Premio Nobel per la fisica assegnato per la ricerca sugli esopianeti e la struttura dell'universo

Premio Nobel per la fisica assegnato per la ricerca sugli esopianeti e la struttura dell'universo

Un cosmologo che ha rivelato che l'universo è composto principalmente da materia ed energia invisibili e due scienziati che hanno rilevato il primo pianeta in orbita attorno a una stella aliena, martedì hanno ricevuto congiuntamente il premio Nobel per la fisica 2019.

Studiando i primi momenti dopo la nascita dell'universo, James Peebles della Princeton University ha sviluppato un quadro teorico per l'evoluzione del cosmo che ha portato alla comprensione dell'energia oscura e della materia oscura, sostanze che non possono essere osservate da alcuno strumento scientifico ma nondimeno costituiscono il 95% dell'universo.

I colleghi vincitori Michel Mayor e Didier Queloz dell'Università di Ginevra hanno rivoluzionato l'astronomia, ha detto il Comitato Nobel, quando nel 1995 hanno annunciato la scoperta di un grande mondo gassoso che circonda una stella a 50 anni luce dal nostro sole - il primo pianeta extrasolare trovato intorno una stella simile al sole. Nei decenni successivi, gli scienziati hanno rilevato migliaia di più di questi esopianeti e gli astronomi ora pensano che il nostro universo contenga più pianeti che stelle.

'I premi Nobel per la fisica di quest'anno hanno dipinto un'immagine di un universo molto più strano e meraviglioso di quanto avremmo mai potuto immaginare', ha detto Ulf Danielsson, membro del Comitato Nobel, in una conferenza stampa martedì. 'La nostra visione del nostro posto nell'universo non sarà mai più la stessa.'

Per quasi un secolo, gli scienziati hanno teorizzato che l'universo sia iniziato con un big bang, passando da una zuppa di particelle calda e densa all'attuale raccolta di polvere, stelle e galassie sparse in uno spazio vasto e ancora in espansione. Cinquant'anni fa, una coppia di radioastronomi si imbatté nella firma di quei primi giorni di espansione: il fondo cosmico a microonde, una debole forma di radiazione che pervade l'intero cielo.

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Questa radiazione è una 'miniera d'oro' per i fisici, ha affermato il Comitato Nobel. Analizzando piccole variazioni in questo antico bagliore, gli scienziati possono guardare indietro nel tempo per capire come si è evoluto l'universo. Peebles ha studiato la temperatura del fondo cosmico a microonde per capire la materia che è stata creata nel big bang.

'È stato, concettualmente, un evento che ha aperto le porte', ha detto la cosmologa osservatrice Sandra Faber, membro dello staff degli Osservatori dell'Università della California. “Ha mostrato che le leggi della fisica conosciute potevano spiegare l'universo quando aveva solo 100 secondi. Non è fantastico?'

Peebles ha anche sviluppato strumenti per spiegare come è nato l'universo come lo conosciamo. Piccole fluttuazioni quantistiche che si sono verificate durante l'inflazione - un periodo di rapida espansione dell'universo che si è svolto in meno di un milionesimo di secondo dopo il big bang - hanno dato origine a 'grumi' di materia che alla fine si sarebbero evoluti in galassie, ha detto. Questi grumi, insieme alla materia oscura ancora misteriosa, spiegano le dimensioni, la forma e la distribuzione delle galassie che vediamo oggi.

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'Non stavo lavorando da solo', ha detto Peebles tramite un'intervista telefonica alla conferenza stampa martedì, sottolineando che i ricercatori dell'Unione Sovietica hanno fornito importanti contributi alla comprensione degli scienziati dell'evoluzione dell'universo.

Dopo il rilevamento del fondo cosmico a microonde nel 1964, il campo progredì a singhiozzo, disse: 'Anch'io ho lanciato molte idee sbagliate, lo sai'.

Alla fine, le teorie di Peebles hanno portato alla scoperta dell'energia oscura, la forza invisibile che guida l'espansione dell'universo, e della materia oscura, il materiale non osservabile che tiene insieme le galassie.

Tutto ciò che possiamo toccare o vedere, tutto ciò che è mai stato rilevato da uno strumento scientifico e tutto ciò che deve ancora essere trovato costituisce solo il 5% dell'universo. Anche in quella piccola fetta di cosmo, c'è più di quanto sembri a occhio nudo. La scienza dietro la seconda metà del premio di fisica di quest'anno ne è la prova.

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Il primo esopianeta osservato da Mayor e Queloz non era visibile attraverso alcun telescopio. Invece, gli astronomi hanno intuito l'esistenza del mondo osservando il modo in cui ha influenzato la sua stella.

La loro ricerca si basava sul fatto che i pianeti non orbitano attorno alle stelle; invece, sia i pianeti che le stelle orbitano attorno al loro comune centro di massa. Se un pianeta è sufficientemente grande, rispetto al suo sole, farà oscillare leggermente la stella. Questa oscillazione produce piccoli cambiamenti nella luce emessa dalla stella e gli scienziati possono analizzare questi cambiamenti per determinare le dimensioni e la distanza del pianeta.

Il primo mondo scoperto da Mayor e Queloz, soprannominato 51 Pegasi b, è diverso da qualsiasi altro nel nostro sistema solare. Il pianeta è grande e gassoso, come Giove, ma è così vicino alla sua stella che ci vogliono solo quattro giorni per completare un'orbita. La sua temperatura supera i 1.000 gradi Celsius.

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Quando Queloz ha visto per la prima volta la firma del pianeta nei suoi dati, 'Sono andato nel panico', ha ricordato lo scienziato, che era uno studente laureato che lavorava con Mayor al momento della scoperta. 'Pensavo che ci fosse qualcosa di sbagliato nello strumento.'

Ci sono volute molte rianalisi agli astronomi per convincersi che stavano guardando qualcosa di reale. Poi hanno dovuto persuadere il resto del mondo. Il pianeta era così diverso da quello che gli scienziati avevano previsto che avrebbero trovato, molti ricercatori erano inizialmente scettici sulla scoperta. Ma studi successivi alla fine hanno dimostrato che l'intuizione iniziale di Mayor e Queloz era vera.

'La nuova scienza è molto raramente fatta da una sola persona... e c'erano molte persone che hanno dato importanti contributi prima e da allora', ha detto Johanna Teske, un'astronoma di esopianeti presso i Carnegie Observatories. Ma la scoperta di Mayor e Queloz 'è stata davvero una svolta per il settore'.

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Ben presto, gli astronomi di tutto il mondo stavano conducendo le proprie ricerche sugli esopianeti, scansionando i cieli e esaminando risme di dati storici per rilevare l'oscillazione rivelatrice di un sole che ospita il pianeta. Le osservazioni dei telescopi terrestri e spaziali hanno rivelato più di 4.000 esopianeti confermati e ha sfidato le nozioni degli scienziati su come si evolvono i sistemi planetari.

L'anno scorso, la NASA ha lanciato il Transiting Exoplanet Survey Satellite, un potente telescopio spaziale che scruterà l'intero cielo alla ricerca di mondi che circondano le stelle vicine. Di particolare interesse per la missione sono i mondi rocciosi che orbitano abbastanza vicino alle loro stelle da avere potenzialmente acqua liquida sulle loro superfici.

'Quando [Mayor e Queloz] stavano studiando e cercando questi esopianeti, la gente rideva di loro... e la chiamava fantascienza', ha detto Teske. 'Vederlo arrivare da lì fino ad ora, dove stanno vincendo i Premi Nobel e ci stiamo avvicinando sempre più alla scoperta e alla caratterizzazione di pianeti simili alla Terra, è fantastico, eccitante e un po' surreale'.

In una tradizione regolare quanto i premi stessi, l'annuncio di martedì ha suscitato un dibattito sulla mancanza di diversità tra i destinatari. Solo tre donne hanno mai ricevuto il premio per la fisica nei suoi oltre 100 anni di storia e nessuno scienziato nero è mai stato riconosciuto.

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La scelta di riconoscere le teorie cosmologiche di Peebles ha suscitato particolare rabbia, perché la donna che ha dimostrato l'esistenza della materia oscura, Vera Rubin, non ha mai ricevuto il premio. L'astronomo della Carnegie Institution ha combattuto il sessismo e 'ha completamente rivoluzionato il nostro concetto di universo', ha detto una volta l'astronoma Emily Levesque alla rivista Astronomy. Era stata considerata una delle principali candidate per il premio di fisica prima della sua morte nel 2016 (i Nobel non vengono assegnati postumi).

'Era e continua ad essere estremamente influente e fonte di ispirazione per tutti nel campo dell'astronomia', ha detto Teske di Rubin. 'È particolarmente ironico in un modo non proprio carino che lei non sia stata riconosciuta, e penso che continuerà ad essere, almeno per me, un punto dolente quando verrà assegnato un premio Nobel per la fisica'.

La Royal Swedish Academy of Sciences, che assegna i premi, ha detto alla Natura la scorsa settimana l'organizzazione aveva implementato misure per affrontare i pregiudizi contro le donne e gli scienziati del colore, tra cui chiedere esplicitamente ai nominatori di considerare la diversità di genere, geografia e argomento. Tutti e sei i destinatari dei premi di quest'anno per la medicina e la fisica sono stati uomini bianchi.

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Eppure Peebles era unico per 'l'impronta interpretativa intellettuale che ha messo sulle cose', ha detto Faber. “Il suo lavoro ha spaziato dal big bang alla meccanica quantistica fino alla vera natura della materia oscura. Sono estremamente felice di questo premio.”

Il cosmologo, che ha lavorato su questioni di formazione delle galassie e materia oscura più o meno nello stesso periodo di Peebles, ha affermato che la sua teoria 'l'ha influenzata profondamente', sia emotivamente che scientificamente.

'Racconta alla razza umana che siamo nati secondo le leggi della fisica e l'implicazione è che dobbiamo vivere secondo quelle', ha detto.

Proprio come la ricerca di Peebles ha sottolineato l'insignificanza dei terrestri nel contesto dell'universo, la scoperta di Mayor e Queloz ha rivelato quanto siamo rari e insoliti. La stragrande maggioranza degli esopianeti scoperti negli ultimi due decenni è diversa da qualsiasi corpo nel nostro sistema solare.

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Tuttavia, Danielsson, il membro del comitato Nobel, ha detto che da qualche parte nel vasto e imperscrutabile universo, su uno di quei mondi strani e lontani, è possibile che esista qualche altra forma di vita.

Potrebbero volerci anni, secoli o addirittura millenni, ha detto. Ma nutre la speranza che un giorno, nascosta nell'oscurità, l'umanità troverà la prova che non siamo soli.

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