Maria Rosa Panzera

Maria Rosa Panzera

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Astrocuriosità | ottobre 2025 – L’astronomia con le reti neurali

La curiosità del mese a cura di Gianluigi Filippelli Nell’astrocuriosità di maggio 2025 avevo raccontato come il modello di Ising, progettato per studiare le catene di spin, aveva fornito la base per la progettazione delle reti neurali. In questo secondo articolo proviamo a capire come le reti neurali sono state e sono ancora utili in astronomia. Lo studio delle immagini astronomicheLe reti neurali, come abbiamo visto, sono uno strumento molto potente per analizzare dati. Possono essere utilizzate in molti ambiti della ricerca, inclusa l’astronomia. E uno dei primi utilizzi in questo campo ènell’esame delle immagini astronomiche prodotte dagli strumenti di osservazione, sia quelli da Terra sia quelli in orbita. Per esempio nel 2003 Jorge Núñez e Jorge Llacer descrivono lo sviluppo di un algoritmodestinato allo studio della segmentazione delle immagini astronomiche, che poi applicano per lo studio della separazione stellare e successivamente per rielaborare una foto di Saturno. L’algoritmo sviluppato dai due astronomi è un algoritmo di rete neurale. Un altro gruppo di ricerca, nel 2004, ha invece proposto di utilizzare gli algoritmi delle reti neurali per lo studio del redshift (cui partecipanorono anche due ricercatori dell’INAF, uno dei quali Paolo Saracco della nostra sede di Brera). La rete neurale utilizzata dagli astronomi, detta Multilayer Perceptron NN, è stata addestrata utilizzando dati reali provenienti dall’Hubble Deep Field North,ed è stata poi utilizzata per esaminare l’attendibilità dei dati di redshift. L’obiettivo finale è stato quello di far predire alla rete neurale l’andamento del redshift all’interno di un dato campione, ottenendo dei risultati decisamente incoraggianti. Digressione: Logica fuzzyUna piccola curiosità, che non sono riuscito a inserire dentro il video, è legata alla logica fuzzy. Questa è una logica leggermente diversa rispetto alla logica usuale cui siamo abituati, molto più simile alla logicaquantistica. In questo caso il valore di verità può assumere i […]

Astrocuriosità | settembre 2025 – 100 anni di meccanica quantistica

La curiosità del mese a cura di Luigi Foschini L’UNESCO (United Nations Educational, Scientific, and Cultural Organization) ha organizzato una serie di eventi nel 2025 in occasione del centenario della meccanica quantistica (Figura 1). Questa branca della fisica moderna ha avuto, ed ha tutt’oggi, un’importanza fondamentale nella nascita e sviluppo dell’astrofisica. Vorrei quindi ripercorrere le tappe principali della sua nascita e dell’impatto significativo sull’astronomia, tanto da far nascere l’astrofisica. Alla fine del XIX secolo, uno dei principali problemi della fisica era di capire la distribuzione dell’energia della luce emessa da un metallo incandescente. La teoria classica, basata sull’elettromagnetismo di James Clerk Maxwell, suggeriva che all’aumentare della frequenza, l’energia dovesse diventare infinita. Era la cosiddetta “catastrofe ultravioletta“, cosa che ovviamente non avveniva. La soluzione fu trovata da Max Planck, che, nel 1900, propose di considerare una distribuzione discreta di energia, fatta di pacchetti (quanti, appunto) proporzionali alla frequenza. Nel 1905, Albert Einstein – che allora era uno sconosciuto fisico impiegato all’Ufficio Brevetti di Berna (CH) – impiegò i quanti di Planck per spiegare l’effetto fotoelettrico. Si tratta dell’emissione di elettroni da un metallo irradiato con luce ultravioletta ed è un effetto a soglia, ovvero si attiva solo quando la luce ha una certa energia. Più tardi, nel 1913, Niels Bohr usò i quanti per proporre il suo modello di atomo e spiegare lo spettro dell’idrogeno. L’atomo era come un piccolo sistema solare, con un nucleo di protoni al centro e gli elettroni che si muovevano intorno su orbite circolari (in seguito, Arnold Sommerfeld propose di modificare le orbite in ellittiche). Quando un elettrone assorbiva un quanto di luce (chiamato fotone, dal greco phòs=φῶς, che significa luce), saltava da un’orbita bassa a una più alta, mentre lo emetteva per saltare da un’orbita alta a una più bassa (Figura 2). Nel 1885, Jakob […]

Astrocuriosità | luglio 2025 – Tra scienza e fantascienza: Wormholes

La curiosità del mese a cura di Gabriele Ghisellini Che cos’è un wormhole? È un “ponte” che connette due punti lontani dello spazio, in modo da avvicinarli. Per la fantascienza è una manna, ma sono realistici? Non lo sappiamo ancora.  La loro storia comincia nel 1916, pochi mesi dopo la pubblicazione della relatività generale, l’austriaco Ludwig Flamm trova e pubblica una soluzione particolare della relatività generale che ha la caratteristica di connettere due punti lontani dello spazio. Dopo 19 anni, nel 1935, la stessa soluzione viene trovata da Einstein e un suo collaboratore, Nathan Rosen. Per John Archibald Wheeler la denominazione “ponti (o cunicoli) spaziotemporali di Einstein-Rosen è troppo lunga, e da quel grande battezzatore di fenomeni fisici quale è, si inventa il nome di “wormhole”: letteralmente buco di verme. Il nome, come tutti i suoi precedenti nomignoli, risulta immediatamente accattivante, anche perché cattura l’essenza del fenomeno, immaginando un verme su una mela, che invece di camminare sulla sua superficie, scava un tunnel all’interno della mela stessa, per andare da un estremo all’altro. Ma lo stesso Archibald Wheeler scopre un problema serio: i wormhole non sono stabili. Pensando agli wormhole come a due “imbuti” spaziali connessi alla loro estremità, in modo da formare un tunnel, si ha che il tempo per cui il tunnel può rimanere connesso è molto minore del tempo che la luce ci mette ad attraversarlo. Passato questo tempo rapidissimo, i due “imbuti” si staccano. In questo caso non sarebbe possibile a nessuno di attraversarli: addio fantascienza. Questa era la situazione quando Kip Thorne si trovava in viaggio in macchina tra Pasadena, dove lavorava al CalTech, e Santa Cruz, dove suo figlio stava per discutere la tesi di dottorato. Era insieme alla sua ex moglie Linda e all’altro figlio. Guidava Linda perché lui aveva appena ricevuto un […]

Astrocuriosità | giugno 2025 – Raggi X allo specchio: II puntata – L’indice di rifrazione più pazzo del mondo

La curiosità del mese a cura di Daniele Spiga Prosegue la serie introduttiva all’ottica dei raggi X, parte del progetto AOX (P.I. Marta Civitani, INAF-Brera) finanziato da ASI per lo sviluppo di ottiche monolitiche per raggi X in vetro sottile. Bene: facciamo un bel respiro… e soffermiamoci un momento sull’interazione dei raggi X con la materia, cosa che cercheremo di fare senza formule e matematica (che è un po’ come cercare di ricostruire la storia dell’antico Egitto senza conoscere i geroglifici, ma ci proviamo lo stesso). Nella puntata precedente, dedicata al fenomeno della riflessione totale che rende possibile realizzare specchi per telescopi a raggi X, avevamo visto che questa dipendeva dal fatto che l’indice di rifrazione di tutti i materiali nei raggi X fosse minore di 1, pur discostandosene di pochissimo. E avevamo lasciato in sospeso due “piccole” domande: Iniziamo dalla prima domanda, cercando di rappresentare quello che accade quando un’onda elettromagnetica attraversa la materia, e cerchiamo in particolare di capire perché deve modificare la propria velocità.             Le onde elettromagnetiche sono oscillazioni di campi elettrici e magnetici che si sostengono a vicenda, mentre si propagano attraverso lo spazio e il tempo. Consideriamo dapprima il tipo più semplice possibile di onda, composta da una sola frequenza: questo tipo di onda, perfettamente periodica e infinitamente estesa (Figura 2), è detta sinusoidale (per via del suo profilo) o monocromatica (perché, nella luce visibile, una singola frequenza corrisponde a un solo colore, Figura 3). Definire la sua velocità non è immediato come lo sarebbe definire la velocità di una palla, in quanto un’onda non ha una posizione definita nello spazio. Però, un’onda presenta pur sempre delle creste: se seguiamo lo spostamento di una qualunque di esse nel tempo (Figura 4), possiamo misurare facilmente la loro velocità. Oppure, potremmo misurare la velocità con cui […]

Astrocuriosità | maggio 2025 – Il modello di Ising: le basi fisiche delle reti neurali

La curiosità del mese a cura di Gianluigi Filippelli Il modello di Ising: le basi fisiche delle reti neuraliIl premio Nobel per la Fisica 2024 è stato assegnato a John Hopfield e Geoffrey Hinton “per le fondamentali scoperte e invenzioni che hanno permesso alle macchine di imparare attraverso reti neurali artificiali.” In particolare il fisico teorico John Hopfield, dopo aver modellizzato il comportamento cooperativo dell’emogoblina, ha lavorato su un modello che si è rivelato piuttosto versatile, applicandolo al funzionamento di una memoria. Il modello, che, come vedremo, fu sviluppato in un altro ambito, è ilcosiddetto modello di Ising. Catene di spinIl modello venne realizzato da Wilhelm Lenz, che successivamente lo assegnò al suo studente Ernst Ising, da cui il nome. Quest’ultimo, nel 1924, trovò una soluzione completa nel caso monodimensionale, descritta nella sua tesi. La struttura del modello, che riprende la matematica delle reti, è abbastanza semplice. Il modello matematico, infatti, descrive una catena di spin in cui troviamo un termine relativo all’interazione elettromagnetica tra due diversi spin e un termine che rappresenta una perturbazione esterna.Quest’ultima, nel caso più generale, varia da nodo a nodo. Nel caso monodimensionale, il modello non presenta alcuna transizione di fase, cosa che invece avviene a dimensioni superiori. Non siamo, però, quiper tracciare una storia completa del modello: basti sapere che ha avuto diverse applicazioni, anche fuori dalla fisica: nello studio del magnetismo, della dinamica dei gas, per descrivere, come “detto”, catene e reticoli di spin, nella descrizione delle transizioni di fase quantistiche, nelle neuroscienze e nello sviluppo delle reti neurali. Il modello di Hopfield e AmariIl primo uso in tal senso risale al 1972 quando l’ingegnere matematico Shun’ichi Amari modificò opportunamente il modello di Ising per descrivere il funzionamento di una memoria. Cosa che fece 10 anni più tardi anche Hopfield. Dal punto di […]

Astrocuriosità | aprile 2025 – Gregorio Ricci Curbastro

La curiosità del mese a cura di Luigi Foschini Quest’anno ricorre il centenario della morte di Gregorio Ricci Curbastro, il matematico italiano che ha inventato il calcolo tensoriale, che è la lingua usata da Albert Einstein per formulare la teoria della relatività generale. Nel 1912, Albert Einstein stava lavorando allo sviluppo della teoria della relatività generale, incontrando grandi difficoltà nella matematica. Chiese aiuto al suo amico Marcel Grossmann, un matematico, che gli suggerì la lettura di un articolo di Gregorio Ricci Curbastro e Tullio Levi-Civita, pubblicato nel 1900 sui Matematische Annalen. Nella figura 1 è mostrata l’equazione del campo gravitazionale. Non è questa la sede per una spiegazione dettagliata dei simboli impiegati. Qui è sufficiente notare che la parte a sinistra dell’uguale indica la geometria dello spaziotempo, mentre quella a destra rappresenta la materia-energia. Il significato fisico dell’equazione si può riassumere nel fatto che la materia-energia opera sullo spaziotempo dicendogli come curvarsi, mentre lo spaziotempo opera sulla materia-energia dicendole come muoversi. Le lettere che hanno per pedici delle lettere greche sono degli enti matematici chiamati tensori, quelli inventati da Ricci Curbastro. In particolare, quello indicato con Rμν è il tensore di curvatura o tensore di Ricci (Curbastro), chiamato così proprio in onore del matematico italiano. I Ricci Curbastro sono un’antica e nobile famiglia originaria di Lugo di Romagna, in provincia di Ravenna. Oggi, Lugo è un comune di poco più di 32000 abitanti, situato nella Bassa Romagna settentrionale, a circa 30 km da Ravenna, ~60 km da Bologna e ~20 km dal confine con la provincia di Ferrara. I Ricci Curbastro sono uno dei tanti rami della più ampia casata dei Ricci, di cui si hanno testimonianze sin dal XIII secolo. L’aggiunta di un secondo cognome iniziò a comparire nel XVI secolo per facilitare la suddivisione dei beni tra i […]

Astrocuriosità | marzo 2025 – Un neutrino campione del mondo

La curiosità del mese a cura di Gabriele Ghisellini Quasi esattamente due anni fa, il 13 febbraio del 2023, nelle profondità del mare nello stretto di Sicilia, al largo di Capo Passero, avvenne un evento straordinario. A quel tempo si stava costruendo uno dei più grandi strumenti per rivelare le particelle più elusive: i neutrini. Si era già costruito circa un decimo dell’intero strumento, ma i rivelatori presenti erano già in funzione e operativi. E improvvisamente segnalarono il passaggio proprio di un neutrino. E la cosa straordinaria fu che era il neutrino più energetico mai visto, circa trenta volte di più del più energetico visto fino a quel momento. Ma cosa sono i neutrini? Sono il prodotto del decadimento di particelle più grandi, come i neutroni. Infatti, furono ipotizzati proprio perché quando un neutrone cambia identità e diventa un protone, emette un elettrone, e produce dell’energia. Che però non è sufficiente a far quadrare i conti: l’energia totale misurata (energia di massa dell’elettrone più la sua energia di moto) non combaciava con la differenza di energia del neutrone e del protone: doveva esserci dell’altro. Niels Bohr si spinse a proporre che l’energia, in questo processo, non era conservata (addirittura!). Wolfang Pauli invece ipotizzò nel 1930 che l’energia mancante era sottoforma di una nuova particella, non ancora scoperta, che chiamò neutrone. Ma nel 1932 James Chadwick scoprì che quello che viene chiamato ancora oggi neutrone era associato a una particella neutra con una massa leggermente maggiore di quella di un protone, che non poteva essere la particella proposta da Pauli. La misteriosa particella di Pauli fu battezzata neutrino da Enrico Fermi, che elaborò anche la teoria che spiegava il decadimento del neutrone, ipotizzando l’esistenza di una nuova forza, la forza debole. Scrisse un articolo e lo inviò alla rivista Nature che […]

Astrocuriosità | febbraio 2025 – Raggi X allo specchio: I puntata – Riflessione totale

La curiosità del mese a cura di Daniele Spiga Questa astrocuriosità, prima di una serie introduttiva all’ottica dei raggi X, è parte del progetto AOX (P.I. Marta Civitani, INAF-Brera) finanziato da ASI per lo sviluppo di ottiche monolitiche per raggi X in vetro sottile. I puntata: riflessione totale “Avere la vista a raggi X”. Avete già sentito questa espressione? Di solito fa riferimento alla capacità presunta che delle persone possano vedere oggetti nascosti da uno schermo, oppure all’interno del corpo umano. Capacità che i raggi X possiedono – come notò il loro scopritore W. Röntgen nel 1895 – in quanto riescono a penetrare la materia a bassa densità come i nostri tessuti molli, mentre vengono assorbiti dai nostri tessuti più densi come le ossa oppure dai metalli (Figura 1). A questo punto, l’ombra dei raggi X può impressionare una lastra fotografica (o, dagli anni ’90 in poi, una CCD) descrivendo con precisione sbalorditiva l’interno del nostro corpo in maniera totalmente indolore e non invasiva. Ed ecco fatta una radiografia. Ma (forse lo sospettavate) i nostri occhi non sono fisicamente in grado di percepire i raggi X direttamente. E nemmeno viviamo in un ambiente naturale dove i raggi X sono presenti ad alte dosi; per produrli, servono dei dispositivi artificiali nemmeno troppo complessi, come il classico tubo a raggi X che vediamo ogni volta che andiamo dal dentista (ma basta anche solo srotolare un nastro adesivo). Ci sarebbe anche la radioattività ambientale, ma è normalmente a livelli così bassi che ci viviamo tranquillamente in mezzo senza accorgercene. Ma anche così, i raggi X percorrono al massimo pochi metri in aria prima di ionizzare una molecola d’aria, ed esserne così assorbiti. Quindi, mi spiace per i supereroi e i millantatori di superpoteri inesistenti, ma di possedere una vista a raggi X proprio […]

Astrocuriosità | gennaio 2025 – Da Ultima Thule ad Arrokoth: sulle note del treno di Sir Brian May

La curiosità del mese a cura di Gianluigi Filippelli Il 19 gennaio del 2006 veniva lanciata nello spazio la sonda della NASA New Horizons. La sua missione: raggiungere gli estremi più lontani del Sistema Solare, Plutone e Caronte, e quindi “immergersi” dentro la fascia di Kuiper. Quel lancio non si può rivedere solo nei video pubblicati dalla NASA o dai divulgatori astronomici sui loro canali social, ma anche in un video musicale piuttosto particolare. Il video di una canzone rock composta da una delle icone del genere: Brian May. La scoperta di PlutonePlutone venne scoperto il 18 febbraio del 1930 da Clyde Tombaugh mentre era ospite del Lowell Observatory. Questo istituto era intitolato a Percival Lowell, le cui strade si erano da lontano incrociate con il nostro Giovanni Schiaparelli in occasione della famosa discussione sui canali di Marte. Lowell, tra le sue tante idee, aveva anche suggerito l’esistenza di un pianeta X oltre l’orbita di Nettuno. E probabilmente dedicò a esso una delle tante conferenze divulgative che realizzava presso il Ladd Observatory. Tra i suoi fan, però, ce n’era uno piuttosto particolare: Howard Phillips Lovecraft. All’epoca, stiamo parlando del 1903, il futuro scrittore di punta di Weird Fantasy, frequentava il Ladd Observatory non solo per assisterealle conferenze di astronomi come Lowell, ma anche con la voglia di diventare egli stesso un astronomo. E fu con questo spirito che inviò allo Scientific American una lettera in cui metteva in fila una serie di prove adimostrazione dell’esistenza di un pianeta trans-nettuniano: era il 16 luglio del 1906. Come sanno tutti gli appassionati di letteratura horror, Lovecraft non divenne mai un astronomo, ma quell’idea lì è probabilmente sfociata nella creazione del pianeta Yuggoth, citato nel racconto Colui che sussurrava nelle tenebre. Quando però New Horizons superò Plutone e Caronte per inoltrarsi nella fascia […]

Astrocuriosità | dicembre 2024 – Zibaldone astronomico

La curiosità del mese a cura di Luigi Foschini Dicembre è per tradizione un mese leggero, ricco di feste e di bilanci. Pertanto, ho pensato di scrivere queste note con la leggerezza dello spirito natalizio. Non c’è un tema in particolare, ma una piccola raccolta di fatti curiosi legati all’astronomia. L’astronomia è una scienza che si basa sulla raccolta di luce da oggetti cosmici. Studiando ed elaborando la radiazione luminosa è possibile dire qualcosa a proposito di stelle e galassie. La luminosità è quindi una quantità fondamentale in astronomia e i telescopi sono progettati per raccogliere ogni singolo fotone proveniente da oggetti sempre più lontani e deboli. Ma vi siete mai chiesti quanto è luminoso un essere umano? Qualunque corpo fisico dotato di una temperatura emette radiazione elettromagnetica. Pensate, per esempio, al metallo che diventa incandescente quando supera la temperatura di ~525°C. A questa temperatura, la radiazione è visibile dall’occhio umano, mentre per temperature inferiori, la radiazione si sposta a lunghezze d’onda maggiori, verso l’infrarosso, invisibile ai nostri occhi e per cui occorrono appositi strumenti. La temperatura del corpo umano sano è di circa 37°C, per cui noi emettiamo radiazione infrarossa (Fig. 1). Il calore è generato dal nostro metabolismo basale, ovvero mangiamo per rifornirci di energia che alimenta i nostri organi. Tanto per avere un’idea e considerando i valori medi della popolazione italiana, un maschio ha bisogno di circa 1700 kcal/giorno (l’equivalente di circa 315 g di Nutella), mentre per una femmina sono sufficienti 1293 kcal/giorno (ovvero circa 240 g della gustosa crema al cioccolato). Per calcolare la luminosità di un essere umano, bisogna usare la legge di Stefan-Boltzmann, secondo cui tale quantità è legata alla temperatura e all’area della superficie emittente. La temperatura già la conosciamo (37°C), ma dobbiamo convertirla in gradi Kelvin, ovvero in temperatura assoluta. Sapendo […]