La Nebulosa dell'Aquila

La polvere cosmica

Ciao a tutti!

Con l’articolo di oggi inauguro una lunga serie di articoli, a cadenza periodica, nei quali svilupperò vari argomenti di astronomia.

Oggi ci occupiamo della polvere: per secoli fu un impedimento che danneggiava le osservazioni, mentre al giorno d’oggi è una importantissima fonte di informazioni, oltre che ad avere tutta una serie di funzioni senza le quali… noi non esisteremmo neanche!

Cos’è la polvere

La polvere è composta da grani composti soprattutto da grafite, silicati e ghiaccio, i quali hanno una dimensione media di circa 100 nanometri, lo stesso ordine di grandezza della luce blu (e dopo vedremo quali sono le implicazioni di questo fatto). Essa si trova dappertutto nell’universo: la possiamo trovare nella coda delle comete, nelle nebulose, nei bracci delle galassie, e ha importantissime ripercussioni su come osserviamo l’universo.

La polvere cosmica

La Nebulosa dell’Aquila. Si notino i pilastri della creazione, formati da polvere, gas e molecole.

La polvere per prima cosa assorbe la radiazione elettromagnetica soprattutto nella banda dell’ottico e dell’ultravioletto, e la riemette sottoforma di radiazione infrarossa con uno spettro simile ad un corpo nero modificato. La diretta conseguenza di questo fatto è il fenomeno dell’estinzione: la polvere ci impedisce di vedere oltre ad una certa distanza e, di fatto, noi possiamo osservare nell’ottico solo a poche decine di parsec di distanza dal nostro sistema solare.

Inoltre la polvere assorbe di più la luce blu di quella rossa, quindi gli oggetti subiscono il fenomeno dell’arrossamento, apparendo quindi meno luminosi e più rossastri di quello che sono in realtà.

La prima prova della sua esistenza

Una delle prime prove dell’esistenza della polvere fu ottenuta nel 1930 dall’astronomo Robert Trumpler. Egli stava studiando le dimensioni degli ammassi aperti. Il suo metodo prevedeva di ottenere la distanza dell’ammasso a partire dalla nota relazione:

La polvere cosmica

In questa formula, m è la magnitudine relativa, M quella assoluta e r la distanza dell’ammasso. Una volte ottenute le due magnitudini, bastava risolvere rispetto a r e trovare quindi la distanza, la quale veniva quindi moltiplicata per la dimensione angolare dell’ammasso e il risultato era la dimensione lineare, espressa in parsec. Egli però aveva notato che gli ammassi più distanti erano sistematicamente più grandi. Chiaramente questa cosa era statisticamente impensabile, quindi ebbe l’intuizione che ci dovesse essere un qualche tipo di materiale frapposto tra la Terra e l’ammasso, che attenuava la luce emessa dalle stelle. Oggi noi sappiamo che la formula corretta è la seguente:

La polvere cosmica

Dove è l’estinzione dovuta al mezzo interstellare. Questa formula, proposta all’inizio empiricamente, in realtà può essere dimostrata con alcuni passaggi che qui non vi mostrerò.

Gli effetti positivi della polvere

Fin qui abbiamo parlato solo degli effetti negativi della polvere, ma in realtà essa ha anche delle caratteristiche estremamente positive anzi, come vi dicevo, senza la polvere neanche esisteremmo! Per prima cosa la polvere contiene, grazie alla sua proprietà di assorbire radiazione UV e ottica e di riemetterla come radiazione infrarossa, è un eccellente metodo di termoregolazione dell’universo e inoltre contribuisce a disperdere l’energia gravitazionale delle nubi che stanno collassando, permettendo quindi la formazione delle stelle. Inoltre i grani di polvere forniscono una superficie sicura e riparata per la formazione di molecole: senza questa protezione, la radiazione UV delle stelle distruggerebbe i legami chimici tra gli atomi impedendo la formazione delle molecole. Le nubi di polvere inoltre contengono anche vari elementi chimici, i quali sono anche gli ingredienti di cui siamo fatti noi!

La polvere cosmica

Visione al microscopio elettronico di grani di polvere.

Composizione

I grani di polvere sono spesso formati da agglomerati di diversi componenti, soprattutto grafite e silicati, circondati spesso da un mantello di ghiaccio. Ma come conosciamo la composizione chimica della polvere? Tramite le curve di estinzione.

La polvere cosmica

Curve di estinzione.

Nel grafico potete vedere le curve di estinzione di diversi oggetti. Queste curve sono il risultato di una operazione di differenza tra lo spettro delle stelle arrossate (quindi estinte) con stelle non arrossate. Sull’asse orizzontale abbiamo l’inverso della lunghezza d’onda, e possiamo subito notare come l’estinzione sia rilevante a piccole lunghezze d’onda (alte frequenze), poichè in questo caso la lunghezza dell’onda diventa confrontabile con la dimensione dei grani della polvere.

Tutte queste curve hanno una forma molto simile, con un picco ben visibile a 2175 Angstrom. Questo picco si è scoperto essere causato dai grani di grafite con una dimensione media di 10 nanometri.

Osservazione e studio

La polvere viene osservata soprattutto nell’infrarosso, in quanto in questa banda ha il suo massimo di emissione. Tale studio deve essere per forza di cosa fatto con telescopi refrigerati. Dalla Terra è possibile effettuare le osservazioni nelle poche finestre in cui l’atmosfera è trasparente, mentre nello spazio è possibile fare osservazioni decisamente migliori e su un ben più ampio intervallo di frequenze. Numerosi telescopi spaziali sono stati lanciati in orbita per studiare l’universo nell’infrarosso, ad esempio IRAS, Herschel, Spitzer. Osservando in questa banda, possiamo anche dare una sbirciatina a ciò che accade oltre le grandi nubi di polvere, per esempio il centro della nostra galassia.

La polvere cosmica

Spettro di emissione della regione di formazione stellare di Orione. Le emissioni PAH sono evidenziate in rosso.

Osservando nella regione millimetrica dello spettro elettromagnetico, sono state osservate delle bande di emissione caratteristiche e ricorrenti, a 3.3, 6.2, 7.7, 8.6 e 11.3 micrometri. Dopo anni di studio, si è scoperto che tali frequenze corrispondono alle vibrazioni dei legami C – C e C – H degli anelli di benzene. Oggi sappiamo che queste bande di emissione sono appunto dovuto agli idrocarburi aromatici policiclici (in inglese PAHpolycilcic aromatic hydrocarbons). Per gli astrobiologi è davvero meraviglioso vedere come idrocarburi complessi siano presenti anche nello spazio interstellare, perchè questo significa che è possibile la formazione di composti complessi del carbonio anche in condizioni avverse e anzi potrebbe essere stato un qualche meteorite o una cometa a portare sulla Terra le prime molecole organiche.

Conclusione

Siamo arrivati alla fine. Sulla polvere c’è veramente tantissimo da dire, io ho potuto solo darvi un assaggio degli argomenti principali. Dapprima vista come un inutile ostacolo, oggi lo studio della polvere cosmica è un attivo campo di ricerca, soprattutto per le sue implicazioni sulle osservazioni, sui processi termici dell’universo e anche sulla cosmochimica.

A presto!

Share
Condivisioni

Questo sito web utilizza i cookie tecnici per il suo normale funzionamento. Sono inoltre presenti widget social e pulsanti di condivisione che potrebbero rilasciare cookie di terze parti. Per attivare tutte le funzionalità del sito, è necessario accettare i cookie. Per maggiori informazioni, si prega di leggere la Privacy Policy. Maggiori informazioni

Questo sito utilizza i cookie per fornire la migliore esperienza di navigazione possibile. Continuando a utilizzare questo sito senza modificare le impostazioni dei cookie o cliccando su "Accetta" permetti il loro utilizzo.

Chiudi