno che non vi sia una sorgente di energia di cui non 
sospettiamo neppure l'esistenza, cosa non del tutto impossibile).
 
Secondo alcuni calcoli, una quasar può andare avanti a liberare energia 
a questi ritmi impressionanti solo per qualche milione di anni. Se 
questo è vero, le quasar che vediamo oggi lo sono diventate solo poco 
tempo fa (poco tempo su scala cosmologica), e devono esistere degli 
oggetti che un tempo erano quasar ma oggi non lo sono più.
 
Sandage, nel 1965, annunciò la scoperta di oggetti che potrebbero 
effettivamente essere vecchie quasar. Essi sembravano ordinarie stelle 
azzurrognole, ma presentavano un grande spostamento verso il rosso, 
proprio come le quasar. Erano altrettanto lontani, luminosi e piccoli 
delle quasar, ma risultavano privi di radioemissione. Sandage li chiamò 
oggetti stellari blu, denominazione che viene abbreviata nella sigla B.S.O.
 
Sembra che i B.S.O. siano più numerosi delle quasar; secondo una stima 
del 1967, il numero totale dei B.S.O. alla portata dei nostri telescopi 
sarebbe di 100 mila. Vi sono molti più B.S.O. che quasar, perché un 
corpo rimane molto più a lungo sotto forma di B.S.O. che sotto forma di 
quasar.
 
La convinzione che le quasar siano oggetti molto distanti non è 
condivisa da tutti gli astronomi. Vi è la possibilità che gli enormi 
spostamenti verso il rosso delle quasar non siano di origine 
cosmologica, cioè che non siano una conseguenza dell'espansione generale 
dell'universo; e che le quasar siano, piuttosto, oggetti relativamente 
vicini che stanno allontanandosi a grande velocità da noi per qualche 
causa locale - per esempio, per essere stati espulsi con una velocità 
elevatissima da un nucleo galattico.
 
Il più convinto sostenitore di questa teoria è l'astronomo americano 
Halton C. Arp, che ha discusso alcuni casi di quasar che sembrano 
fisicamente connesse con galassie vicine. Poiché queste ultime 
presentano uno spostamento verso il rosso relativamente limitato, il 
fatto che le quasar ne presentino uno tanto maggiore (pur essendo, 
secondo questa ipotesi, alla stessa distanza delle galassie) non può 
imputarsi a cause cosmologiche.
 
Un altro enigma è sorto verso la fine degli anni settanta, quando si è 
scoperto che le radiosorgenti all'interno delle quasar (che oggi è 
possibile localizzare singolarmente grazie ai moderni radiotelescopi a 
grande base) sembrano separarsi a velocità che sono varie volte maggiori 
di quella della luce. Superare la velocità della luce è cosa impossibile 
secondo le teorie fisiche attuali; ma una siffatta «velocità 
superluminale» esisterebbe solo se le quasar sono davvero così lontane 
come si pensa. Se invece sono più vicine, la velocità apparente di 
separazione corrisponderebbe a velocità effettive inferiori a quelle 
della luce.
 
Tuttavia, l'idea che le quasar siano relativamente vicine (il che 
significherebbe anche che sono meno luminose e quindi producono meno 
energia, e risolverebbe uno dei tanti problemi che le riguardano) non ha 
persuaso la maggior parte degli astronomi. La convinzione più diffusa è 
che i dati in favore del fatto che le quasar si trovino a distanze 
cosmologiche sono schiaccianti, mentre i dati presentati da Arp per 
sostenere l'esistenza di connessioni fisiche non sono abbastanza 
convincenti; quanto alle velocità apparentemente superiori a quella 
della luce, sarebbero l'effetto di un'illusione ottica (di cui sono già 
state proposte varie spiegazioni plausibili).
 
Ma se le quasar sono davvero tanto lontane quanto fa credere il loro red 
shift, se sono davvero tanto piccole eppure così luminose e ricche di 
energia, come si deve ammettere se si accettano tali distanze, cosa sono 
mai? La risposta più probabile ci riporta al 1943, quando l'astronomo 
americano Carl Seyfert osservò una strana galassia, con un nucleo molto 
luminoso e molto piccolo. Altre galassie di questo genere sono state 
osservate in seguito; oggi le galassie di questo gruppo vengono chiamate 
galassie di Seyfert. Alla fine degli anni sessanta se ne conosceva solo 
una dozzina, ma vi è ragione di sospettare che circa l'1% di tutte le 
galassie possa essere del tipo Seyfert.
 
Potrebbe darsi che le galassie di Seyfert siano qualcosa a metà strada 
tra le galassie ordinarie e le quasar? I loro nuclei luminosi presentano 
modeste variazioni di luminosità che potrebbero indicare che essi sono 
quasi altrettanto piccoli come le quasar; se la luminosità di tali 
nuclei aumentasse ulteriormente, e quella del resto della galassia 
diminuisse, la galassia diventerebbe indistinguibile da una quasar; anzi 
una delle galassie di Seyfert, 3C120, è veramente molto simile a una quasar.
 
Le galassie di Seyfert presentano limitati spostamenti verso il rosso e 
non si trovano a enormi distanze. Forse allora le quasar sono galassie 
di Seyfert che si trovano a grandissima distanza - al punto che noi 
riusciamo a scorgerne soltanto il piccolo nucleo luminoso e ad avvistare 
solo le più grandi tra esse, che ci fanno così pensare che le quasar 
siano eccezionalmente luminose, mentre dovremmo sospettare che siano 
galassie di Seyfert molto grandi, che riusciamo a vedere nonostante la 
loro distanza.
 
In effetti, fotografie recenti hanno mostrato segni di nebulosità 
intorno alle quasar, il che sembrerebbe indicare la presenza di una 
galassia oscura che circonda un centro piccolo, attivo e molto luminoso. 
Presumibilmente, allora, le regioni più lontane dell'universo, al di là 
di un miliardo di anni luce, sono popolate di galassie, proprio come le 
regioni più vicine. Nella maggior parte dei casi tali galassie, però, 
sono di gran lunga troppo fioche perché riusciamo ad avvistarle 
otticamente, così che vediamo solo il centro luminoso di quelle tra loro 
che sono più grandi e più attive.

 interessante leggere questo paragrafo retrospettivamente. Ve lo propongo. 
 
Grazie ottimo post! 
Credo di averlo anche io (eh son passati decenni....), di sicuro ho Civiltà extraterrestri.
Uno stile pacato e preciso che un po' rimpiango rispetto alla divulgazione attuale (che comunque ha ottimi esponenti, con lo stile di oggi)