Struttura e composizione dell'universo: stelle, buchi neri, anno luce e Big Bang

Struttura e composizione dell'universo

L'universo è composto da un enorme vuoto in cui galleggiano miliardi di galassie. In ogni galassia ci sono miliardi di stelle, pianeti e nebulose.

Dal punto di vista chimico, l'universo è composto per circa 75% di idrogeno, 20% di elio e il 5% di altri elementi. Oltre alla materia osservabile, esiste materia non osservabile detta materia oscura, che costituisce circa il 90% della materia totale dell'universo.

Misurare le distanze: l'anno luce

Per misurare le distanze nell'universo si utilizza l'unità nota come anno luce. Un anno luce è la distanza che la luce percorre in un anno. La velocità della luce è di circa 300.000 km/s.

Il Sistema Solare

Il Sistema Solare è costituito da una stella, il Sole, e dai pianeti che orbitano attorno ad esso, oltre a un insieme di corpi minori come comete, satelliti naturali, asteroidi e polveri.

La nostra posizione nella galassia

• Il Sole è una delle 100.000 milioni di stelle che fanno parte della galassia Via Lattea.
• Il sistema solare si trova su un braccio della Via Lattea: il Braccio di Orione.
• La Via Lattea fa parte di un gruppo di galassie più o meno vicine, il Gruppo Locale.
• Il Gruppo Locale è parte di un insieme più ampio, il Superammasso della Vergine.

Come conoscere la composizione delle stelle?

Fin dal XVII secolo si osservò che la luce si suddivide in una serie di colori quando passa attraverso un prisma: lo spettro della luce. In seguito si scoprì che nello spettro sono presenti delle linee scure, chiamate linee di assorbimento.

Se si fa passare la luce attraverso un gas contenente alcuni elementi chimici (ad esempio idrogeno o elio), lo spettro mostra specifiche linee di luce e di oscurità: queste linee di assorbimento sono caratteristiche di ciascun elemento chimico.

Confrontando lo spettro della luce proveniente da una stella con gli spettri di assorbimento di elementi noti, è possibile dedurre quali siano le sostanze chimiche che la compongono.

Un universo in movimento

In tutto l'universo c'è un continuo movimento: i pianeti ruotano attorno alle stelle, le stelle orbitano attorno al centro delle galassie e le galassie si muovono rispetto alle altre, allontanandosi spesso l'una dall'altra.

La principale forza che regola questi moti è la gravità.

Buchi neri

• I buchi neri sono concentrazioni di materia a densità molto elevata.
• Si formano dal collasso di stelle massicce (più volte la massa del Sole).
• La loro presenza si evidenzia, tra l'altro, per l'emissione di raggi X prodotta dall'accelerazione del materiale che cade nel buco nero.
• La loro densità è così elevata che nemmeno la luce può sfuggire, e possono deformare lo spazio-tempo.
• Tutto ciò che si trova entro una certa distanza dal buco nero (nell'esempio citato, entro 7,7 milioni di km) viene inghiottito.

Al centro della nostra galassia si trova un enorme buco nero, Sagittarius A*, che influisce sulla dinamica e sulla rotazione della galassia stessa.

Il Big Bang

Circa 13.700 milioni di anni fa tutta la materia dell'universo era condensata in una regione relativamente piccola, talvolta chiamata "Cosmic Egg". Avvenne una grande esplosione (il Big Bang) e, a seguito di essa, si formò l'universo come lo conosciamo oggi.

La teoria del Big Bang è stata proposta per spiegare alcune osservazioni, in particolare che gli spettri delle galassie più lontane risultano spostati verso il rosso (fenomeno del redshift).

Per comprendere questo spostamento è utile avere familiarità con l'effetto Doppler, che aiuta a interpretare il redshift delle sorgenti luminose in movimento.