E' settore dell'astronomia che studia la natura e la struttura
fisica degli oggetti celesti. Le uniche informazioni disponibili su questi ci
giungono tramite la radiazione da essi emessa, che viene parzialmente
intercettata dall'atmosfera terrestre. Dal punto di vista tecnologico e
strumentale si può fare distinzione tra lo studio delle radiazioni visibili,
o di lunghezza d'onda prossima a quella visibile, e lo studio delle lunghezze
d'onda da centimetriche a decametriche. Lo studio di queste ultime è
l'oggetto di un importante settore dell'astrofisica che è la radioastronomia.
Grazie alla sempre crescente disponibilità delle tecniche missilistiche e
spaziali, nonché di avanzatissimi osservatori sotterranei, sono molto
cresciute le ricerche astrofisiche anche nel campo delle radiazioni a breve
lunghezza d'onda (raggi X, raggi g)
o corpuscolari (raggi cosmici, neutrini). Indipendentemente da tecnologie
strumentali o metodi standardizzati, si possono svolgere ricerche astrofisiche,
anche di carattere teorico, su modelli semplificati dei fenomeni allo studio,
assegnando valori appropriati a opportuni parametri e modificando i modelli
fino a ottenere risultati comparabili con quelli osservati.
Lo studio
della luce
Lo studio della luce proveniente dagli oggetti celesti, che
costituisce gran parte del campo di interesse dell'astrofisica, può essere
effettuato con due metodi distinti, che, prima dell'avvento della
radioastronomia, costituivano i due settori fondamentali in cui l'astrofisica
poteva essere suddivisa: il metodo cosiddetto fotometrico e il metodo
spettroscopico. Il primo richiede la registrazione dell'intensità globale (o su
intervalli di lunghezze d'onda relativamente ampi) della luce ricevuta
dall'oggetto celeste in esame; questo metodo è impiegato per determinare le
variazioni nel tempo della magnitudine (o luminosità) di alcune stelle
variabili, ovvero per determinarne l'indice di colore (come nel caso degli
ammassi, per i quali si può successivamente risalire alla distanza, nonché
alla storia evolutiva); il metodo fotometrico, pur essendo validissimo, ha
fornito minori quantità di dati sulla costituzione delle stelle, della Galassia
e dell'Universo rispetto al secondo metodo. Nel metodo spettroscopico
(introdotto da G. R. Kirchhoff) la luce dell'oggetto celeste viene analizzata
con uno spettroscopio o con uno spettrografo, nel caso in cui si voglia
conservare una registrazione dell'osservazione spettroscopica. Si ottengono
così informazioni circa la presenza di determinati elementi atomici o
molecolari, le abbondanze e lo stato degli stessi elementi, lo stato di moto (in
senso radiale rispetto alla Terra) dell'oggetto celeste, il suo stato fisico,
nonché, con semplice derivazione, la massa, la luminosità e le dimensioni. Da
uno studio comparato di più oggetti (stelle in particolare) si può dedurre
infine una legge evolutiva. Pur restando questi i metodi pratici di indagine in
astrofisica, tale scienza può essere suddivisa in sezioni, attenendosi più
alla natura del problema da studiare che al metodo di ricerca.
Lo studio del
Sole e delle stelle
Lo studio dell'atmosfera solare è stato uno dei primi oggetti
di interesse della spettroscopia astronomica e da esso sono conseguite le nostre
conoscenze sulla struttura interna del Sole, sulle reazioni nucleari che vi
avvengono, sulla radiazione emessa e sulle sue interazioni con la Terra, sul
magnetismo e sull'attività solare. Lo studio del Sole si collega, d'altra
parte, anche alla fisica delle stelle, comprendente la costituzione delle
atmosfere e dei nuclei stellari, l'origine e l'evoluzione delle stelle, le
abbondanze degli elementi, tutti problemi il cui studio ha come confronto quello
del Sole. Argomenti connessi, che formano sezioni particolari d'interesse, sono
quelli che si riferiscono alla materia interstellare, agli ammassi e alle
nebulose galattiche.
Lo studio
delle alte energie
Un'altra sezione dell'astrofisica si occupa delle galassie, la
nostra compresa, della loro struttura e dimensioni, della loro evoluzione, della
loro distanza e velocità, della conseguente espansione dell'Universo, della
risoluzione del problema cosmologico. Con l'identificazione, mediante sonde e
satelliti specificatamente attrezzati, della vasta molteplicità dei fenomeni ad
alta energia che producono flussi di radiazioni in bande elettromagnetiche
usualmente assorbite dall'atmosfera terrestre, può considerarsi sorta l'astrofisica
delle alte energie. I campi di applicazione di questa recente sezione di
studi sono i più disparati e comprendono: la ricerca e l'esame dei relitti di
supernova che si dimostrano di frequente sorgenti di radioemissione pulsata per
la presenza di astri a neutroni e anche sorgenti di radiofrequenza e di
radiazione penetrante; la ricerca delle interazioni fra i centri magneticamente
attivi della cromosfera solare e delle stelle con il loro spazio adiacente (magnetosfere,
venti stellari); la ricerca dei fenomeni attivi (superesplosioni stellari,
interazioni magnetiche) che si sviluppano nei bulbi delle galassie turbolente,
nei quasar e nelle radiogalassie. In tutto questo assortimento di fenomeni sono
coinvolte energie molto alte – dell'ordine dei kilo e dei mega elettronvolt
– che hanno richiesto tecniche di acquisizione mutuate dai laboratori di
fisica nucleare. Gli osservatori astronomici orbitanti attrezzati secondo tali
tecnologie (ROSAT, GRO, IUE, Chandra, Newton) sono perciò, fra l'altro, in
grado di fornire dati sufficienti perché si delinei una modellistica più
generale, e semplificata, nei riguardi di alcune sorgenti assolutamente tipiche:
quasar, galassie Seyfert, galassie Markarian, galassie a getto, nuclei galattici
attivi, in generale. Lo scenario comune è quello di un superaddensamento
rotante centrale (buco nero supermassivo o astro neutronico) circondato da un
disco di accrezione entro cui affluisce materia esterna, destinata
all'annichilimento con dissipazione energetica e proiezione di plasma nucleare
lungo gli assi magnetici della struttura. Le differenti tipologie non
deriverebbero che dal diverso orientamento prospettico complessivo. In questa
opera di revisione troverebbe recentissima soluzione anche l'enigmatico oggetto
GEMINGA, nota sorgente gamma galattica individuata nella costellazione dei
Gemelli: si tratterebbe di un astro a neutroni rotante (pulsar) associato a una
controparte ottica con la quale esso si trova in interazione fisica. Nel campo
dell'astrofisica delle alte energie, vanno in particolare ricordate le intense
ricerche sui gamma-burst (lampi in radiazione gamma), di origine incerta,
ma ritenuti provenienti dall'esplosione di supernovae estremamente potenti in
galassie lontane.
Le nuove
frontiere dell'astrofisica
I traguardi raggiunti dall'astrofisica nell'ultimo decennio del
sec. XX sono stati agevolati in modo determinante dall'entrata in funzione di
osservatori spaziali per l'ultravioletto, l'infrarosso, i raggi X e i raggi
gamma, nonché dal continuo sviluppo di strumenti di nuova tecnologia operanti
al suolo. Sono stati, in particolare, identificati nuovi tipi di stelle (nane
bianche vibranti, stelle esterne catturate dalla Galassia); è stata acquisita
una migliore conoscenza della funzione svolta dai campi magnetici che permeano
le nubi gassose nei processi di condensazione delle protostelle - e degli
eventuali dischi protoplanetari - ove innescano una duplice corrente gassosa in
afflusso verso il centro di massa, e in fuoriuscita (anche violenta) in getti
contrapposti, lungo la direzione del campo; sono state scoperte due nuove classi
di galassie, costituite da strutture deboli e diffuse (LSB, Low Surface
Brightness galaxies) centinaia di volte più voluminose, ma meno massicce,
della Via Lattea, oppure consistenti in organismi giovani (meno di 30 milioni di
anni) e compatti (BCD, Blue Compact Dwarf galaxies) popolati di stelle
blu immerse in densi aloni d'idrogeno. Le osservazioni sulle conseguenze
dell'evento di supernova SN1987A (verificatosi nella Grande Nube di Magellano),
hanno indicato come le possibilità di collasso gravitazionale vadano estese
anche alle stelle blu, relativamente giovani, quando sussista apporto di materia
proveniente da un astro compagno in grado di accrescerne la massa oltre la
soglia critica. Infine, ad accentuare la sempre più stretta
interdisciplinarietà fra l'astrofisica e gli aspetti più tipici della fisica
delle alte energie, non va dimenticato che la cosmologia del big bang –
specialmente nella sua più recente versione dell'Universo inflazionario
(v. cosmologia) – vede intimamente connesse teorie d'avanguardia, quali quelle
concernenti la supergravità e i campi unificati di forze, con la descrizione
fisica degli istanti che seguirono immediatamente l'atto creativo dell'Universo.
