Quella che segue è la trascrizione del quarto episodio di Macchine del tempo, un podcast ispirato alla prima grande mostra dell’Istituto nazionale di astrofisica, che parte dalla Terra e incrocia pianeti, stelle e galassie, fino a sfiorare l’origine del cosmo. Ideato, realizzato e condotto da Lucia Bucciarelli, quest’episodio – pubblicato per la prima volta il 15 aprile 2025 – spazia tra le galassie al di là della nostra: dal Grande Dibattito di un secolo fa e le prime osservazioni di Edwin Hubble, fino agli strumenti odierni, come il telescopio spaziale Euclid, che catturano una miriade di galassie la cui straordinaria varietà di colori, forme e strutture racconta storie di nascita, evoluzione e interazione cosmica. Potete ascoltarlo su Apple Podcasts, su Spotify e su YouTube. Oppure direttamente da qui.
Cover del podcast Macchine del tempo. Crediti: Stephanie Forte/Inaf
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Lucia Bucciarelli
Washington, 1920.
Nell’auditorium dello Smithsonian Museum of Natural History, mentre gli ultimi spettatori prendono posto, due astronomi, uno accanto all’altro, rileggono gli appunti che hanno preparato per il dibattito che seguirà. Il tema del confronto riguarda la natura delle nebulose a spirale, in particolare, Andromeda: si tratta di ammassi di polvere interstellare contenuti all’interno della Via Lattea, o di vere e proprie galassie simili alla nostra? E quindi, l’universo è tutto contenuto nella Via Lattea, o si estende anche al di fuori di essa?
Il primo a prendere parola è Harlow Shapley, statunitense di trentaquattro anni che aveva iniziato i suoi studi come giornalista prima di emergere come uno degli astronomi più promettenti del suo tempo. Con il suo lavoro pionieristico, Shapley aveva dimostrato che la Via Lattea era almeno dieci volte più estesa di quanto precedentemente stimato. Molto grande da contenere al suo interno le nebulose a spirale come Andromeda; troppo grande perché ci fosse altro al di fuori di essa.
A difendere l’opinione contraria Heber Curtis, astronomo affermato di tredici anni più anziano rispetto a Shapley, che anche in questa occasione si presenta sul palcoscenico con la sua inseparabile pipa – pipa che spesso aveva causato incendi accidentali nel cestino dei rifiuti del suo ufficio. Curtis, dopo aver condotto anni di studi sulle nebulose a spirale, è convinto che esse possano essere galassie molto lontane del tutto simili alla Via Lattea, una teoria che già a metà del 1700 era emersa in forma embrionale grazie al filosofo tedesco Immanuel Kant, che aveva definito tali nebulose “universi isola”.
Il confronto tra i due astronomi, che per la rilevanza e l’intensità delle argomentazioni verrà definito il “grande dibattito”, quella sera non decreta alcun vincitore. Solo dopo qualche anno, a metà degli anni ‘20, l’astronomo Edwin Hubble riesce a identificare in quella che oggi sappiamo essere la galassia di Andromeda alcune stelle variabili cefeidi. La misurazione della distanza di quelle stelle rivela che esse sono troppo distanti per essere parte della Via Lattea, dimostrando quindi che Andromeda si trova effettivamente al di fuori di essa. Hubble, grazie a quelle osservazioni effettuate all’osservatorio di Monte Wilson in California con il potente telescopio Hooker, cambierà per sempre la nostra comprensione della scala dell’universo.
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Lucia Bucciarelli
Io sono Lucia Bucciarelli e questo è “Macchine del Tempo”, un podcast ispirato alla prima grande mostra dell’Istituto Nazionale di Astrofisica.
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Lucia Bucciarelli
In ogni episodio esploreremo le profondità del cielo in un viaggio che partendo dalla Terra e incrociando pianeti, stelle e galassie, arriverà a sfiorare i confini dell’universo. Ma ricordate, i protagonisti di questo viaggio siete tutte e tutti voi. Il viaggio nell’universo inizia da te.
Oggi, esattamente un secolo dopo le osservazioni di Hubble, sappiamo che nell’universo osservabile esistono più di duemila miliardi di galassie, ciascuna contenente miliardi di stelle, nubi di polveri, e gas. È la diversa combinazione di questi elementi a determinare le caratteristiche fisiche e morfologiche che rendono ogni galassia unica nel suo genere. Nel suo genere, sì, perché sebbene ciascuna galassia sia diversa dalle altre, esiste comunque un sistema di classificazione che le ordina in quattro gruppi distinti: le galassie ellittiche, le galassie a spirale, le galassie lenticolari e le galassie irregolari.
A loro volta, ciascuno di questi gruppi può contenere ulteriori sottocategorie. Ad esempio, la Via Lattea viene classificata come una galassia a spirale barrata, in quanto il suo nucleo è attraversato da una struttura a forma di barra dalla quale si dipartono i bracci di spirale. A ideare questo sistema di classificazione fu proprio Hubble, che nel 1936 mise a punto una sequenza che ancora oggi porta il suo nome.
Ma a proposito di nome: come vengono attribuiti i nomi alle galassie? Alcune di esse, come la galassia di Andromeda, prendono il nome dalla costellazione che si trova in quella porzione di cielo dove appaiono. In molti casi, tuttavia per indicare questi oggetti celesti viene utilizzata la lettera M seguita da un numero. Di cosa si tratta? La lettera M sta per Messier, ovvero il cognome dell’astronomo francese Charles Messier, vissuto a cavallo tra il XVIII e il XIX secolo. Per semplificare i suoi studi, incentrati principalmente sulle comete, nel 1774 Messier decise di compilare un catalogo degli oggetti celesti osservati. Molti di questi, a distanza di anni, sono stati identificati come galassie, ma hanno continuato a portare il nome che l’astronomo francese aveva scelto per loro pur non sapendo di cosa si trattasse. La galassia di Andromeda, per esempio, nel catalogo di Messier prende il nome di M31.
Nel 1880 fu l’astronomo John Dreyer a compilare un nuovo catalogo di oggetti celesti, principalmente galassie, noto come Ngc (ovvero New General Catalogue), introducendo quindi una nuova forma di denominazione. Nel nuovo catalogo, ad esempio, la galassia di Andromeda è designata come Ngc 224.
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Lucia Bucciarelli
Così come le stelle si aggregano in galassie, anche queste ultime si raggruppano in strutture più vaste chiamate gruppi di galassie. Queste formazioni non solo influenzano la dinamica e l’evoluzione delle galassie al loro interno, ma forniscono anche una cornice essenziale per comprendere la struttura su larga scala dell’universo. Il Gruppo Locale è l’insieme galattico che comprende la Via Lattea, la galassia di Andromeda e la galassia del Triangolo, oltre a una settantina di altre galassie di dimensioni medio-piccole. In tutto, l’estensione del Gruppo Locale è stimata in dieci milioni di anni luce.
Ma ascoltiamone di più da Enrica Iodice, ricercatrice dell’Istituto nazionale di astrofisica, che ci parla delle galassie vicine.
Enrichetta Iodice
«Per galassie vicine, innanzitutto, ci riferiamo a quelle prossime alla Via Lattea, quindi quelle che fanno parte del Gruppo Locale, ma anche alle galassie che fanno parte di ammassi di galassie o gruppi di galassie che sono vicine anche al Gruppo Locale. Lo studio delle galassie vicine per la comprensione dell’universo è importante perché offrono un vero e proprio laboratorio per lo studio dei processi fisici che sono alla base della formazione delle galassie, dell’evoluzione delle stelle, anche dei moti delle stelle e del gas che fanno parte, sono i costituenti delle galassie.
L’interazione delle galassie può essere su diversi livelli di massa, vale a dire: ci sono galassie che sono simili in quanto al contenuto di stelle e gas e quindi, diciamo, pesano allo stesso modo. L’interazione di queste due tipi di galassia è un’interazione alla fine molto violenta, per cui distrugge completamente i moti ordinati delle stelle, induce la formazione stellare se le galassie hanno il gas, crea estese code mareali fatte di stelle e di gas in cui nuove stelle si possono formare, e la loro fusione porta ad un sistema tale che tipicamente è una galassia ellittica, che ha una morfologia, una struttura completamente diversa dalle galassie originali, che tipicamente sono spirali.
Ci sono però quelle interazioni dove hai una galassia molto grande, estesa, luminosa che può interagire con una galassia molto più piccola, tipo una galassia nana, e il processo di interazione genera un sistema completamente diverso. In che senso? La galassia piccola viene completamente fagocitata dalla galassia più grande, il che significa che la galassia piccola tende a distruggersi completamente, non se ne trova più traccia se non per un quelli che si chiamano ‘stream’ di stelle, cioè resta una sottile striscia luminosa a forma di arco nelle regioni più esterne della galassia che l’ha fagocitata. Questo stream però, col passare del tempo, queste stelle, tende anche a distruggersi in sé, infatti ha un tempo di vita breve, e quindi praticamente le stelle della galassia piccola, che è stata completamente fagocitata da quella grande, vanno a contribuire in maniera uniforme alla luce che proviene dalla galassia più grande.
Ecco, quindi, ai due estremi abbiamo quelli che chiamiamo major mergers, cioè vale a dire fusioni maggiori di galassie che sono che competono in quanto a contenuto di materia, e minor mergers perché sono interazioni che coinvolgono una galassia molto più grande, estesa, massiva rispetto ad una più piccola».
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Lucia Bucciarelli
I gruppi di galassie non sono le strutture più grandi che esistono; esistono anche gli ammassi galattici, le più grandi strutture cosmiche tenute insieme dalla mutua gravità, che a loro volta si riuniscono in agglomerati ancora più vasti detti superammassi di galassie. L’ammasso galattico di cui fa parte il Gruppo Locale è noto come Superammasso della Vergine. Esso, con un diametro di circa 110 milioni di anni luce, comprende almeno cento gruppi di galassie.
Ma non è tutto. Il 4 settembre 2014, infatti, gli astronomi Robert Tully e Hélène Courtois hanno pubblicato un articolo riguardante un nuovo metodo per definire i superammassi basandosi sulle velocità relative delle galassie. In questa nuova ottica, il Superammasso della Vergine rappresenta solo una parte di un superammasso maggiore chiamato Laniakea – un nome che vuole essere un omaggio alla lingua delle Hawaii e ai popoli polinesiani che navigavano nei mari grazie alle stelle del cielo e che può essere tradotto come “paradiso (lani) incommensurabile (akea)”. Laniakea si estende su 520 milioni di anni luce e accoglie circa centomila galassie, con una massa totale stimata in 1017 masse solari.
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Lucia Bucciarelli
Oggi, grazie a telescopi sempre più avanzati, possiamo esplorare regioni dell’universo remote e ammirare oggetti celesti straordinariamente complessi.
Enrichetta Iodice
«Per parlare dei telescopi di Inaf, allora, sicuramente il Telescopio nazionale Galileo a La Palma monta uno strumento, che è Dolores, che è in grado di fornire immagini delle galassie. Il Large Binocular Telescope, ovvero Lbt, che si trova in Arizona, quindi nell’emisfero nord, è uno strumento che fornisce sia le immagini, ma sia la parte di spettroscopia, quindi gli spettri. E l’altro telescopio che adesso è in capo a Inaf, che è il Vlt Survey Telescope, che si trova invece sulle Ande cilene all’osservatorio di Cerro Paranal, in Cile, è un telescopio che fornisce solo immagini profonde.
Accanto a questi, per telescopi non Inaf, ma comunque telescopi dell’European Southern Observatory, di cui Inaf, l’Italia è uno degli Stati membri, abbiamo una enorme varietà di strumenti che sono montati ai Very Large Telescope che possono andare da, possono fornire immagini dettagliatissime, nonché spettroscopia anche di alta risoluzione, per studiare appunto sia la morfologia delle galassie che i moti delle stelle».
Lucia Bucciarelli
Le immagini catturate da questi strumenti e diffuse dagli enti di ricerca ci regalano un’affascinante visione della bellezza che ci circonda con una risoluzione che sfiora l’incredibile. Ne sono uno straordinario esempio le immagini catturate dal telescopio spaziale Euclid, costruito e gestito dall’Agenzia spaziale europea con una grande partecipazione italiana. Queste immagini presentano una nitidezza che ci permette di apprezzare la struttura di nebulose, galassie e ammassi di galassie con un dettaglio mai raggiunto prima.
Ma quanto di ciò che vediamo rispecchia effettivamente ciò che gli astronomi osservano nel cielo? In altre parole, i colori che percepiamo in queste straordinarie immagini sono reali oppure no? A fare chiarezza su questo argomento è Crescenzo Tortora, ricercatore dell’Istituto nazionale di astrofisica.
Crescenzo Tortora
«Gli astronomi sono assetati di luce, ossia radiazione elettromagnetica dalle lunghezze d’onda, o frequenze, che preferite, del radio fino ai raggi gamma. Queste sono le principali fonti di informazioni su pianeti, stelle, galassie e ammassi di galassie. Ad esempio, ottenere immagini di galassia a diverse lunghezze d’onda, o spettri, è fondamentale per ricostruirne le proprietà spettrali, l’età, la composizione chimica e la storia di formazione stellare. È importante però capire prima come avviene il processo osservativo.
Attraverso i telescopi, strumenti composti da lenti e specchi riusciamo a vedere l’universo. Ma quando si vogliono ottenere immagini di sorgenti cosmiche, ci sono altre componenti che fanno funzionare il telescopio, come i filtri, che permettono di selezionare i fotoni con un intervallo di lunghezza d’onda molto limitato. Questi fotoni vengono poi raccolti da rivelatori, come le Ccd, caratterizzate da un certo numero di pixel, quindi da una data risoluzione spaziale. Maggiore è la risoluzione, maggiore è il dettaglio con cui possiamo studiare la sorgente astrofisica. A questo si aggiunge il campo di vista del telescopio, e cioè quanta porzione di cielo riusciamo ad osservare in un sol colpo, e il tempo di esposizione, cioè il tempo in cui il telescopio punta sulla sorgente. Più lungo è il tempo di esposizione, più fotoni vengono raccolti, aumentando il rapporto segnale rumore.
L’immagine risultante è visualizzata in scala di grigi, con regioni bianche dove sono arrivati molti fotoni, e regioni più scure dove ne sono arrivati meno. Gli astronomi vogliono selezionare fotoni con lunghezze d’onda specifiche. Ad esempio, limitandosi allo spettro del visibile, si possono usare i filtri che selezionano la luce blu, con lunghezza d’onda, tra i 4000 e i 5000 Angstrom, e la luce rossa, intorno ai 6000 – 7000 Angstrom. Convertendo i flussi in magnitudini e facendo la differenza tra la magnitudine nel filtro blu e quella nel filtro rosso, si ottiene quello che gli astronomi chiamano indice di colore.
Questo però non va confuso con il termine colore che usiamo nella vita quotidiana, che è semplicemente la luce a una certa lunghezza d’onda. Sapere quanta luce viene emessa in diversi filtri è importante per determinare le proprietà delle stelle nelle galassie. Ad esempio, una galassia ellittica emette di più nel filtro rosso che in quello blu, e appare rossa perché è composta da stelle mediamente più vecchie e ricche di metalli. Invece in galassie dove la formazione stellare è ancora in corso, prevalgono le stelle blu, quelle più giovani».
Lucia Bucciarelli
Ma torniamo alle immagini che possiamo ammirare nelle pubblicazioni o nei media, come quelle delle splendide galassie a spirale Ngc 6744 e Ngc 2403. Dietro queste immagini c’è un grande lavoro di processamento che fornisce un prodotto finale più o meno fedele alla realtà.
Crescenzo Tortora
«Gli astronomi utilizzano per questo il sistema Rgb per produrre immagini colorate. Uno schermo crea i colori attraverso la miscela additiva di tre colori fondamentali: il rosso, red, il verde, green e il blu, blue. L’occhio umano fa qualcosa di simile. Supponiamo di aver osservato una galassia in tre filtri, corrispondenti approssimativamente alle lunghezze d’onda del rosso, del verde e del blu, e di associare le tre immagini ai tre canali di colore del sistema Rgb. Assegniamo cioè il colore corrispondente ad ognuna di esse. Le immagini risultanti appariranno più intense in corrispondenza della sorgente e assenti di colore dove non c’è la sorgente.
Quando queste immagini sono sommate, il risultato è una bella immagine astronomica piena di colori. Se i filtri utilizzati per le osservazioni sono simili alle curve di sensibilità dei fotorecettori umani, l’immagine avrà colori “veri”. Per esempio, usando i filtri astronomici Johnson nelle bande R, V e B si ottiene una buona approssimazione dell’occhio umano. Quanto più ci si allontana da questa situazione, tanto più i colori diventano artificiali.
Il caso più estremo è quello delle immagini in filtri a lunghezza d’onda fuori dal visibile, come ad esempio le immagini nell’infrarosso del James Webb. Anche in questi casi gli astronomi creano immagini a colori, ma non c’è una corrispondenza neppur approssimativa tra i colori dell’immagine, colorata, che stiamo vedendo e le lunghezze d’onda delle immagini originali ottenute dal telescopio. Tuttavia queste immagini a colori aiutano a capire come si distribuisce la luce alle diverse lunghezze d’onda, che poi l’astronomo analizzerà con i suoi metodi d’indagine».
Lucia Bucciarelli
A volte queste immagini vengono dette “a falsi colori”, una terminologia che viene dal gergo della fotografia, ma che forse non rende giustizia a quello che gli astronomi producono combinando le loro osservazioni in diversi filtri. Ma come facciamo a capire cosa è reale in un’immagine dell’universo?
Crescenzo Tortora
«Agli studenti in visita all’osservatorio nel quale lavoro, l’Osservatorio astronomico di Capodimonte, dico sempre che quando vedono belle immagini astronomiche a colori devono chiedersi come sono state fatte, e quali filtri sono stati usati, per capire quali sono le lunghezze d’onda dei fotoni che stanno guardando realmente. Solo così potranno interpretare la fisica dietro le immagini e associare i colori ai diversi tipi di stelle.
L’attenzione, la curiosità e la ricerca della conoscenza sono fondamentali per capire cosa abbiamo davanti e lo sono nel lavoro dell’astrofisico che consiste nello studio dei dati ottenuti attraverso i telescopi per capire le proprietà delle sorgenti che sta studiando, qualunque esse siano, e di conseguenza interpretare i processi fisici dietro gli eventi che osserva.
In questo tipo di lavoro l’astrofisico non può prescindere dall’utilizzo della letteratura delle fonti con i quali si costruisce il palazzo della ricerca, aggiungendo sempre più piani alla conoscenza. La credibilità della fonte è fondamentale, deve essere razionale, la fonte deve essere credibile. Questo è un approccio scientifico fondamentale che si dovrebbe utilizzare anche nella vita quotidiana. Potrebbe essere il giusto approccio per evitare le trappole dei social media e non cadere vittime delle fake news».
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Crescenzo Tortora
«Siate attenti, siate curiosi, ricercate la conoscenza».
Lucia Bucciarelli
In questo episodio abbiamo ampliato il nostro sguardo sull’universo viaggiando tra le galassie che ci circondano. Con la loro varietà di colori, forme e strutture, esse ci raccontano storie di nascita, evoluzione e interazione cosmica, fornendoci informazioni preziose sulle leggi fondamentali dell’universo.
Dietro ogni immagine che ci arriva dai telescopi, c’è lo straordinario lavoro di astronome e astronomi che, traducendo dati complessi in immagini suggestive, ci guidano attraverso le meraviglie dello spazio permettendoci di viaggiare sempre più lontano. È grazie al loro instancabile lavoro che possiamo afferrare le sfumature della grandezza e della bellezza che ci circonda, certi che un giorno potremo dare risposta a tutte le domande che ci poniamo sull’origine e sulla natura dell’universo. Ma di questo parleremo nel prossimo e ultimo episodio.
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