6/06/18

Troppi modelli e poche riflessioni ? **

Invece delle solite news che spesso dicono tutto e il contrario di tutto (e ormai si fondano soprattutto su come i modelli prestabiliti rispondono a dati osservativi estremamente accurati e non su un’analisi razionale e di attento confronto), riporto, con molte considerazioni personali, un lavoro di ricerca puramente mentale che pone in modo chiaro e schietto il vero problema della Scienza di oggi (forse non solo astrofisica).

Prima di commentare o entrare nei dettagli vi propongo questa frase, molto indicativa:

“Le inconsistenze tra i risultati di vari tipi di osservazione stanno diventando  sempre più importanti, dato che le stesse osservazioni sono arrivate a un tal punto di precisione da evidenziarle sempre meglio. Se vogliamo comprendere veramente l’Universo è giunta l’ora di utilizzare i parametri cosmologici, valutando attentamente le loro discrepanze e le possibili motivazioni”

La frase è molto profonda e fa un quadro piuttosto chiaro della situazione attuale della ricerca astrofisica e cosmologica. In poche parole, non si possono accettare discrepanze tra parametri fondamentali che sono di gran lunga superiori alla precisione delle osservazioni che permettono di calcolarli.

Faccio un esempio terra-terra. Posso utilizzare due metodi per datare un albero del mio giardino: (1) chiedere a colui che l’ha piantato o (2) tagliarlo e contarne gli anelli di crescita. Entrambe le tecniche (parlare con un giardiniere e  misurare gli anelli) sono estremamente accurate. Il risultato è però completamente diverso. Esistono varie possibilità: il giardiniere parla molo bene, ma è bugiardo o ha la memoria corta; gli anelli non seguono gli anni di crescita; l’albero subisce delle variazioni che ancora non conosco abbastanza bene; ecc. Le tecniche (parlare e contare) sono accuratissime e non possono permettere di usare un valore finale medio o qualcosa del genere. Devo accettare che un certo modello evolutivo sia sbagliato e decidere di conseguenza!

Passiamo a un esempio più serio e consono al nostro Circolo.

L’Universo si sta espandendo più velocemente del previsto? “Sembra” proprio di sì e allora avanti con modelli numerici e con teorie più o meno complesse per spiegarne il perché, accettando parametri cosmologici che dovrebbero essere perfettamente definiti. Purtroppo, però, le cose sono ben diverse.

Come si fa a spiegare il perché di un qualcosa se quel qualcosa è ben lontano dall’essere accertato, malgrado le tecniche siano ormai a un livello che dovrebbe permettere la sicurezza di un suo valore ben definito. Il problema non sta più  nell’incertezza delle osservazioni, ma in cosa si osserva e quando lo si fa. Cerco di spiegarmi meglio…

Gli astrofisici usano un modello cosmologico standard per descrivere la storia evolutiva e la struttura dell’Universo. Sulla base di questo modello è possibile calcolarne l’età e il tipo di espansione. Nel modello vi sono formule estremamente complesse che permettono di stabilire, tra l’altro, come finirà l’Universo. In queste formule, però, vi sono molte variabili (i parametri cosmologici) che devono essere conosciuti con grande precisione attraverso le osservazioni. Ad esempio, la velocità di allontanamento reciproco delle galassie, la densità della materia, l’energia e la radiazione che permeano il Cosmo.

Uno potrebbe dire che di meglio non si può fare  e ci si deve accontentare delle incertezze di questi parametri. Purtroppo, se si lavora in questo modo, qualsiasi modello diventa dipendente dai valori usati. Il problema è che queste incertezze, o -meglio- discrepanze, non dipendono più dalle tecniche osservative, ma da che cosa si sta analizzando (il ricordo del giardiniere o gli anelli dell’albero).

Siamo arrivati a un momento e a un punto chiave: “E’ una specie di indagine poliziesca in cui le inconsistenze di varie prove e/o di vari testimoni potrebbero aiutare a risolvere il caso”. Basterebbe fermarsi e ragionare, aggiungo io, e capire molto bene perché le testimonianze o le prove differiscono così tanto fra loro e valutare correttamente le motivazioni delle diversità e non proseguire con ipotesi diverse, ognuna basata su una sola prova o testimonianza.

In parole più “astrofisiche”, da un lato c’è chi crede nell’energia oscura che si ribella a quella gravitazionale, dall’altro c‘è chi pensa che anche la meravigliosa teoria einsteiniana sia giunta a scale di grandezze e di distanze tali da renderla bisognosa di qualche modifica. In fondo non è molo diverso da ciò che ha fatto Einstein con la teoria di Newton. Con i dati a disposizione non si poteva fare i più. Con i dati di oggi quasi sicuramente sì, senza, però, distruggere un castello perfetto e confermato fino a livelli altissimi (onde gravitazionali comprese).

Per potere decidere cosa fare è necessario capire prima di tutto l’origine delle discrepanze e utilizzarle per modificare la visione generale. Solo così i modelli sarebbero veramente all’altezza delle tecniche osservative raggiunte

Un gruppo dell’Università di Dallas ha cercato di classificare e valutare queste inconsistenze e di capire se esse sono dovute a errori sistematici o a una reale differenza tra ciò che si sta osservando e non sul come si sta osservando.

Per esempio, si usano differenti tecniche per determinare il parametro di Hubble (fondamentale per valutare il tasso di espansione). Una di queste si basa sulla misura delle supernove appartenenti a galassie relativamente vicine (metodo “locale”). Altre tecniche si basano sullo studio di fenomeni relativi a distanze ben più grandi. Mentre vi è un buon accordo tra queste ultime misure, legate alla radiazione e al rumore cosmico di fondo,vi è un pessimo accordo (ben superiore agli errori legati alla metodologia usata) quando si confrontano con il risultato del metodo locale (supernove utilizzate come metro universale). Ma c’è di più: utilizzando metodi diversi per la misura “locale”, i valori ricavati  sono in buon accordo tra loro, ma sempre in pessimo accordo con quelli derivanti dal rumore di fondo.

Le tecniche sono tali da dare risultati ottimi, ma le differenze sono decisamente peggiori di quello che ci si dovrebbe aspettare.

La conclusione sembra abbastanza ovvia: l’Universo su scale osservabili più grandi si comporta in modo diverso rispetto a quello su scale intermedie o locali. Einstein non poteva tenerne conto e non ci sarebbe niente di strano se la sua teoria dovesse essere leggermente modificata. Le discrepanze trovate, malgrado le tecniche siano decisamente all’altezza di darci parametri ben più precisi, non possono essere tralasciate e risolte inserendo qualcosa di completamente sconosciuto, e non misurabile direttamente, come l’energia oscura. Vogliamo trovare il vero colpevole e non crearne uno fittizio, un capro espiatorio, che ci permetta di archiviare il caso.

Questo tipo di analisi è  veramente importante, in quanto può essere applicata anche a problemi apparentemente meno generali. Spesso non riporto alcune news (sicuramente interessanti) dato che ognuna segue e discute i risultati sulla base dei modelli scelti.

Ad esempio, viene annunciato, con grande sorpresa, che le stelle massicce dovevano essere molto più frequenti nelle galassie primigenie, in cui dominava una nascita stellare parossistica, rispetto a quelle tranquille come la nostra. Sorpresa rispetto a un certo modello, dato che ricordo benissimo che altri assumevano, proprio come predominanti nelle fasi più antiche, le stelle di massa enorme. I risultati sono estremamente precisi (c’è anche ALMA di mezzo), ma la valutazione si limita a ciò che per gli autori era il modello di riferimento e poco si fa per capire perché certe discordanze tra osservazioni continuano a esistere malgrado le tecnologie dovrebbero escluderle.

Poi, ecco che il VLT guarda con attenzione nella vicina Grande Nube di Magellano, dove vi è una frenetica e gigantesca zona di nascita stellare (30 Dorado) e si accorge che vi è il 30% di stelle superiori a 30 volte la massa solare e ben il 70% superiori alle 60 masse solari, rispetto a quanto “previsto”. Ne consegue, tra l’altro, che le 150 masse solari come massa limite superiore, potrebbero benissimo essere superate e arrivare fino a 300.

La gigantesca regione di formazione stellare nella Grande Nube di Magellano, chiamata 30 Dorado o Nebulosa Tarantola. Potrebbe contenere stelle di 300 masse solari. Fonte: ESO
La gigantesca regione di formazione stellare nella Grande Nube di Magellano, chiamata 30 Dorado o Nebulosa Tarantola. Potrebbe contenere stelle di 300 masse solari. Fonte: ESO

Uno degli autori ammette chiaramente la verità: “I nostri risultati mettono in serio dubbio le conoscenza della storia del Cosmo. I modelli costruiti dagli astronomi riguardo all’Universo devono tornare indietro su una lavagna scolastica che tenga conto del risultati ottenuti con una strumentazione sempre più sofisticata”.

E’ il solito, ormai vecchio, problema: si preferisce cercare di inserire le osservazioni nei modelli già esistenti, piuttosto che ragionare a fondo su ciò che realmente si osserva. Una corsa frenetica che il computer e i modelli forniscono facilmente e troppo poco tempo dedicato alla riflessione anche lunga (e poco redditizia in termini di immediata visibilità).

Posso aggiungere una riflessione da povero ignorante? Le stelle si formano dove c’è più massa a disposizione e dove c’è più massa è anche più facile costruire qualcosa di veramente grande…

Intanto godiamoci un bel filmato creato dall’ESO, che ci mostra una galassia primigenia in cui la materia prima non mancava

Articolo originale QUI

Breve resoconto dei lavori recenti sulle stelle di grande massa  (QUI e QUI)

Lascia un commento

*

:wink: :twisted: :roll: :oops: :mrgreen: :lol: :idea: :evil: :cry: :arrow: :?: :-| :-x :-o :-P :-D :-? :) :( :!: 8-O 8)

 

Questo sito usa Akismet per ridurre lo spam. Scopri come i tuoi dati vengono elaborati.