Galassie scomposte

Attività didattica progettata da Mattia Merola e Leonardo De Deo durante il corso “Designing multi-sensory public engagement activities” nel 2026.

Breve descrizione dell’attività

Nella cucina contemporanea, scomporre un piatto nei suoi elementi è un’esperienza raffinata. Anche nella scienza accade qualcosa di simile: per comprendere davvero una galassia, dobbiamo separarne e riconoscerne le componenti, tra segnali luminosi che si sovrappongono e strumenti che possono ingannarci. In questo laboratorio, utilizzeremo i nostri sensi per scoprire quanto la realtà sia complessa, e quanto i nostri strumenti siano preziosi, ma limitati. Scomporre una galassia, proprio come un piatto, è il modo migliore per “gustarla” davvero.

 

Il laboratorio si propone di far entrare in confidenza con il concetto di scomposizione di un oggetto/odore/suono nelle sue componenti e di come il rumore di fondo possa influire negativamente su questo obiettivo. Per farlo i partecipanti verranno guidati attraverso una serie di giochi che coinvolgeranno i 4 sensi, con una difficoltà crescente ad ogni tappa.

 

Materiale necessario

Olfatto

• [1] varie spezie (caffè, salvia, basilico, rosmarino, arancia) 
• [2] barattolo di vetro, rivestito con scotch per non far vedere al suo interno

 

Udito

• [3] tracce audio con diversi oggetti percossi, e con diverse intensità del phon in sottofondo (richiedere il link agli autori)
• [4] Un qualunque amplificatore (es. cassa Bluetooth)
• [5] delle bacchette di legno/metallo (es. per il sushi, o per la batteria)
• [6] un pallone 
• [7] una borraccia
• [8] un mazzo di chiavi
• [9] una scatola di latta
• [10] una scatola di cartone

 

Tatto

• [11] telo/i di stoffa spessa 
• [12] asciugamano 
• [13] busta 
• [14] pallina da tennis
• [15] limone
• [16] piatto
• [17] tappo circolare
• [18] astuccio 
• [19] pennarello

 

 

Vista

• [20] file con immagini di galassie a diverse risoluzioni(disponibili a questo link)
• [21] mappa tattile della galassia M109 [necessaria solo in presenza di utenti non vedenti]
• [22] due pezzi di tessuto con diverso spessore/consistenza
• [23] foglio di alluminio

  

   

Da avere PRIMA del laboratorio 

In questa cartella drive (link qui) sono disponibili 2 cartelle: una per gli audio e una per le slide. In particolare, in ogni cartella si troveranno:

• [3] 5 tracce audio con diverse intensità del phon (disponibili a questo link). In particolare, in questa cartella “audio” saranno presenti 5 audio: “solo rumore”, con solamente il rumore del phon; “rumore massimo”, con il phon al massimo; “rumore medio”, con il phon più basso; “rumore nullo”, con il phon spento, e solo con gli oggetti. È stato inoltre creato un quinto audio, “rumore massimo mega”, nel caso “rumore massimo” sia considerabile troppo semplice, e troppi oggetti siano distinguibili dall’inizio.

• [20] Immagini di galassie (disponibili a questo link). All’interno vi sono 4 galassie con diverse morfologie, e con diversi livelli di sfocatura. Potete scegliere voi se far visualizzare queste foto, e in caso quali far visualizzare.

 

Preparazione dell’attività

Vi sono varie stazioni da preparare, ognuna corrispondente a un senso. 

“Stazione Olfatto” Preparare il/i contenitore/i nero/i [2] con dentro le 3 spezie mischiate [1]; ad esempio: caffè, salvia, arancia. Controllare quanto gli odori persistono, per evitare che poi siano troppo deboli. 

Preparare inoltre le varie spezie [1] singolarmente (il numero dipende dalla difficoltà che si vuole dare a questa fase, ma minimo 4), tra cui le 3 spezie contenute nel contenitore nero, che i partecipanti dovranno distinguere e identificare.

“Stazione Udito” Preparare un computer/telefono attaccato a una cassa portatile per far sentire le tracce audio scaricate precedentemente [3]. Inoltre, disporre su un tavolo (raggiungibile dai partecipanti) i bastoncini/bacchette [5], il pallone [6], la borraccia [7], le chiavi [8], la scatola di latta [9], la scatola di cartone [10] (o altri oggetti se si vuole, come prima dipende dalla difficoltà che si vuole dare).

“Stazione Tatto” Prendere la busta [13] e riempirla con i vari oggetti, di diversa misura, che rappresenteranno bulge, disco e barra della galassia: la pallina da tennis [14], il limone [15], il piatto [16], il tappo [17], l’astuccio [18], il pennarello [19]. La busta poi dovrà essere avvolta in un asciugamano [12] e poi in un telo più spesso [11] (come se fosse una pignatta). In questa fase non vi saranno oggetti all’esterno, ma dovranno indovinarli tutti loro!

“Stazione Vista” preparare un computer/proiettore con le immagini [20] scaricate da mostrare ai partecipanti, e la mappa tattile [21] con i due pezzi di tessuto [22] e un foglio di alluminio [23].

 

Descrizione dell’attività 

Il gruppo di partecipanti inizia la sua esperienza nella “Stazione Olfatto”. Offrire ai partecipanti il contenitore nero (o i contenitori neri) per far annusare a turno quello che c’è dentro, controllando che non sbircino. Dire loro che sono presenti 3 spezie (si può anche ometterne il numero se si vuole rendere più difficile). Poi, fornire le altre spezie (di cui invece si sa i nomi) ai partecipanti, che potranno annusarle singolarmente. Dunque, parlando anche tra di loro, i partecipanti dovranno indovinare quali sono le spezie presenti nel contenitore. Una volta che hanno indovinato, spiegare brevemente che anche se le spezie sono mischiate, e l’odore che ci arriva è unico, è possibile distinguere l’odore delle singole spezie che compongono la nostra miscela. 

 

Passare poi alla “Stazione Udito”. Presentare il gioco, dicendo che saranno fatti sentire degli audio, e che i partecipanti dovranno riconoscere gli oggetti presenti in quest’audio. Gli oggetti, come detto prima, saranno disposti a terra davanti a loro, e loro li potranno scuotere, farli rimbalzare, o percuotere, così da cercare di capire quali sono gli oggetti nell’audio. Spiegare che però, a differenza dell’olfatto, ora vi è una difficoltà in più: un “rumore di fondo”. In particolare un phon di sottofondo (far sentire la traccia audio del suono del phon) coprirà parzialmente gli altri suoni. Le tracce audio sono 3, e l’intensità del suono del phon andrà diminuendo di audio in audio. Le tracce saranno fatte sentire una alla volta, da quella più “disturbata” a quella più “limpida”: ci aspettiamo che i partecipanti, diminuendo il rumore di fondo, riescano ogni volta a percepire un nuovo suono che precedentemente non riuscivano a distinguere. Una volta che li avranno indovinati tutti, spiegare brevemente che il rumore di fondo, se troppo grande, può impedirci di sentire dei rumori più flebili.

 

Passare poi alla “Stazione Tatto”. A turno, porgere ai partecipanti la pignatta (ora avvolta con tutti gli strati, i.e. stoffa, asciugamano e busta) tenendola dall’alto proprio come una pignatta. I partecipanti dovranno toccarla e indovinare cosa c’è dentro. Rimuovere poi la stoffa e lasciare gli altri due strati, e ripetere l’esperimento. Infine, fare la stessa cosa con solo la busta. Ci aspettiamo che, man mano che gli strati superficiali vengono rimossi, sempre più oggetti e dettagli debbano essere individuati. Spiegare brevemente che quello che faceva il phon prima, ora lo fanno i vari strati di tessuto: essi aumentano il “rumore” di fondo, che rende più complicato per noi distinguere gli oggetti. Inoltre, far notare come, a differenza delle attività precedenti, non c’era alcun riferimento davanti a loro, e la natura degli oggetti doveva essere svelata dalle sole informazioni sensoriali a disposizione.

 

Passare infine alla “Stazione Vista”. Spiegare che astronomi e astronome fanno una cosa piuttosto simile quando osservano le galassie in cielo. Chiedere cosa è una galassia, accogliere risposte e poi dare una breve definizione senza scendere nei dettagli. Spiegare che le galassie hanno componenti fatte di stelle che possono assumere diverse forme, ma che spesso i telescopi a disposizione non sono in grado di cogliere questi dettagli. Far vedere la prima immagine [20], e spiegare che questa è stata fatta con un piccolo telescopio (e.g. nel cortile di casa). Chiedere secondo loro cosa vedono, probabilmente diranno una sfera. Magari si può prendere in mano gli oggetti che erano presenti nella busta. Dire poi che la successiva immagine è stata realizzata da un telescopio più grande (e.g. in osservatorio), farla vedere, e chiedere cosa vedono di diverso. Probabilmente, intuiranno la presenza di un disco esterno e di una palla centrale. Far notare l’analogia con le forme individuate nell’esperimento precedente, mostrando – ad esempio – la palla da tennis e il piatto. Poi, dire che l’immagine successiva è stata osservata da un telescopio ancora più potente (e.g. nello spazio), che riesce ad osservare il Cosmo ancora meglio perché la luce non viene distorta dall’atmosfera terrestre. Far vedere l’ultima immagine, dove anche la barra è presente. Spiegare che il miglioramento degli strumenti è analogo alla rimozione degli strati, e alla riduzione del rumore del phon. Questi “strati”, in astronomia, si definiscono come “rumore”: man mano che il rumore diminuisce, si possono evincere dei dettagli sempre più precisi delle galassie, e studiarle più in profondità! Se c’è tempo, si può poi ripetere la stessa cosa con una galassia ellittica (seconda serie di immagini). Probabilmente, alla prima foto diranno “bulge, disco, barra, bracci”, ma non è così! Far vedere che, alla diminuzione del rumore, la galassia rimane sferica e senza caratteristiche morfologiche peculiari. Quindi: non lasciarsi ingannare, e non immaginiamoci dettagli che non esistono!

 

NOTA: 

L’ultima stazione, ovvero quella della vista, può essere anche sostituita (o accompagnata) da una parte tattile nell’eventualità in cui siano presenti partecipanti ipovedenti. In quel caso, disporre sul tavolo la mappa tattile della galassia M109 [21], e porre lo strato di alluminio sopra [23] (senza far vedere ai partecipanti la mappa tattile sotto). Far toccare poi la mappa coperta dallo strato di alluminio ai partecipanti, uno alla volta. In questo caso ci aspettiamo che pochi dettagli saranno riconoscibili. Poi, togliere lo strato di alluminio, e utilizzare i due pezzi di tessuto con diverso spessore e consistenza [22], e ripetere lo stesso procedimento per ogni strato. Infine, far toccare la mappa tattile senza nessuno strato. La similitudine ovviamente è analoga alla precedente: più lo strato è spesso (o più l’immagine è sfuocata, o più il telescopio è piccolo), meno dettagli riesco a evincere. Mano a mano che gli strati si assottigliano (o l’immagine va a fuoco, o il telescopio aumenta di dimensione), si riesce invece a percepire sempre più dettagli. Citare infine l’analogia tra gli “strati” e il “rumore”, e ricollegarsi a tutte le esperienze precedenti.

 

 

Descrizione del processo fisico

Una galassia è un insieme di stelle, raggruppate in ammassi di centinaia o migliaia, gas e polvere (che forma il mezzo interstellare), legati reciprocamente dalla sola forza di gravità. Sono gli oggetti più numerosi nell’universo osservabile e hanno dimensioni estremamente variabili. Le galassie sono state categorizzate secondo la loro forma apparente in tre tipologie principali: ellittiche, a spirale e irregolari.

Quando osserviamo una galassia al telescopio (da terra o dallo spazio), ciò che registriamo è la distribuzione della luce che arriva fino ai nostri strumenti. Questa luce è il risultato della sovrapposizione di diverse componenti: il bulge centrale, il disco, eventuali bracci a spirale, barre e altre strutture più deboli.

Tutte queste contribuiscono insieme all’immagine finale, rendendo non immediata l’identificazione delle singole parti. La decomposizione fotometrica è la tecnica che permette agli astronomi di separare queste componenti dall’analisi della luce che emettono. In pratica, si costruiscono modelli matematici che descrivono come ciascuna parte della galassia emette luce: ad esempio, il bulge è più luminoso verso il centro e meno ai bordi, mentre il disco ha una distribuzione più omogenea. Questi modelli vengono poi combinati e confrontati con l’immagine osservata dai telescopi, fino a trovare la combinazione che meglio riproduce i dati. In questo modo, è possibile “scomporre” la galassia e studiarne le caratteristiche fisiche come dimensione, forma, luminosità delle diverse componenti e così via; tali caratteristiche sono fortemente legate alla sua storia, e sono dunque utili a tracciare l’evoluzione delle galassie nel cosmo.

Tuttavia, questo processo è reso più complesso dalla presenza del rumore. In astronomia, il rumore è qualsiasi contributo indesiderato che si sovrappone al segnale reale. Può avere diverse origini, ad esempio:

• limiti intrinseci degli strumenti (es. sensori, elettronica);
• luce di fondo del cielo (atmosfera terrestre, o luce diffusa nello spazio);
• fluttuazioni statistiche nella raccolta dei fotoni (rumore di conteggio);
• effetti di distorsione introdotti dall’atmosfera o dall’ottica del telescopio.

Il rumore agisce “mascherando” i dettagli più deboli: strutture poco luminose possono diventare difficili da distinguere o addirittura invisibili. Per questo motivo, la qualità di un’osservazione dipende fortemente dal rapporto tra segnale e rumore, ossia quanto il segnale della galassia è più intenso rispetto al rumore di fondo.

Migliorare questo rapporto – ad esempio con telescopi più grandi, tempi di esposizione più lunghi o strumenti più sensibili – permette di rivelare dettagli sempre più fini. Di conseguenza, anche la decomposizione fotometrica diventa più accurata, consentendo di separare meglio le componenti della galassia e di ottenere una descrizione più fedele della sua struttura.

In sintesi, studiare una galassia significa interpretare una combinazione complessa di segnali luminosi, cercando di separare ciò che è reale da ciò che è “disturbo”: un processo in cui strumenti, modelli e qualità dei dati giocano un ruolo fondamentale.

Di seguito, un’immagine presa dal NASA/ESA Hubble Space Telescope che ritrae NGC 3783, una galassia spirale barrata distante circa 130 milioni di anni luce. Da questa immagine si possono vedere il bulge centrale, piccolo e concentrato, la barra orizzontale – sottile ma comunque visibile – che taglia il bulge e si attacca al disco esterno, e il disco di stelle esterno dove sono presenti anche i bracci di spirale. È inoltre visibile un effetto di “contaminazione” luminosa dovuto ad una stella che si trova nella nostra galassia, lungo la linea di osservazione.