Astrofisica

astrofisica Ramo dell’astronomia che indaga l’Universo e i corpi in esso presenti con le metodologie e le tecniche sperimentali proprie della fisica. Nata nella seconda metà dell’Ottocento, per la peculiarità dei metodi usati e soprattutto per l’importanza dei risultati conseguiti (per es., quelli relativi alla correlazione tra luminosità e temperatura superficiale delle stelle, all’espansione dell’Universo ecc.) ha presto assunto un ruolo fondamentale. La distinzione tra astronomia e a. è oggi assai meno netta che nel passato a causa del grande progresso nella comprensione razionale dei fenomeni cosmici. 

A. relativistica

Disciplina che studia quei fenomeni cosmici nei quali è fondamentale l’uso della meccanica relativista, come sono quelli caratterizzati dalla liberazione di enormi quantità di energia e da rapide variazioni (come le sorgenti quasi stellari ‘quasar’, le stelle X binarie, l’origine dell’Universo). Questi fenomeni sono spiegabili se si fa ricorso a un’altra sorgente di energia, la gravitazione, che diventa dominante solo quando il corpo raggiunge dimensioni assai piccole, con elevatissimi valori della densità. Per una stella di massa eguale a quella del Sole, per es., questa dimensione caratteristica è eguale a 1,5 km; ma già a dimensioni 10 volte maggiori vi sono notevoli effetti di questo genere. In queste condizioni gli effetti previsti dalla relatività, ristretta e generale, che in condizioni ordinarie sono di entità trascurabile, giocano un ruolo essenziale; pertanto occorre usare appropriate leggi fisiche e un formalismo matematico assai più complesso.

Uno dei due principali modelli teorici dell’a. relativistica è il buco nero ruotante, locuzione con cui si indica una superficie, l’‘orizzonte’, attraverso cui tutte le particelle, compresi i fotoni, possono passare solo in un verso, verso l’interno; il buco nero, quindi, è invisibile, poiché da esso non può uscire nessuna particella e neppure la radiazione. Il fenomeno più importante che avviene in vicinanza di un corpo collassato è la produzione di particelle elementari (soprattutto elettroni e protoni) con altissima energia. Esse interagiscono con i campi elettrici e magnetici negli strati esterni e danno luogo a potenti sorgenti elettromagnetiche di natura non termica; in altre parole, la loro distribuzione spettrale in funzione della frequenza non è quella della radiazione emessa da un ordinario corpo caldo. Le osservazioni sperimentali nelle bande radio e X, sia di sorgenti stellari sia di nuclei galattici, richiedono effetti e modelli dell’a. dei corpi collassati.

Il secondo modello dell’a. relativistica riguarda la struttura globale dell’Universo e consiste nella cosmologia evolutiva basata sulla teoria della relatività generale di A. Einstein. In questo modello l’Universo ha avuto origine da una fase primordiale di altissima temperatura e densità da cui, per espansione e collassi locali, si sono formati i grandi agglomerati galattici di materia che oggi vediamo. Compiti fondamentali delle osservazioni cosmologiche sono la determinazione dell’età dell’Universo e della sua presente decelerazione, e l’indagine circa le condizioni fisiche preesistenti alla formazione delle galassie. La maggior parte delle informazioni circa questa fase è offerta dalla radiazione di fondo, che si inquadra perfettamente nel modello cosmologico relativistico. Essa è stata emessa quando il ‘raggio’ dell’Universo era circa mille volte più piccolo dell’attuale (quando tutta la materia era ionizzata); oggi appare come un fondo di onde elettromagnetiche nella banda delle microonde proveniente con la stessa intensità da tutte le direzioni.