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Titolo: Redshift poco ortodosso.

Ultimamente ho letto "La contesa sulle distanze cosmiche e le quasar", un
libro di Halton Arp (un valente astronomo americano considerato dalla
comunità scientifica poco ortodosso).
Il contenuto del volume trattava tra i tanti argomenti anche una possibile
interpretazione non cosmologica dello spostamento verso il rosso delle righe
spettrali di alcuni quasar, con la conseguenza di minare le fondamenta
dell'interpretazione standard della legge di Hubble (ovvero la relazione tra
redshift e velocità di allontanamento dell'oggetto).
La cosa naturalmente mi ha lasciato perplesso, in parte per i catastrofici
effetti su una legge fondamentale per la stima delle distanze degli oggetti
non misurabili attraverso gli indicatori primari e secondari (stelle
variabili, novae), in parte per la perdita estetica di una legge tanto
semplice da sembrare inattaccabile (le leggi più importanti dovrebbero
essere lunghe quanto il pollice della mano...).
Arp non considera soddisfacenti meccanismi che in prima battuta spiegano il
redshift non cosmologico, sono i seguenti:
i) presenza di forti campi gravitazionali nelle quasar;
ii) perdita di energia dei fotoni per diffusione (perturbazioni
collisionali).
Mentre un meccanismo che considera soddisfacente è il seguente:
Le particelle che formano l'oggetto con spostamento verso il rosso sono più
piccole della materia senza spostamento verso il rosso, per cui le
transizioni energetiche dell'oggetto con spostamento verso il rosso devono
emettere  (o assorbire) fotoni con energia minore di quanto non facciano
quelle della materia senza redshift. Un modello che utilizza questo concetto
ipotizza inoltre la formazione continua di materia nell'universo, ad esempio
attraverso piccoli big-bang o "buchi bianchi" (usa le equazioni invertite
temporalmente che conducono al buco nero...), la materia appena creata
risulta spostata verso il rosso per poi evolvere verso valori normali.
Personalmente penso che il redshift dei quasar sia dovuto all'espansione
dell'universo e che siano semplicemente oggetti molto lontani ed energetici,
però la teoria di Arp mi ha incuriosito, ho pensato che potesse interessare
anche voi, cosa ne pensate delle sue affermazioni?
Andrea Plano.

 Andrea Plano.
 
Salute. Vorrei prima riassumere brevemente la situazione:
correggimi se sbaglio (non ho letto il libro di Arp e quello
che so di lui l'ho trovato su altri libri che ne parlano in modo 
molto conciso).
Da quello che ho capito, Arp sostiene che alcune quasar
sono abbastanza vicine alla terra, e quindi il loro forte
redshift non può essere spiegato con l'espansione 
dell' universo. I suoi argomenti a favore della distanza
non cosmologica sono due:
1) in alcune fotografie si vedono quasar e galassie
 fisicamente connesse (con ponti di materia che si 
estendono dalla galassia al quasar)  e quindi (almeno
apparentemente) vicine fra loro. Le galassie sono a 
basso redshift, e quindi sicuramente " vicine " alla terra, 
ergo anche la quasar associata dovrebbe essere vicina
alla terra. 
2) alcune quasar hanno una struttura multipla, cioè
non sono un unico corpo compatto ma sono l'insieme 
di almeno due oggetti. Di questi, uno è in movimento e si 
allontana dal sistema. La distanza angolare percorsa
(misurabile sulla fotografia) il tempo impiegato a percorrerla,
e la distanza (che supponiamo cosmologica) della quasar dalla 
terra sono tali, che la velocità dell'oggetto sembra essere 
superiore alla velocità della luce.
Poichè questo è impossibile, la distanza non può essere
cosmologica.
 
Da (1) e (2) Arp conclude che le quasar sono vicine.
Questa conclusione proibisce di spiegare l'enorme
redshift delle quasar con l'espansione di Hubble, e
quindi obbliga a cercare un'altra spiegazione.
Arp propone che la massa delle particelle e in particolare
dell'elettrone sia minore all'interno della quasar che 
all'esterno. La costante di Rydberg R è proporzionale alla 
massa m dell'elettrone e quindi dovrebbe essere più
piccola all'interno della quasar che fuori; ma R minore 
significa minore frequenza emessa (a parità di transizione) e
quindi linee spettrali spostate verso il rosso. 
Ho saltato qualcosa? Spero di no.
L'ipotesi di Arp meriterebbe di essere presa in
considerazione solo se i punti (1) e (2) fossero 
ben stabiliti; in realtà:
A) il ponte di materia che sembra collegare
certe quasar a certe galassie e che appare
nelle fotografie si può spiegare senza difficoltà
come un'illusione ottica dovuta alla deflessione
della luce della quasar (lontanissima da noi) nel 
campo gravitazionale della galassia (vicina a noi);
quindi si può dire che il punto (1) è risolto nell'ambito
della RG senza bisogno di una "nuova fisica".
B) la velocità apparentemente > c della materia
espulsa dalla quasar si può spiegare facilmente 
come un effetto ottico dovuto al fatto che la velocità
della materia espulsa è molto vicina a c. Lo si può vedere
con un semplice disegno che non posso fare qui
ma che puoi trovare, credo, su qualunque testo
di astrofisica che parli di quasar. 
La velocità apparente del materiale emesso è
v sen a / [ 1 -- ( v / c ) cos a ] 
dove v è la velocità reale e a è l'angolo
fra la retta terra-quasar e la direzione
del moto del getto. Può benissimo capitare
(se v ~ c ) che la velocità apparente 
sia maggiore di c.
Quindi la fisica "normale" spiega bene i
punti (1) e (2) e l'ipotesi di Arp appare superflua.
Almeno, a me sembra così.  
Ciao!
Corrado


Per calcolare la diminuizione della frequenza di transizione faccio
riferimento alla formula di Balmer (così dimostro che al diminuire della
massa dell'elettrone diminuisce la differenza di energia tra i generici
livelli n ed m):
ni=R[(1/n)^2-(1/m)^2]
dove --> R=2[(pi)^2]m(e)^4/(h)^3
Sono d'accordo sul secondo punto, si spiega bene con l'ipotesi di velocità
superluminali, per quanto riguarda la prima parte l'effetto lente
gravitazionale previsto da Einstein giustifica solo alcune delle
osservazioni compiute, infatti nell'ipotesi di due oggetti prospetticamente
vicini ma spazialmente lontani l'immagine del più distante appare perlomeno
distorto (dipende dalla geometria del sistema, se gli oggetti sono
perfettamente allineati l'immagine osservata sarà un'oggetto centrale con 4
oggetti replicati sui lati a formare la cosiddetta croce di Einstein, nel
caso più generale si osserveranno degli archi più o meno sparsi).
Arp colleziona delle prove osservative:
- oggetti che presentano dei "ponti di materia" (galassia NGC 4319 e quasar
Markarian 205) non attribuibili all'effetto lente gravitazionale.
- sistemi di galassie con evidenti segni di interazione gravitazionale
(quintetto di Stephan) con redshift discordanti.
Ripeto che non penso la violazione della legge di Hubble debba essere la
norma, ma la sua semplice struttura derivi dal fatto che consideri solo
effetti del primo ordine (l'espansione cosmologica) e consideri come margine
di incertezza tutti gli effetti di ordine superiore. La lettura dell'ipotesi
di Arp non mi ha convinto appieno ma ha risvegliato quella meraviglia che
provai quando ebbi a che fare con la legge di Hubble (quella corretta con
gli effetti relativistici e il parametro di decelerazione), pensai fosse una
spiegazione troppo semplice per un universo ancora poco conosciuto nei suoi
fenomeni più energetici come galassie di Seyfert, radiogalassie, oggeti BL
Lac (è una considerazione sicuramente grossolana, ma...)
A parziale conferma di questo mio pensiero, la comunità scientifica non è
ancora riuscita ad assegnare un valore preciso alla costante di Hubble e al
parametro di decelerazione, così fondamentali per capire in quale universo
viviamo.
Cordialmente, Andrea Plano.

 osservazioni compiute, infatti
(cut)
Per superare la difficoltà non resta che pensare a un errore
da parte di Arp nella valutazione statistica dei dati.
L'errore è stato già dimostrato in almeno un caso
(non che Arp non sia bravo, ma sono valutazioni
molto difficili). Le teorie di Arp sono un pò troppo
rivoluzionarie per essere prese sul serio senza prima aver
valutato tutte le possibili spiegazioni "ortodosse".    
Condividi?
saluti,
Corrado 

 Corrado
Si, penso che il problema sia nella valutazione statistica dei dati, o più
precisamente nella scelta del campione statistico da esaminare, non vorrei
che Arp se ne avesse a male ma sembra un classico esempio di statistica a
posteriori, ovvero mettere in relazione due eventi selezionando da un
campione incompleto di dati.
La mia idea è che Arp abbia "agganciato" una considerazione statistica
(valida su una base di dati ampia) su un campione statistico insufficiente,
i lavori che seguono fanno capire come ci si disaccordo su questo punto:
Weedam (1980) dimostra che non c'è associazione tra quasar e galassie (Arp
confuta la conclusione asserendo che abbia usato un campione inomogeneo di
galassie troppo lontane);
Sulentic (1981) ripete l'analisi precedente a mostra l'associazione;
Webster (1982) attacco alle valutazioni statistiche di Arp.
Non essendo un'astronomo preferisco non fare delle osservazioni sui campioni
statistici usati per confermare o confutare l'associazione, mi sembra però
che la questione sia sulle sabbie mobili, condizione non proprio ideale per
costruire una teoria innovativa del redshift.
Cordialmente, Andrea.

 Cordialmente, Andrea.
Ciao e grazie per le informazioni
Corrado