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Immagine tratta dal trailer ufficiale. Crediti: Inaf

Aurore boreali, meteore e meteoriti, comete e rifiuti spaziali: queste le esperienze in realtà aumentata che è possibile sperimentare con la nuova applicazione di Sorvegliati spaziali, progetto di divulgazione dell’Inaf dedicato alla difesa planetaria. Se avete sempre sognato di poter osservare – a distanza di sicurezza – l’impatto di un asteroide, o di poter ammirare l’aurora boreale in qualsiasi periodo dell’anno, la nuova applicazione targata Inaf fa al caso vostro.

Sorvegliati spaziali è un progetto che nasce da un’idea di Daria Guidetti dell’Inaf di Bologna nel 2021, sviluppato insieme a ricercatrici e ricercatori dell’Inaf in collaborazione con l’azienda Demarka. A oggi, il progetto si avvale di un sito web costantemente aggiornato e costellato di video, infografiche notizie, recensioni che riguardano lo studio di eventi celesti che potrebbero avere effetti sulla Terra, come possibili impatti di asteroidi e passaggi ravvicinati di comete, meteore e meteoriti, nonché di uno spettacolo teatrale per raccontare il lavoro delle donne e degli uomini pionieri delle ricerche sulla difesa planetaria.

L’app è stata presentata in anteprima alla Iaa Planetary Defense Conference, a Vienna, lo scorso aprile e poi proposta come laboratorio per il pubblico in occasione dell’Asteroid Day 2023 durante l’evento “Sorvegliati spaziali – Asteroidi fastidiosi e come affrontarli” presso la Biblioteca Salaborsa a Bologna (26 giugno – 2 luglio 2023). Da oggi è possibile scaricare l’app da App Store e Google Play per dispositivi iOS e Android, in maniera totalmente gratuita.

Attraverso l’uso di nuove tecnologie come la realtà aumentata è possibile accedere a contenuti aggiuntivi e approfondire le tematiche delle macro aree che compongono il progetto, in maniera coinvolgente e interattiva. «L’esperienza più divertente che si può fare con questa app», spiega Guidetti, «è quella di simulare l’arrivo di un asteroide nel proprio ambiente, con tanto di luce, esplosione, boato e ricerca delle meteoriti a terra. Ma anche quella della sezione meteorologia spaziale è molto bella: crea un’aurora colorata e cangiante e si può anche sentirne il suono grazie alla trasformazione in onde sonore di segnali radio emessi da un’aurora reale».

Per attivare l’esperienza, occorre installare l’applicazione “Sorvegliati spaziali” sul proprio dispositivo mobile e selezionare dal menù la voce “Esplora in Ar”. Se si possiede la brochure ufficiale del progetto, selezionare la voce “con brochure”, altrimenti proseguire cliccando su “senza brochure”. «Consiglio di provare tutte le esperienze», conclude Guidetti, «e di farsi scattare delle fotografie mentre si è immersi nel fenomeno astronomico per condividerle con gli amici, magari usando l’hashtag #sorvegliatispaziali. E rimanere aggiornati sul progetto: infatti, l’esperienza dell’app non finisce così, c’è l’intenzione di migliorare ed espandere alcune delle esperienze»

Guarda il trailer del lancio dell’app di Sorvegliati spaziali:

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Questa rappresentazione artistica mostra l’intero cielo dei raggi gamma con cerchi magenta che illustrano l’incertezza nella direzione da cui sembrano arrivare più raggi gamma ad alta energia della media. In questa vista, il piano della nostra galassia attraversa il centro della mappa. I cerchi racchiudono regioni con una probabilità del 68% (all’interno) e del 95% di contenere l’origine di questi raggi gamma. Crediti: Goddard Space Flight Center della Nasa

Analizzando 13 anni di dati del telescopio spaziale a raggi gamma Fermi della Nasa, gli astronomi hanno scoperto qualcosa di inaspettato e ancora inspiegabile, al di fuori della Galassia: un segnale in una direzione simile e con una ampiezza quasi identica a un’altra caratteristica attualmente inspiegabile, quella prodotta da alcune delle particelle cosmiche più energetiche mai rilevate.

«Abbiamo trovato un segnale molto più forte di quello che stavamo cercando, e in una parte diversa del cielo», dichiara Alexander Kashlinsky, cosmologo dell’Università del Maryland e del Goddard Space Flight Center, che ha presentato la scoperta al 243° meeting dell’American Astronomical Society a New Orleans. Lo studio è stato pubblicato su The Astrophysical Journal Letters il 10 gennaio.

La scoperta, come sottolinea Kashlinsky, è stata del tutto fortuita. Il team era alla ricerca di una caratteristica dei raggi gamma analoga a quella rilevata nel fondo cosmico a microonde (Cmb), la luce più antica dell’universo. Si ritiene che il Cmb si sia originato quando l’universo in espansione si è raffreddato abbastanza da formare i primi atomi, un evento questo che ha permesso alla luce di “svincolarsi” dalla materia e partire per il suo lungo viaggio, permeando il cosmo. Stirata dalla successiva espansione dello spazio negli ultimi 13 miliardi di anni, questa luce è stata rilevata per la prima volta nel 1965, sotto forma di una debole radiazione a microonde distribuita su tutto il cielo.

Negli anni ’70 gli astronomi si resero conto che il Cmb aveva una struttura a dipolo, che fu successivamente misurata con alta precisione dalla missione Cobe (Cosmic Background Explorer) della Nasa. Il Cmb è circa lo 0,12% più caldo della media verso la costellazione del Leone, e più freddo della stessa quantità nella direzione opposta. È ovvio che, per studiare le minuscole variazioni di temperatura del Cmb, dell’ordine del milionesimo di grado, questo segnale dipolare deve essere rimosso.

Gli astronomi ritengono che il pattern dipolare sia il risultato del movimento del Sistema solare rispetto al Cmb a circa 370 chilometri al secondo. Questo movimento dovrebbe dare origine a un segnale di dipolo nella luce proveniente da qualsiasi sorgente astrofisica, ma finora il Cmb è l’unico a essere stato misurato con precisione. «Una misurazione di questo tipo è importante perché un disaccordo con l’ampiezza e la direzione del dipolo Cmb potrebbe fornirci uno sguardo sui processi fisici che operano nell’universo primordiale», spiega il coautore Fernando Atrio-Barandela, professore di fisica teorica presso l’Università di Salamanca in Spagna.

Il team ha pensato che sommando molti anni di dati provenienti dallo strumento Lat (Large Area Telescope) di Fermi, che scansiona l’intero cielo molte volte al giorno, si sarebbe potuto rilevare un modello di emissione di dipolo correlato nei raggi gamma. Grazie agli effetti della relatività, il dipolo dei raggi gamma dovrebbe essere amplificato di ben cinque volte rispetto al Cmb attualmente rilevato.

Così, gli scienziati hanno combinato 13 anni di osservazioni del Fermi Lat di raggi gamma superiori a circa 3 miliardi di elettronvolt (GeV); per confronto, la luce visibile ha energie comprese tra circa 2 e 3 elettronvolt. Hanno rimosso tutte le sorgenti risolte e identificate e hanno eliminato il piano centrale della Via Lattea per analizzare il fondo extragalattico di raggi gamma.

«Abbiamo trovato un dipolo di raggi gamma, ma il suo picco si trova nel cielo meridionale, lontano dal Cmb, e la sua magnitudine è 10 volte superiore a quella che ci aspetteremmo dal nostro moto», riferisce il coautore Chris Shrader, astrofisico dell’Università Cattolica d’America a Washington e di Goddard. «Anche se non è quello che stavamo cercando, sospettiamo che possa essere collegato a una caratteristica simile segnalata per i raggi cosmici di più alta energia».

In alto: una mappa all-sky dei raggi gamma extragalattici in cui il piano della Galassia, mostrato in blu scuro dove i dati sono stati rimossi, attraversa il centro. Il punto e i cerchi rossi indicano la direzione approssimativa da cui sembrano arrivare più raggi gamma della media. In basso: un’analoga mappa all-sky che mostra la distribuzione dei raggi cosmici ad altissima energia rilevati dall’Osservatorio Pierre Auger in Argentina. Il rosso indica le direzioni da cui arriva un numero di particelle superiore alla media, il blu quelle con un numero di particelle inferiore alla media. Crediti: Kashlinsky et al. 2024 e Collaborazione Pierre Auger

I raggi cosmici sono particelle cariche accelerate, per lo più protoni e nuclei atomici. Le particelle più rare ed energetiche, chiamate Uhecr (ultrahigh-energy cosmic rays), trasportano più di un miliardo di volte l’energia dei raggi gamma a 3 GeV e la loro origine rimane uno dei più grandi misteri dell’astrofisica.

Dal 2017, l’Osservatorio Pierre Auger in Argentina ha segnalato un dipolo nella direzione di arrivo degli Uhecr. Essendo carichi elettricamente, i raggi cosmici vengono deviati dal campo magnetico della galassia in misura diversa a seconda della loro energia, ma il dipolo degli Uhecr raggiunge un picco in una posizione del cielo simile a quello che il team di Kashlinsky trova nei raggi gamma. Entrambi hanno grandezze sorprendentemente simili: circa il 7% in più di raggi gamma o particelle rispetto alla media che provengono da una direzione e quantità corrispondentemente minori che arrivano dalla direzione opposta.

Gli scienziati ritengono probabile che i due fenomeni siano collegati: forse, sorgenti non ancora identificate stanno producendo sia i raggi gamma, sia le particelle ad altissima energia. Per risolvere questo enigma cosmico, occorre individuare queste misteriose sorgenti oppure proporre spiegazioni alternative per entrambe le caratteristiche.

Per saperne di più:

• Leggi su The Astrophysical Journal Letters l’articolo “Probing the Dipole of the Diffuse Gamma-Ray Background” di A. Kashlinsky, F. Atrio-Barandela e C. S. Shrader

Oggetti dall’aspetto di asteroidi possono comunque diventare attivi per numerose ragioni. Questi oggetti sono noti come Centauri e possono presentare regioni di attività e generare code come le comete. Crediti: Pamela L.Gay/Psi

Se per la mitologia antica erano esseri ibridi – metà umani, metà animale – in astronomia i Centauri sono piccoli corpi simili agli asteroidi per dimensioni, ma alle comete per composizione. Sono ghiacciati per natura, provengono dalla fascia di Kuiper – là dove orbitano i piccoli corpi al di là di Nettuno – e trascorrono la maggior parte della loro vita nelle regioni lontane del Sistema solare, dove l’ambiente è troppo freddo perché l’acqua e gli altri ghiacci possano sublimare. In pratica, sono dei corpi celesti in congelatore. Ma, allora, come fanno alcuni di loro ad assumere l’aspetto di brillanti comete?

Questa è la domanda a cui ha provato a rispondere il gruppo di ricerca internazionale guidato dal Planetary Science Institute con uno studio pubblicato dieci giorni fa su The Astrophysical Journal Letters. «Abbiamo trovato alcune risposte all’annoso mistero del perché alcuni Centauri sono diventati attivi come comete mentre gli altri appaiono tranquilli, come normali asteroidi», dice Eva Lilly del Planetary Science Institute, autrice principale della ricerca. «Nessuno sapeva perché si comportassero così. Non aveva alcun senso. Non c£era alcuna correlazione con le dimensioni, il colore e nemmeno con i tipi di orbite descritte».

Lo studio condotto su 39 Centauri attivi e 17 comete della famiglia di Giove (Jupiter Family Comets, Jfc) ha rivelato caratteristiche sorprendenti. Concentrandosi sugli ultimi cambiamenti orbitali come possibili “inneschi” di attività cometaria, il team di ricerca ha identificato un elemento comune ricorrente nelle passate dinamiche di tutti i corpi celesti analizzati. «Nel nostro lavoro abbiamo studiato la storia dinamica di tutti i Centauri conosciuti, sia attivi che inattivi, e abbiamo abbinato le nostre scoperte alla modellazione termica», hanno spiegato gli autori. «Eravamo interessati a trovare un qualche tipo di schema comune ai Centauri attivi che, però, mancasse ai corpi inattivi della popolazione».

Mappare la storia dinamica dei Centauri è un’impresa complessa, poiché questi asteroidi orbitano nel regno dei pianeti giganti e la loro evoluzione orbitale è governata dall’influenza caotica dell’attrazione gravitazionale di tali pianeti. «Abbiamo utilizzato un integratore numerico, un codice che ci consente di prevedere l’evoluzione dell’orbita di un corpo celeste», spiega Lilly. «Per i Centauri, possiamo conoscere l’orbita solo per un breve periodo di tempo – in genere, diverse centinaia di anni – dopo il quale il caos rende le previsioni imprecise».

Rappresentazione grafica del Sistema solare esterno (cliccare per ingrandire). Il Sole è il punto giallo al centro; sono rappresentate le orbite di Giove, Saturno, Urano e Nettuno. I triangoli arancioni sono gli asteroidi Centauri, i cerchi bianchi sono i Plutini, quelli rossi sono oggetti della Fascia di Kuiper e i quadrati rappresentano le comete. Crediti: Minor Planet Center

Grazie a questo modello, il team di ricerca ha scoperto che tutti i Centauri attivi hanno, nel tempo, subito un incontro ravvicinato con Giove o Saturno e che questo incontro ha causato un grande e repentino cambiamento orbitale, caratterizzato da una brusca diminuzione della lunghezza del semiasse maggiore dell’orbita ellittica. «Abbiamo chiamato questa variazione orbitale a-jump. In pratica», continua Lily, «sarebbe una diminuzione del semiasse maggiore dell’orbita del Centauro, che allo stesso tempo si rimodella passando da un’orbita ellittica a un’orbita più circolare, con un perielio minore. Questo cambiamento è molto rapido, dell’ordine di diversi mesi, e il semiasse maggiore può diminuire di diverse unità astronomiche».

Con un “saltino”, quindi, i Centauri si pongono su orbite in cui le loro superfici possono riscaldarsi più a lungo; sulle nuove orbite, l’onda termica può raggiungere i ghiacci all’interno che sublimano e rendono il Centauro attivo. Un po’ come se questi asteroidi uscissero da uno stato di “ibernazione” per intraprendere una seconda vita – questa volta però da cometa. «Gli a-jump non fanno altro che spostare rapidamente alcuni di questi asteroidi più vicino al Sole», spiega Lilly, «dove l’ambiente è sufficientemente caldo perché i ghiacci subiscano transizioni di fase come la sublimazione e trasformino i Centauri in comete».

«Il nostro modello termico lo conferma», continua l’astronoma, «e i risultati suggeriscono che ogni Centauro, per natura, abbia la capacità di diventare attivo, e che tutto dipenda da come si evolve la sua orbita». Restano, dunque, aperte alcune domande. Tutte le Jfc – le comete della famiglia di Giove – sono periodicamente attive e si comportano per lo più come comete normali, ma l’attività più “calorosa” degli asteroidi è stata osservata, invece, solo in circa il 10 per cento dei Centauri.

L’orbita della cometa 167P/Cineos e la sua posizione nel sistema solare. Identificata nel 2004, nell’ambito del programma Cineos, come un asteroide del gruppo dei Centauri, 167P è uno dei corpi celesti analizzati dal team di ricerca. Crediti: California Institute of Technology/Jpl Small-Body Database

L’analisi degli a-jump – tra i principali fattori scatenanti l’attività cometaria – nelle storie dinamiche recenti dei Centauri e delle Jfc potrebbe essere utilizzata per identificare gli asteroidi che sono attualmente attivi o che potrebbero diventarlo a breve. «Abbiamo già identificato tre Centauri con recenti a-jump. Saranno considerati obiettivi ad alta priorità per il successivo monitoraggio della loro trasformazione in nuove comete», concludono gli autori dello studio.

Tra i corpi celesti analizzati dal gruppo di Lilly, c’è anche 167P/Cineos, una cometa periodica del nostro Sistema solare, scoperta e avvistata nel 2004 dal telescopio Schmidt di 60 centimetri della stazione di Campo Imperatore dell’Inaf d’Abruzzo, dove è stata inizialmente identificata come un asteroide del gruppo dei Centauri. L’orbita della cometa è compresa tra quelle dei pianeti Saturno e Urano: con un periodo orbitale attorno al Sole di circa 65 anni, la cometa ha avuto un incontro ravvicinato con Saturno nel gennaio 1873 e ne avrà uno con Urano nell’estate del 2038.

Per saperne di più:

• Leggi su Astrophysical Journal Letters l’articolo “Semimajor-axis Jumps as the Activity Trigger in Centaurs and High-perihelion Jupiter-family Comets” di Eva Lilly, Peter Jevčák, Charles Schambeau, Kat Volk, Jordan Steckloff, Henry Hsieh, Yanga R. Fernandez, James Bauer, Robert Weryk e Richard J. Wainscoat

Cari lettori e lettrici di Media Inaf, se la vostra passione è l’astrofisica, se conservate il sogno nel cassetto di far parte di un team di ricerca e se volete contribuire alla comprensione di alcuni dei fenomeni astrofisici più affascinanti del cosmo… sappiate che c’è una nuova occasione che fa al caso vostro.

Immagine d’anteprima del progetto “Burst Chaser: Unveiling the Mysterious Origin of Gamma-ray Bursts with Citizen Science”. Crediti: Nasa Goddard Space Flight Center/Zooniverse

Stiamo parlando di “Burst Chaser: Unveiling the mystery origin of gamma-ray burst with citizen science“. È uno degli ultimi progetti pubblicati sulla piattaforma online Zooniverse e, come suggerisce il nome, richiede il vostro aiuto per svelare uno dei misteri ancora irrisolti nel campo dell’astrofisica delle alte e altissime energie: l’origine dei lampi di raggi gamma. Alla guida del progetto c’è la scienziata dell’Università di Tampa Amy Lien, che la settimana scorsa ha presentato l’iniziativa al 243mo meeting dell’American Astronomical Society durante la press conference dedicata a “High-Energy Phenomena and Their Origins”.

I lampi di raggi gamma (gamma ray burst, in inglese) sono intense emissioni di radiazione gamma. Rilevabili anche a distanze di miliardi di anni luce, ciò che rende questi eventi cosmici eccezionali è l’energia che rilasciano durante la loro breve vita: a fronte di una durata che va da poche decine di millisecondi a qualche minuto, i Grb sono infatti in grado di sprigionare più energia di quanta ne produca il Sole in tutta la sua vita.

Una tipica curva di luce dell’evoluzione temporale di un gamma ray burst. Le curve di luce dei Grb mostrano picchi di forma e durata differente che formano una struttura di impulsi (in celeste nell’immagine). I volontari che parteciperanno al progetto dovranno classificare le forme degli impulsi e riconoscere schemi di comportamento. Crediti: Nasa Goddard Space Flight Center/Zooniverse

Secondo i modelli più accreditati, i processi che producono questi flash cosmici sono due: la fusione di due stelle di neutroni o di una stella di neutroni con un buco nero e l’esplosione di una stella massiccia sotto forma di ipernova. I lampi di raggi gamma prodotti dal primo processo durano generalmente da poche decine di millisecondi fino a qualche secondo e sono chiamati Grb corti. I lampi gamma che si palesano nel secondo caso durano invece da due secondi fino a qualche minuto e sono chiamati Grb lunghi.

Uno degli strumenti che hanno a disposizione gli astronomi per dare la caccia ai Grb è l’osservatorio Swift Neil Gehrels della Nasa. Spesso chiamato semplicemente Swift, il satellite scandaglia da 19 anni il cielo alla ricerca di questi flash attraverso osservazioni tempestive alle lunghezze d’onda dei raggi gamma, ma anche nei raggi X, Uv e nelle lunghezze d’onda ottiche per rilevare il cosiddetto afterglow – l’emissione residua che si verifica dopo l’esplosione iniziale. È proprio dal team di Swift arriva la richiesta di aiuto.

Quando il satellite, e in particolare lo strumento Burst Alert Telescope (Bat) rileva un lampo di raggi gamma, i suoi dati vengono trasmessi a terra e immediatamente diffusi a tutti gli interessati attraverso il Network delle Coordinate dei Grb (Gcn). Ciò che gli astronomi vedono sui loro computer è una curva di luce, un grafico in cui il Grb è identificato da una struttura costituita da picchi, chiamati impulsi, di forme e durata diversa. È qui che entrano in gioco i cittadini scienziati, a cui viene chiesto di visualizzare le curve di luce dei Grb e identificare al loro interno schemi comuni nella struttura e nella forma degli impulsi di lampi gamma, fornendo così un sistema di classificazione.

Eleonora Troja, tra gli autori del progetto di Citizen science “Burst Chaser“. Dopo il dottorato di ricerca in fisica presso l’Università di Palermo, Troja ha proseguito gli studi sui lampi gamma al Nasa Goddard Space Flight Center. Dal 2022 è professoressa all’Università di Roma Tor Vergata e associata Inaf

«I volontari dovranno aiutarci a trovare i lampi gamma e a distinguere i loro diversi tipi», spiega a Media Inaf Eleonora Troja, professoressa all’Università di Roma Tor Vergata e associata Inaf, tra i firmatari della proposta progettuale. «Questo sarà fatto attraverso due attività che si chiamano “Dove sono gli impulsi?” e “Le forme degli impulsi”. Abbiamo messo a disposizione tutte le osservazione del satellite Swift, i volontari dovranno dare un’occhiata ai grafici che abbiamo preparato ed evidenziare col mouse la presenza di picchi di luce, che noi chiamiamo impulsi. I più esperti potranno anche cimentarsi nella classificazione di questi impulsi descrivendo la loro forma: singolo, doppio, a corona, o con emissione prolungata».

Nella fase beta del progetto diverse decine di cittadini scienziati hanno già cominciato a classificare numerosi lampi di raggi gamma, iniziando a produrre una statistica che mostra una notevole coerenza nella classificazione degli impulsi Grb. Questi risultati, spiegano gli autori, indicano che l’approccio può essere un metodo fattibile per condurre il primo ampio studio sulla popolazione delle strutture degli impulsi.

«Un programma pilota è stato portato avanti negli Stati Uniti con una ventina di volontari», aggiunge Troja. «Questo ha aiutato molto a semplificare il materiale fornito per renderlo di facile comprensione anche ai non esperti. Nell’ultimo ciclo di test, l’80 per cento delle risposte fornite dai volontari coincideva con quelle degli esperti».

Le statistiche ottenute serviranno per istruire sofisticati algoritmi di apprendimento automatico che potranno facilmente individuare impulsi e modelli ricorrenti di Grb.

«Il problema che abbiamo riscontrato è che i nostri algoritmi non riescono a classificare i lampi gamma tanto bene quanto l’occhio umano», sottolinea a questo proposito la ricercatrice. «Negli ultimi anni in particolare abbiamo trovato sempre più casi di lampi gamma con classificazioni imprecise, notando che i nostri studenti, pur avendo minima esperienza, riuscivano meglio del computer a capire che tipo di esplosione avesse generato quel lampo. Ecco allora che abbiamo pensato di creare un grande campione di lampi gamma classificati dai volontari per poi allenare gli algoritmi di intelligenza artificiale. Vogliamo insegnare al computer a riconoscere quelle forme e schemi di comportamento evidenti all’occhio umano, ma che finora sono sfuggiti ai nostri codici».

Se volete anche voi diventare “cittadini scienziati” e contribuire alla conoscenza della fisica dei Grb, non vi resta che partecipare all’iniziativa accedendo alla pagina web del progetto Burst Chaser (disponibile anche nella sua versione italiana, a cura di Eleonora Troja). Dopo una prima fase di esercitazione, volta a riconoscere la differenza tra un impulso e il rumore, entrerete nel vivo della ricerca. Che la caccia abbia inizio!

Come Kepler-10 b, illustrato qui, l’esopianeta Hd 63433 d è un piccolo pianeta roccioso in orbita stretta attorno alla sua stella. È il più piccolo esopianeta confermato di età inferiore a 500 milioni di anni, ed è anche il più vicino di dimensioni terrestri così giovane, con un’età di circa 400 milioni di anni. Crediti: Nasa/Ames/JPL-Caltech/T. Pyle

In un sistema planetario a circa 65 anni luce da noi, gli astronomi hanno individuato qualcosa di nuovo: un piccolo corpo celeste in transito davanti alla sua stella. Si tratta di un pianeta, il terzo del sistema, molto caldo e di dimensioni terrestri. Si chiama Hd 63433 d e orbita intorno alla stella Hd 63433 (o Toi 1726, simile al Sole), con una faccia sempre rivolta verso di lei e l’altra costantemente al buio. Questo mondo rovente è il più piccolo esopianeta confermato di età inferiore a 500 milioni di anni. È anche il più vicino pianeta a oggi scoperto di dimensioni terrestri così giovane. Tra gli autori della pubblicazione che riporta la scoperta ci sono Giovanni Covone, professore associato di astronomia e astrofisica al Dipartimento di fisica dell’Università di Napoli Federico II e Christian Magliano, dottorando in astrofisica all’Università di Napoli Federico II, entrambi associati all’Istituto nazionale di astrofisica. Abbiamo intervistato Covone, autore anche del libro Altre Terre, che ci ha raccontato alcuni aspetti interessanti del corpo celeste appena scoperto e di come si è svolta la ricerca.

Parliamo di Hd 63433 d: dove si trova e come l’avete scoperto?

«Hd 63433 d è il terzo pianeta scoperto intorno alla stella Hd 63433, molto simile al Sole e lontana “appena” 65 anni luce dalla Terra, nella costellazione dell’Orsa Maggiore. Come i precedenti due pianeti nel sistema di Hd 63433, è stato scoperto attraverso la tecnica dei transiti fotometrici grazie alle osservazioni con il telescopio spaziale Tess della Nasa. Tess è stato appositamente progettato per monitorare decine di migliaia di stelle contemporaneamente e scoprire pianeti extrasolari attraverso le piccole diminuzioni di luminosità della stella madre causate dai pianeti quando le passano davanti lungo la nostra linea di vista. Queste osservazioni permettono di determinare le orbite e i raggi dei pianeti, ma ancora molte domande sono senza risposta. Ad esempio, ancora non conosciamo la massa del pianeta e se possiede un’atmosfera».

Giovanni Covone, professore associato di astronomia e astrofisica al Dipartimento di fisica dell’Università di Napoli Federico II e associato Inaf. Si interessa dello studio di pianeti di tipo terrestre e di cosmologia. È membro della collaborazione Plato. Crediti: G. Covone

Si trova nella fascia di abitabilità della sua stella?

«Hd 63433 d ruota intorno alla sua stella madre in poco più di quattro giorni (4.2 giorni), quindi è molto vicino a essa. Per confronto, è venti volte più vicino alla sua stella di quanto lo sia la Terra rispetto al Sole. Quindi si trova purtroppo ben al di fuori della cosiddetta regione di abitabilità, dove un pianeta con un’atmosfera simile a quella terrestre potrebbe avere sulla superficie acqua allo stato liquido. È così vicino alla stella madre che (a causa delle forze mareali gravitazionali) le rivolge sempre lo stesso emisfero, come fa la Luna con la Terra. Inoltre, la vicinanza della stella probabilmente ha causato anche la scomparsa della sua atmosfera, a causa dei forti venti stellari».

Ha dimensioni terrestri e orbita attorno a una stella simile al Sole. Non c’è proprio speranza che sia un “mondo” simile al nostro?

«Il suo raggio è davvero simile a quello della Terra (circa 1.1 raggi terrestri), ma se potessimo osservarlo da vicino capiremmo subito che è molto diverso dalla Terra. Prima di tutto, si tratta di un pianeta molto giovane in un sistema planetario molto giovane. Infatti, abbiamo potuto determinare che la stella madre ha un’età di circa 400 milioni di anni, dieci volte più giovane del Sole. Ma soprattutto, non è sicuramente un mondo abitabile. La stella Hd 63433 è meno luminosa del Sole (25% meno luminosa del Sole), ma il nuovo pianeta orbita così vicino che secondo i nostri modelli la temperatura media superficiale sull’emisfero sempre illuminato è superiore ai 1500 gradi Kelvin. A questa temperatura le rocce fondono: quindi, da vicino vedremmo un oceano di magma coprire l’intero emisfero. Tuttavia è un mondo molto interessante, perché il più giovane pianeta roccioso trovato a così breve distanza da noi. Ed è il più piccolo esopianeta confermato di età inferiore a 500 milioni di anni. Abbiamo quindi un’occasione unica per studiare le prime fasi di vita di un sistema planetario, in cui avvengono fenomeni fisici complessi ancora non ben compresi».

Hd 63433 è una stella di cui in realtà esistono svariati dati d’archivio: di quali dati si tratta e come vi hanno aiutato nell’analisi dei dati di Tess?

«Hd 63433 è una stella ben studiata perché relativamente brillante e vicina. È una stella di dimensioni simili a quelle del Sole (il raggio è circa 0,9 volte il raggio del Sole e la massa quasi la stessa). La stella è di tipo spettrale G, lo stesso tipo del Sole. Fa parte di un gruppo stellare noto come Associazione dell’Orsa Maggiore, un gruppo di giovani stelle coese, che si muovono in modo coordinato nella Galassia. È possibile stimare con buona precisione l’età delle associazioni di stelle come queste».

Christian Magliano, laureato presso l’Università di Salerno, è attualmente dottorando in astrofisica all’Università di Napoli, Federico II e associato Inaf. I suoi principali interessi riguardano l’astrofisica, l’astrobiologia e la cosmologia. È attualmente coinvolto nella preparazione della missione scientifica Plato. Crediti: C. Magliano

Anche Gaia è stata utile per caratterizzare il sistema planetario di Hd 63433, e in particolare il suo terzo pianeta da voi scoperto?

«I dati più recenti di Gaia (Dr3) sono stati molto utili nel nostro lavoro per molti aspetti. Prima di tutto, ci hanno permesso di aggiornare la misura della distanza della stella (ottenuta con il metodo della parallasse). Inoltre, la sua velocità nella Galassia è stata calcolata usando ancora i dati di Gaia. Proprio queste misure sono state fondamentali per confermare l’appartenenza della stella all’Associazione dell’Orsa Maggiore, e da questo fatto determinare l’età della stella stessa. Non solo: un risultato importante del nostro lavoro è che abbiamo identificato molte nuove stelle appartenenti al gruppo dell’Orsa Maggiore utilizzando le nuove misure di velocità radiale di Gaia DR3. Infine, le osservazioni di Gaia permettono di ricavare anche importanti parametri stellari, come la temperatura superficiale e il raggio della stella, fondamentali per ricavare i parametri dei pianeti a partire dalle osservazioni dei transiti fatte da Tess».

Pensate di dedicare altro tempo a questo pianeta e, nel caso, con quali strumenti?

«Sicuramente! È un candidato interessante per ulteriori osservazioni. Sarebbe interessante ottenere ulteriori informazioni sul “lato oscuro” del pianeta e sullo stato della sua eventuale atmosfera. Grazie alla sua vicinanza alla Terra, potremmo utilizzare il telescopio spaziale James Webb per rilevare la sua emissione termica con lo strumento Miri. È un target ideale tra i pianeti rocciosi per questo tipo di osservazioni, data la sua giovane età ed elevata temperatura. Inoltre, nelle ultime settimane, Tess ha accumulato altre osservazioni che attendono di essere analizzate, sia per migliorare la precisione dei parametri misurati sia per scovare eventuali altri pianeti nel sistema. Giovani sistemi planetari con pianeti di tipo terrestre sono un banco di prova fondamentale per verificare le nostre teorie sulla formazione e l’evoluzione dei sistemi planetari».

Per saperne di più:

• Leggi su The Astronomical Journal l’articolo “TESS Hunt for Young and Maturing Exoplanets (THYME) XI: An Earth-sized Planet Orbiting a Nearby, Solar-like Host in the 400 Myr Ursa Major Moving Group” di Benjamin K. Capistrant, Melinda Soares-Furtado, Andrew Vanderburg, Alyssa Jankowski, Andrew W. Mann, Gabrielle Ross, Gregor Srdoc, Natalie R. Hinkel, Juliette Becker, Christian Magliano, Mary Anne Limbach, Alexander P. Stephan, Andrew C. Nine, Benjamin M. Tofflemire, Adam L. Kraus, Steven Giacalone, Joshua N. Winn, Allyson Bieryla, Luke G. Bouma, David R. Ciardi, Karen A. Collins, Giovanni Covone, Zoë L. de Beurs, Chelsea X. Huang, Jon M. Jenkins, Laura Kreidberg, David W. Latham, Samuel N. Quinn, Sara Seager, Avi Shporer, Joseph D. Twicken, Bill Wohler, Roland K. Vanderspek, Ricardo Yarza e Ziegler

Quando nel 2019 sono stati rilevati dall’array di radiotelescopi Askap (Australian Square Kilometre Array Pathfinder), mai nessuno prima di allora aveva visto qualcosa di simile. Hanno una forma circolare. Sono enormi, talmente grandi da poter contenere al loro interno intere galassie. E luminosi, luminosi nel radio. Sono sorgenti astronomiche extragalattiche diverse da qualsiasi oggetto celeste precedentemente riportato in letteratura, tant’è che gli astronomi che li hanno scoperti li hanno chiamati Orc, acronimo di odd radio circle: cerchi radio anomali.

Immagine che mostra il cerchio radio anomalo denominato Orc 1. Crediti: Jayanne Inglese/University di Manitoba

A oggi di questi anelli di emissione radio continua ne sono stati individuati quasi una dozzina. I primi tre cerchi radio sono stati scoperti durante la survey Evolutionary Map of the Universe utilizzando l’Askap. Un quarto Orc (Orc 4) è stato individuato nei dati d’archivio acquisiti dal Giant Meterwave Radio Telescope. Ulteriori Orc sono stati scoperti più recentemente nei dati ottenuti dell’array di telescopi MeerKat.

La domanda che si sono posti all’epoca della loro identificazione e che si pongono tutt’ora gli astronomi è: come si formano queste strutture? Per spiegare la loro origine sono state proposte diverse teorie. Alcune chiamano in causa le nebulose planetarie. Altre le fusioni di buchi neri. Altre ancora i wormhole. Nessuna di queste teorie, tuttavia, sembra fornire una spiegazione convincente. Ora un team di ricercatori guidato dall’Università della California a San Diego ritiene di averla trovata, questa spiegazione: a forgiare i cerchi radio sarebbero i venti provenienti dalla galassia situata al centro dei cerchi stessi. Venti prodotti dall’esplosione di stelle massicce che vengono lanciati ad alta velocità nello spazio circostante. La ricerca è pubblicata su Nature.

Per giungere a questa conclusione, Alison Coil, scienziata dell’Università della California a San Diego, e colleghi hanno osservato uno dei pochi cerchi radio osservabili dal nostro emisfero, Orc 4, e la galassia al centro di questa sorgente radio, Wise J155524. L’obiettivo dei ricercatori era identificare un’eventuale controparte ottica della sorgente che permettesse di dare indicazioni circa l’origine di queste strutture. E ci sono riusciti: utilizzando il Keck Cosmic Web Imager (Kcwi), lo spettrografo montato sul telescopio Keck I del W.M. Keck Observatory di Maunakea, nelle Hawaii, hanno rilevato una riga di emissione dell’ossigeno ionizzato (O II) sufficientemente luminosa da permette di studiare le caratteristiche di Orc 4 e della galassia al suo interno, sondando la morfologia, l’estensione e la cinematica del gas.

Una simulazione che mostra l’evoluzione dei venti galattici lanciati a tempi diversi dall’inizio dell’attività starburst. Nell’ipotesi dei ricercatori, l’origine di Orc 4 sarebbe dovuta all’onda di shock prodotta dal vento galattico, indicata nelle mappe come forward shock. Crediti: Alison Coil et al., Nature, 2024

Con più domande che risposte, il team ha portato avanti il lavoro investigativo, determinando la massa della galassia e l’età delle stelle al suo interno e creando mappe di distribuzione e velocità del gas nella regione Orc 4. I risultati delle analisi hanno mostrato la presenza di grandi quantità di gas che coprono una regione di circa 40 kiloparsec di diametro – circa 130mila anni luce. Il gas, inoltre, aveva una velocità pari a circa 200 chilometri al secondo ed è risultato essere molto più luminoso del previsto.

«Il segnale dell’ossigeno ionizzato (OII) di Orc 4 copriva quasi tutta la galassia ed era dieci volte più luminoso del normale», dice Coil. «C’era una quantità pazzesca di OII, molto più di quella normale. Il gas mostrava anche una gamma di velocità molto più ampia di quanto ci si aspettasse, il che suggerisce che si stava muovendo vigorosamente».

Considerate tutte queste proprietà, la conclusione dei ricercatori è che all’origine di Orc 4 vi sia il vento prodotto dall’attività della galassia ospite. La domanda a questo punto è: come si forma questo vento? E in che modo è coinvolto nella formazione di Orc 4?

La galassia ospite di Orc 4 è una galassia starburst. Come suggerisce il nome, si tratta di galassie caratterizzate da un alto tasso di formazione stellare. Le stelle che si formano al loro interno sono per lo più stelle massicce, che dopo una vita relativamente breve esplodono come supernove, espellendo i loro strati esterni nello spazio interstellare sotto forma di venti. Se un numero sufficiente di queste stelle esplode contemporaneamente, la forza delle esplosioni può produrre un potente vento galattico che, colpendo il gas fuori dalla galassia, crea un’enorme onda d’urto. Nell’ipotesi formulata dai ricercatori, sarebbe quest’onda d’urto a produrre Orc 4.

Serena Perrotta, coautrice dello studio pubblicato su Nature, è un’astronoma osservativa. Dopo aver conseguito il dottorato di ricerca all’Università di Trieste si è trasferita negli Stati Uniti, dove attualmente lavora come ricercatrice presso l’Università della California a San Diego

«Lo scenario che meglio si adatta ai dati è che 1 miliardo di anni prima la galassia al centro di Orc 4 ha subito un breve ma intenso periodo di formazione stellare», spiega a Media Inaf Serena Perrotta, ricercatrice presso l’Università della California San Diego e co-autrice dello studio. «Tali esplosioni stellari tendono a produrre grandi stelle che bruciano intensamente e che esauriscono rapidamente il loro combustibile, per cui dopo qualche milione di anni le stelle esplodono come supernove. Questa raffica di esplosioni in rapida successione produce un potente vento galattico che spinge il gas fuori dalla galassia. Quando questo vento colpisce il gas sottile all’esterno della galassia, crea un’onda d’urto. Nel caso di Orc 4, le antenne dei radiotelescopi stanno osservando quell’onda d’urto dopo che è cresciuta fino a raggiungere dimensioni enormi e ha rallentato, 1 miliardo di anni dopo. All’interno dell’onda d’urto, gli elettroni in rapido movimento si muovono a spirale attorno alle linee del campo magnetico e generano una radiazione nota come luce di sincrotrone. Nell’onda d’urto di Orc 4, che sta invecchiando, queste oscillazioni producono le onde radio osservate. Il modello prevede anche che, in un’esplosione stellare così breve e forte, la coda del vento galattico possa bloccarsi e iniziare a ricadere verso la galassia, producendo una seconda onda d’urto che, riversandosi nella galassia, potrebbe ionizzare altri atomi di ossigeno e spiegare l’insolita produzione di luce OII. Sebbene la portata dell’emissione OII sia un decimo di quella del cerchio radio, è quasi certo che esista una connessione tra le due».

Per testare questa ipotesi i ricercatori hanno condotto una serie di simulazioni in cui forti venti sono stati lanciati da una galassia isolata. In tutti i casi il risultato delle simulazioni è stato la formazione di enormi cerchi radio, rafforzando l’ipotesi formulata dai ricercatori secondo cui a produrre Orc 4 sia un’onda di shock causata dal vento galattico in uscita dalla galassia ospite.

«Abbiamo eseguito una serie di simulazioni numeriche al computer per replicare le dimensioni e le proprietà dell’anello radio su larga scala, compresa la grande quantità di gas freddo nella galassia centrale», aggiunge Perrotta. «Le simulazioni hanno mostrato venti galattici in uscita che soffiano per 200 milioni di anni prima di spegnersi. Quando il vento si è fermato, un’onda di shock in avanti ha continuato a spingere il gas ad alta temperatura fuori dalla galassia e ha creato un anello radio, mentre un’onda di shock inversa ha fatto ricadere il gas più freddo sulla galassia. La simulazione si è svolta nell’arco di 750 milioni di anni, un periodo che corrisponde all’età stellare di Orc 4, stimata in un miliardo di anni».

«Gli Orc ci forniscono un modo per “vedere” i venti galattici attraverso i dati radio e la spettroscopia», dice Coil. «Il loro studio può aiutarci a capire quanto siano comuni questi venti estremi in uscita e quale sia il loro ciclo di vita». Inoltre, conclude la ricercatrice, «i venti possono aiutarci a saperne di più sull’evoluzione delle galassie. Penso che ci sia molto da imparare sugli e dagli Orc».

Per saperne di più:

• Leggi su Nature l’articolo “Ionized gas extends over 40 kpc in an odd radio circle host galaxy” di Alison L. Coil, Serena Perrotta, David S. N. Rupke, Cassandra Lochhaas, Christy A. Tremonti, Aleks Diamond-Stanic, Drummond Fielding, James E. Geach, Ryan C. Hickox, John Moustakas, Gregory H. Rudnick, Paul Sell e Kelly E. Whalen

Rappresentazione artistica della nana bruna W1935, che si trova a 47 anni luce dalla Terra. Gli astronomi che utilizzano il telescopio spaziale James Webb hanno trovato emissioni infrarosse di metano provenienti dai poli di W1935. Si tratta di una scoperta inaspettata perché la nana bruna è fredda e non ha una stella ospite; pertanto, non c’è una fonte evidente di energia per riscaldare l’atmosfera superiore e far brillare il metano. Il team ipotizza che l’emissione di metano possa essere dovuta a processi che generano le aurore, qui evidenziate in rosso. Crediti: Nasa, Esa, Csa, Leah Hustak (STScI)

Grazie al telescopio spaziale James Webb, gli astronomi hanno scovato una nana bruna (un oggetto celeste più massiccio di un pianeta come Giove ma meno massiccio di una stella come il Sole, con una massa vicina al limite necessario perché si verifichi il processo di fusione nucleare dell’idrogeno tipico delle stelle) con emissioni infrarosse caratteristiche del metano.

Si tratta di una scoperta inaspettata perché la nana bruna in questione, W1935, è fredda e non ha una stella ospite. Pertanto, non sembra esserci una fonte ovvia per l’energia che si suppone essere presente nella sua atmosfera superiore. Il team ipotizza che l’emissione di metano possa essere dovuta a processi che generano aurore.

Lo studio e i suoi risultati sono stati presentati in una conferenza stampa tenutasi il 9 gennaio al 243° meeting dell’American Astronomical Society, a New Orleans.

Per spiegare il mistero dell’emissione infrarossa del metano, il team ha preso spunto dal Sistema solare, dove l’emissione di metano è una caratteristica comune ai giganti gassosi come Giove e Saturno. Il riscaldamento dell’atmosfera che alimenta questa emissione potrebbe essere legato alle aurore.

Sulla Terra, le aurore si formano quando le particelle energetiche “soffiate” nello spazio dal Sole vengono catturate dal campo magnetico terrestre, scendono a cascata nella nostra atmosfera lungo le linee di forza del campo magnetico vicino ai poli terrestri e, scontrandosi con le molecole di gas, creano impressionanti cortine di luce sfavillante. Giove e Saturno hanno processi aurorali simili che implicano l’interazione con il vento solare, ma ricevono anche contributi aurorali da lune attive vicine come Io (per Giove) ed Encelado (per Saturno).

Per le nane brune isolate come W1935, l’assenza di un vento stellare che contribuisca al processo aurorale capace di giustificare l’energia nell’atmosfera superiore necessaria per l’emissione di metano è però un mistero. Il team ipotizza che l’emissione possa essere dovuta a processi interni non considerati, come i fenomeni atmosferici di Giove e Saturno, oppure a interazioni esterne con il plasma interstellare o con una luna attiva vicina.

Ma veniamo alla storia di questa scoperta, che assomiglia a un giallo. Un team guidato da Jackie Faherty, astronoma dell’American Museum of Natural History di New York, ha ottenuto tempo di osservazione al telescopio Webb per studiare 12 nane brune fredde. Tra queste c’erano W1935 – un oggetto scoperto dal citizen scientist Dan Caselden, che ha lavorato con il progetto Backyard Worlds di Zooniverse – e W2220, un oggetto scoperto grazie al Wide Field Infrared Survey Explorer della Nasa. Webb ha rivelato in modo estremamente dettagliato che le due nane brune – W1935 e W2220 – sembrano essere cloni l’una dell’altra per composizione. Condividono anche luminosità, temperature e caratteristiche spettrali simili di acqua, ammoniaca, monossido di carbonio e anidride carbonica. L’eccezione più evidente è che W1935 ha mostrato un’emissione di metano, contrariamente alle caratteristiche di assorbimento rilevate in W2220. L’emissione è stata osservata a una distinta lunghezza d’onda dell’infrarosso, alla quale Webb è particolarmente sensibile.

«Ci aspettavamo di vedere del metano, perché il metano è presente in tutte queste nane brune. Ma invece di assorbire la luce, abbiamo visto esattamente il contrario: il metano brillava. Il mio primo pensiero è stato: che diavolo è? Perché questo oggetto emette metano?», racconta Faherty.

Gli astronomi hanno utilizzato il telescopio spaziale James Webb per studiare 12 nane brune fredde. Due di queste – W1935 e W2220 – sembravano essere quasi gemelle per composizione, luminosità e temperatura. Tuttavia, W1935 ha mostrato un’emissione di metano, contrariamente alla caratteristica di assorbimento prevista per W2220. Il team ipotizza che l’emissione di metano possa essere dovuta a processi che generano le aurore. Crediti: Nasa, Esa, Csa, Leah Hustak (STScI)

Il team ha impiegato simulazioni numeriche per dedurre cosa potesse esserci dietro tale emissione. Il loro lavoro ha mostrato che W2220 è effettivamente caratterizzata dalla distribuzione di energia prevista in tutta l’atmosfera, diventando più fredda con l’aumentare dell’altitudine. Invece W1935, no. Il risultato, per questa nana bruna, è stato sorprendente. Il modello migliore predilige infatti un’inversione di temperatura, in cui l’atmosfera si riscalda con l’aumentare dell’altitudine. «Questa inversione di temperatura è davvero sconcertante», afferma Ben Burningham dell’Università di Hertfordshire in Inghilterra. «Abbiamo riscontrato questo tipo di fenomeno nei pianeti con una stella vicina che può riscaldare la stratosfera, ma vederlo in un oggetto senza un’evidente fonte di calore esterna è sorprendente».

Per trovare indizi, il team ha guardato nel nostro “cortile”, ai pianeti del Sistema solare. In particolare, i pianeti giganti gassosi possono servire come proxy di ciò che si vede accadere a più di 40 anni luce di distanza, nell’atmosfera di W1935. Il team si è reso conto che in pianeti come Giove e Saturno le inversioni di temperatura sono importanti. Si sta ancora lavorando per capire le cause del loro riscaldamento stratosferico, ma le principali teorie per il Sistema solare riguardano il riscaldamento esterno da parte delle aurore e il trasporto interno di energia dalle profondità dell’atmosfera.

Non è la prima volta che un’aurora viene utilizzata per spiegare le osservazioni di una nana bruna. Gli astronomi hanno rilevato emissioni radio provenienti da diverse nane brune più calde e hanno invocato le aurore come spiegazione più probabile. Per caratterizzare ulteriormente il fenomeno, sono state condotte ricerche con telescopi a terra, come l’Osservatorio Keck per individuare le firme infrarosse di queste nane brune che emettono radio, ma non hanno dato risultati.

W1935 è la prima candidata al di fuori del Sistema solare con la firma di emissione di metano. È anche il candidato aurorale più freddo al di fuori del nostro sistema solare, con una temperatura effettiva di circa 200 gradi Celsius, circa 300 gradi più caldo di Giove.

Riassumendo, nel Sistema solare, il vento solare è il principale responsabile dei processi aurorali, con lune attive come Io ed Encelado che svolgono un ruolo per pianeti come Giove e Saturno, rispettivamente. W1935 non ha una stella compagna, quindi il vento stellare non può contribuire al fenomeno. È ancora da verificare se una luna attiva possa giocare un ruolo nell’emissione di metano su W1935.

«Con W1935, ora abbiamo un’estensione spettacolare di un fenomeno del Sistema solare senza alcuna irradiazione stellare che possa aiutare nella spiegazione», conclude Faherty. «Con Webb, possiamo davvero “aprire il coperchio” della chimica e capire quanto simile o diverso possa essere il processo aurorale al di fuori del nostro sistema solare».

Se volete contribuire alla scoperta di un nuovo mondo, potete partecipare al progetto di citizen science Backyard Worlds: Planet 9 e cercare nuove nane brune e pianeti oltre Nettuno. Oppure potreste provate il nuovo progetto di citizen science Burst Chaser della Nasa, lanciato il 9 gennaio, per aiutare gli scienziati a classificare le curve di luce dei lampi gamma.

Per saperne di più:

• Guarda il video della conferenza stampa tenutasi il 9 gennaio al 243° meeting dell’American Astronomical Society (dal minuto 24:35)

L’astrofisica Sofia Contarini, vincitrice del premio “Livio Gratton” 2023 per la sua tesi di dottorato “Towards a full cosmological exploitation of cosmic voids”

«Ho saputo di aver ricevuto questo premio», dice Sofia Contarini a Media Inaf, «mentre stavo andando a pranzo con il mio fidanzato, Simon, in occasione del suo compleanno. Ovviamente abbiamo avuto un doppio motivo per festeggiare quel giorno!»

Il premio è il “Livio Gratton”, assegnato ogni due anni alla più meritevole tesi di dottorato di ricerca in astronomia o astrofisica dell’ultimo biennio in un istituto di ricerca italiano. A questa edizione, la sedicesima, hanno partecipato 21 giovani ricercatori. E la tesi scelta dalla giuria internazionale – formata da Cesare Chiosi (Università di Padova), Bozena Jadwiga Czerni (Copernicus Astronomical Center, Polonia) e Guy Monnet (European Southern Observatory, Germania) – è risultata Towards a full cosmological exploitation of cosmic voids, con la quale Contarini ha ottenuto il suo dottorato all’Università di Bologna. La giuria ha anche attribuito una menzione speciale a Matteo Braglia per la tesi Scalar-tensor theories in light of cosmological tensions (Inaf – Osservatorio di astrofisica e scienza dello spazio di Bologna).

Istituito per onorare la memoria di Livio Gratton, vicepresidente della Iau, accademico Linceo e professore ordinario di astrofisica alla Sapienza di Roma scomparso nel 1991, il premio di cinquemila euro viene conferito dall’Associazione Eta Carinae in collaborazione con l’Associazione tuscolana di astronomia “Livio Gratton”, con il patrocinio del Comune di Frascati e dell’Istituto nazionale di astrofisica e con il contributo della famiglia Gratton.

Locandina della cerimonia di premiazione

La cerimonia di consegna, aperta al pubblico, si terrà a Frascati domani, sabato 13 gennaio 2024, a partire dalle ore 17.00, all’Auditorium delle Scuderie Aldobrandini. L’evento potrà essere seguito online sul canale YouTube dell’Associazione tuscolana di astronomia. Durante la cerimonia Raffaele Gratton (Inaf Padova) ricorderà Italo Mazzitelli, astronomo allievo di Livio Gratton, recentemente scomparso e la premiazione sarà seguita dalla conferenza pubblica tenuta da Maria Francesca Matteucci (Università di Trieste) sul tema “Archeologia galattica nell’era dei grandi telescopi”. Com’è tradizione fin dalla prima edizione, verrà consegnata alla vincitrice una pergamena del Maestro Gianfranco Cresciani.

«Ricevere questo premio», dice Sofia Contarini, «è un grandissimo onore per me, è sempre bello vedere riconosciuti i propri sforzi. Inoltre mi è stata comunicata questa vittoria poco prima di partire per Monaco di Baviera, dove attualmente sto continuando le mie ricerche, e questo ha aumentato ulteriormente la mia volontà di tornare in Italia, dopo il periodo in Germania. In particolare, spero che grazie al prestigio di questo premio risulterà più facile ottenere, in futuro, una posizione a Bologna, la città che mi ha formata a livello scientifico e che porterò sempre nel cuore».

Immagine della galassia Nube attraverso diversi telescopi. Crediti: Sdss/Gtc/Iac

Solitamente gli oggetti celesti hanno nomi strani, che assomigliano più a targhe automobilistiche che a qualcosa di romantico. Ma non è questo il caso. L’oggetto della scoperta che vi andiamo a presentare si chiama Nube ed è una galassia nana quasi invisibile scoperta da un team internazionale di ricercatori guidato dall’Instituto de Astrofísica de Canarias (Iac) in collaborazione con l’Università di La Laguna (Ull) e altre istituzioni. Il nome è stato suggerito dalla figlia di 5 anni di uno dei ricercatori del gruppo ed è dovuto all’aspetto diffuso dell’oggetto. La sua luminosità superficiale è così debole che era passata inosservata nelle varie indagini precedenti di questa parte del cielo, come se fosse una specie di fantasma. Questo perché le sue stelle sono distribuite in un volume tanto ampio da rendere la “nube” quasi impercettibile.

Questa galassia appena scoperta presenta una serie di proprietà specifiche che la distinguono dagli oggetti precedentemente conosciuti. Il team di ricercatori stima che Nube sia una galassia nana dieci volte più debole di altre dello stesso tipo, ma anche dieci volte più estesa di altri oggetti con un numero di stelle paragonabile. Per capirci, questa galassia è grande un terzo della Via Lattea, ma ha una massa simile a quella della Piccola Nube di Magellano. «Con le nostre attuali conoscenze non riusciamo a capire come possa esistere una galassia con caratteristiche così estreme», spiega Mireia Montes, ricercatrice dell’Iac e prima autrice dell’articolo.

Da alcuni anni Ignacio Trujillo, secondo autore dell’articolo, sulla base delle immagini della Sloan Digital Sky Survey, sta analizzando una specifica striscia di cielo nell’ambito del progetto Legado del Iac Stripe 82. In una delle revisioni, ha notato una debole macchia che sembrava sufficientemente interessante per avviare un progetto di ricerca.

Il passo successivo è stato quello di utilizzare le immagini multicolori ultra-profonde del Gran Telescopio Canarias (Gtc) per confermare che questa macchia non fosse un errore, bensì un oggetto estremamente diffuso. A causa della sua debolezza, è difficile determinare l’esatta distanza di Nube. Utilizzando un’osservazione ottenuta con il Green Bank Telescope (Gbt), negli Stati Uniti, gli autori hanno stimato la distanza di Nube in 300 milioni di anni luce, anche se le prossime osservazioni con il radiotelescopio Very Large Array (Vla) e il telescopio ottico William Herschel Telescope (Wht) presso l’Osservatorio Roque de los Muchachos, a La Palma, dovrebbero aiutarli a verificare se questa distanza è corretta. «Se la galassia dovesse risultare più vicina, sarebbe comunque un oggetto molto strano e rappresenterebbe una sfida importante per l’astrofisica», commenta Trujillo.

La regola generale è che le galassie hanno una densità di stelle molto maggiore nelle loro regioni interne e che questa densità diminuisce rapidamente con l’aumentare della distanza dal centro. Tuttavia, Montes afferma che in Nube «la densità di stelle varia pochissimo in tutto l’oggetto, ed è per questo che è così debole e non siamo stati in grado di osservarla bene fino a quando non abbiamo avuto le immagini ultra-profonde del Gtc».

La galassia Nube. La figura è una composizione di un’immagine a colori e di un’immagine in bianco e nero, per evidenziare lo sfondo. Crediti: Gtc/Mireia Montes

Insomma, Nube ha lasciato parecchio perplessi gli astronomi. Le simulazioni cosmologiche non sono in grado di riprodurre le sue caratteristiche “estreme”, nemmeno sulla base di diversi scenari. «Siamo rimasti senza una spiegazione valida all’interno del Modello cosmologico attualmente accettato, quello della materia oscura fredda», spiega Montes.

Il modello standard è in grado di riprodurre le strutture su larga scala dell’universo, ma ci sono scenari su piccola scala, come il caso di Nube, per i quali non riesce a dare una buona risposta. Gli autori hanno dimostrato come i diversi modelli teorici non siano in grado di riprodurla, il che la rende uno dei casi più estremi finora conosciuti. «È possibile che con questa galassia, e con altre simili che potremmo trovare, possiamo trovare ulteriori indizi che apriranno una nuova finestra sulla comprensione dell’universo», commenta Montes.

«Una possibilità interessante è che le insolite proprietà di Nube ci mostrino che le particelle che compongono la materia oscura hanno una massa estremamente piccola», dice Trujillo. Se così fosse, le insolite proprietà di questa galassia sarebbero una dimostrazione delle proprietà della fisica quantistica, su scala galattica. «Se questa ipotesi fosse confermata, sarebbe una delle più belle dimostrazioni della natura che unifica il mondo del più piccolo con quello del più grande», conclude il ricercatore.

Per saperne di più:

• Leggi su Astronomy & Astrophysics l’articolo “An almost dark galaxy with the mass of the Small Magellanic Cloud” di Mireia Montes, Ignacio Trujillo, Ananthan Karunakaran, Raúl Infante-Sainz, Kristine Spekkens, Giulia Golini, Michael Beasley, Maria Cebrián, Nushkia Chamba, Mauro D’Onofrio, Lee Kelvin e Javier Román

media.inaf.it/2024/01/11/stell…
La capacità di una stella di creare un ambiente favorevole alla vita sembra essere inevitabilmente legata al suo campo magnetico. Un tempo si riteneva che man mano che una stella invecchiava, il suo campo magnetico si affievolisse e la stella cominciasse a rallentare la propria rotazione, in un processo inesorabile e senza fine. Oggi si è sempre più convinti che non sia proprio così, e che ci sia un momento preciso nel quale l’accoppiamento fra campo magnetico e rotazione viene meno. Da questo momento in poi, secondo un nuovo studio pubblicato su ApJ Letters, per un pianeta in orbita attorno alla stella sarebbe più facile trovarsi nelle condizioni giuste per sviluppare e sostenere nel tempo forme di vita.

Immagine che illustra il sistema 51 Pegasi e il suo campo magnetico misurato. Il “Weak Magnetic Braking” rilevato su 51 Peg rappresenta un cambiamento relativamente improvviso che rende l’ambiente magnetico più stabile. Lo studio attuale suggerisce che il Sole abbia già compiuto questa transizione, favorendo lo sviluppo di una vita più complessa. Crediti: AipJ. Fohlmeister

Stelle come il Sole e come 51 Pegasi – una stella di massa simile al Sole attorno alla quale è stato scoperto il primo pianeta extrasolare, dai premi Nobel Michel Mayor e Didier Queloz, nel 1995 – nascono in rapida rotazione, creando un forte campo magnetico che può innescare emissioni violente, che bombardano i loro sistemi planetari con particelle cariche e radiazioni energetiche. Nel corso di miliardi di anni, la rotazione della stella rallenta gradualmente e il campo magnetico viene trascinato attraverso un vento che scorre lungo la sua superficie, in un processo noto come “frenata magnetica”. Dal momento che rotazione e campo magnetico sono due proprietà interconnesse, la rotazione più lenta produce un campo magnetico più debole, in un processo di mutua influenza continua. Fino a quando?

Alcune osservazioni del telescopio spaziale Kepler della Nasa avevano già suggerito che il freno magnetico potrebbe indebolirsi sostanzialmente oltre l’età del Sole, ovvero a metà della vita di una stella di massa simile al Sole, interrompendo la stretta relazione tra rotazione e magnetismo nelle stelle più vecchie. Ma si trattava di misure indirette.

Nel nuovo studio, i ricercatori hanno osservato 51 Pegasi, confermando che essa ha già attraversato la fase di indebolimento del freno magnetico, transitando in un regime chiamato weak magnetic braking. Il livello di attività della stella 51 Pegasi era infatti monitorato già da molti anni prima che avvenisse la scoperta del pianeta 51 Pegasi b che vi orbita intorno, e le osservazioni avevano mostrato un’attività stellare pressoché costante nel tempo.

Ai dati già disponibili, gli autori hanno aggiunto le osservazioni del satellite Tess sulla variazione di luminosità della stella e le osservazioni polarimetriche dello spettrografo Pepsi al telescopio Lbt, ricavando non solo massa, raggio ed età della stella, ma anche riuscendo a mapparne in maniera precisa il campo magnetico. Dati alla mano, le proprietà misurate da 51 Pegasi mostrano che, proprio come il Sole, la stella ha già attraversato la fase di transizione di weak magnetic braking. Se così non fosse, secondo gli autori la stella avrebbe avuto un tasso di perdita di massa più elevato e un campo magnetico più forte, con un maggior numero di linee di campo aperte su larga scala da cui potevano fuoriuscire le eruzioni energetiche, creando un ambiente meteorologico più rigido di quello osservato.

La conclusione dello studio, per 51 Pegasi ma non solo, è che il freno magnetico cambia improvvisamente nelle stelle leggermente più giovani del Sole, diventando oltre dieci volte più debole e diminuendo ulteriormente quando le stelle continuano a invecchiare. Di conseguenza, le stelle più vecchie, dopo l’inizio di questa fase, potrebbero fornire un ambiente più stabile per lo sviluppo e il mantenimento della vita. Le stelle giovani, invece, bombardano i loro pianeti con radiazioni e particelle cariche che sono ostili allo sviluppo della vita complessa.

A questo punto, la domanda nasce spontanea: in che fase si trovava allora, il Sole, quando è nata la vita? Nel Sistema solare, il passaggio della vita dagli oceani alla terraferma è avvenuto diverse centinaia di milioni di anni fa, proprio in coincidenza con il momento in cui il freno magnetico ha iniziato a indebolirsi nel Sole. Insomma, l’orologio biologico delle stelle, se intendiamo la loro capacità di creare un ambiente favorevole alla nascita della vita, non sarebbe quando esse sono giovani e attive, ma dalla mezza età in poi.

Per saperne di più:

• Leggi su The Astrophysical Journal Letters l’articolo “Weakened Magnetic Braking in the Exoplanet Host Star 51 Peg“, di Travis S. Metcalf , Klaus G. Strassmeier, Ilya V. Ilyin, Derek Buzasi, Oleg Kochukhov, Thomas R. Ayres, Sarbani Basu, Ashley Chontos, Adam J. Finley, Victor See, Keivan G. Stassun, Jennifer L. van Saders, Aldo G. Sepulveda e George R. Ricker

Rappresentazione artistica dell’Imaging X-ray Polarimetry Explorer. Crediti: Nasa/Msfc

Il prestigioso premio Bruno Rossi 2024 dell’High Energy Astrophysics Division (Head) dell’American Astronomical Society è stato conferito a Martin Weisskopf, Paolo Soffitta e alla Collaborazione scientifica della missione Ixpe “per lo sviluppo dell’Imaging X-ray Polarimetry Explorer, le cui nuove misure migliorano la nostra comprensione dell’accelerazione e dell’emissione delle particelle da shock astrofisici, buchi neri e stelle di neutroni”.

Ixpe, lanciato nel dicembre 2021, grazie alle sue nuove, ricche e dettagliate misure sta contribuendo in modo stupefacente alla comprensione dei meccanismi di funzionamento di molti processi che avvengono nel nostro universo. In particolare Ixpe ha aggiunto due osservabili, l’intensità e l’angolo di polarizzazione simultaneamente alla più usuale coordinata spaziale, temporale e all’energia. Questo è alla base del successo di Ixpe che ha svolto ricerche importantissime nell’ambito dei fenomeni di accelerazione nelle Pulsar Wind Nebulae più brillanti e nei Blazars. Ha permesso di studiare fenomeni di turbolenza e shocks nei resti di supernovae, mappandone il campo magnetico nelle immediate vicinanze dei siti di accelerazione. L’analisi della polarizzazione risolta in energia ha permesso di studiare il plasma in vicinanza dei più brillanti buchi neri galattici e del centro galattico e in vicinanza di quelli super-massici delle galassie attive. L’analisi della polarizzazione risolta in fase ha poi, per la prima volta, reso possibile la misura diretta della geometria delle pulsar binarie e di stelle di neutroni magnetizzate quali le magnetars, parametri talvolta degeneri delle usuali analisi spettroscopiche e di variabilità temporale. Tutti questi straordinari risultati che Ixpe è già riuscito a ottenere nei pochi mesi da cui è entrato in attività sono alla base del prestigioso riconoscimento appena attribuito dall’American Astronomical Society.

Paolo Soffitta (Inaf Iaps di Roma), coordinatore della Collaborazione scientifica dell’esperimento Ixpe. Crediti: Inaf/V. Muscella

«Ixpe è la dimostrazione di come una idea perseguita da più di trent’anni», dice Paolo Soffitta, ricercatore dell’Inaf, che coordina la Collaborazione scientifica dell’esperimento assieme a Martin Weisskopf, «si sia stata trasformata in una missione di successo grazie alla collaborazione tra Stati Uniti e Italia. Il team internazionale ha visto in Italia la sinergia tra Inaf, Infn e il partner industriale Ohb-Italia coordinati dall’ Agenzia spaziale italiana e le università di Roma Tre e Università di Padova. Il sistema di rivelazione sensibile alla polarizzazione è stato interamente concepito, sviluppato, assemblato testato e calibrato in Italia».

«Ixpe è l’ennesima dimostrazione della straordinaria cooperazione tra Nasa e Asi in missioni scientifiche di grande prestigio. Asi ha coordinato tutte la attività di sviluppo dei rivelatori innovativi a bordo di Ixpe», sottolinea Barbara Negri, responsabile dell’Unità volo umano e sperimentazione scientifica di Asi, «dalla fase di prototipizzazione a quella realizzativa, sulle cui tecnologie aveva già investito da diversi anni e ha contributo al software per l’analisi dei dati scientifici grazie allo Space Science Data Center. Inoltre, Asi partecipa alle attività di ground-segment, avendo messo a disposizione la base di Malindi, come stazione TT&C [telemetry, tracking, and sommand, ndr] primaria».

«Il premio Bruno Rossi rappresenta un importante riconoscimento internazionale del valore della ricerca italiana», conclude Luca Baldini, responsabile nazionale per l’Infn della missione Ixpe, «che dimostra ancora una volta la capacità di estendere gli orizzonti della conoscenza creando tecnologie fortemente innovative, in particolare, come Infn fornendo ad Ixpe i suoi occhi sensibili alla polarizzazione dei raggi X, i Gas Pixel Detector. Decisive per il successo della missione sono state non solo la visione della nuova tecnica impiegata per la cattura e la ricostruzione dei fotoni, ma anche l’esperienza e la determinazione di tutto il gruppo scientifico nella costruzione di telescopi per lo spazio altamente performanti e affidabili. Ixpe e i suoi straordinari risultati testimoniano l’eccellenza della scienza e delle tecnologie che l’Italia è in grado di realizzare».

Infografica riassuntiva della missione Einstein Probe, partita il 9 gennaio dalla base spaziale cinese di Xichang, nella provincia di Sichuan. Crediti: Esa

È partita ieri, martedì 9 gennaio 2024, dal centro spaziale di Xichang, nella provincia di Sichuan, alle 08:03 del mattino ora italiana (le 15:03 ora locale), la missione Einstein Probe, una collaborazione fra l’accademia cinese delle scienze (Cas), L’Esa e il Max Planck Institute für Extraterrestrische Physik (Mpe) di Monaco di Baviera. Dopo il lancio, la sonda ha raggiunto la sua orbita a un’altitudine di circa 600 km, dalla quale compie una rivoluzione intorno alla Terra ogni 96 minuti con un’inclinazione orbitale di 29 gradi. Si tratta di un telescopio che osserva alle frequenze dei raggi X e questa configurazione orbitale gli consente di monitorare quasi l’intero cielo notturno in sole tre orbite.

L’universo ai raggi X è quello dei fenomeni più energetici, delle esplosioni di supernove, dei jet emessi dai buchi neri quando la materia cade al loro interno, e delle collisioni fra stelle di neutroni che generano onde gravitazionali. È anche il cielo delle esplosioni improvvise, dei cosiddetti eventi transienti, imprevedibili. Per questo è importante continuare a scandagliarlo, a guardare come evolve l’emissione associata a questi fenomeni e scoprire che succede quando nuove sorgenti di raggi X cominciano a brillare.

Per farlo, Einstein Probe è dotato di due strumenti: un telescopio a grande campo, il Wide-field X-ray telescope (Wxt), il cui scopo è proprio quello di monitorare il cielo alla ricerca di nuovi eventi e nuove sorgenti; e il Follow-up X-ray telescope (Fxt), che come dice il nome stesso si occuperà di prendere in carico le segnalazioni del primo strumento guardando con più attenzione, più alta risoluzione e maggior potere collettore, tutti gli oggetti celesti che varrà la pena approfondire.

Crediti: Chinese Academy of Sciences

Wxt ha un design ottico modulare che sfrutta la tecnologia Lobster Eye (occhio di aragosta). L’ispirazione all’anatomia del crostaceo non è casuale, ed è particolarmente indicata per le osservazioni alle alte frequenze dei raggi X: per le aragoste, infatti, la visione non avviene tramite rifrazione da un cristallino, ma tramite riflessione della luce da migliaia di piccoli quadratini disposti su una superficie quasi sferica, verso la retina. Analogamente, il processo di focalizzazione nella banda dei raggi X avviene per riflessione replicando la visione a largo campo di questi crostacei. Questo consente allo strumento di osservare 3600 gradi quadrati (quasi un decimo della sfera celeste) in un solo puntamento e, come dicevamo all’inizio, scandagliare l’intero cielo notturno in tre orbite intorno alla Terra, in poco più di quattro ore e mezzo.

La sonda Einstein Probe, infine, trasmetterà un segnale di allarme per attivare altri telescopi sulla Terra e nello spazio che operano ad altre lunghezze d’onda (dalla radio ai raggi gamma). Questi punteranno rapidamente verso la nuova sorgente per raccogliere preziosi dati a più lunghezze d’onda, consentendo così uno studio più approfondito dell’evento. Si tratta di una pratica ormai consolidata in quella che viene definita “astronomia multimessaggera”, fondamentale per studiare quali processi fisici innescano l’emissione di energia e radiazione da parte di oggetti transienti e altamente energetici.

Nei prossimi sei mesi, il team di Einstein Probe sarà impegnato nei test e nella calibrazione degli strumenti. Dopo questa fase di preparazione, comincerà la fase scientifica in cui la sonda trascorrerà almeno tre anni osservando attentamente l’intero cielo a raggi X. L’Esa, come partner del progetto, ha partecipato ai test e alla calibrazione dei due telescopi a bordo, e ha sviluppato il gruppo di specchi di uno dei due telescopi di Fxt in collaborazione con Mpe e Media Lario (un’azienda italiana), e ha anche fornito il sistema per deviare gli elettroni indesiderati dai rivelatori (il deviatore di elettroni). Per tutta la durata della missione, poi, le stazioni di terra dell’Esa saranno utilizzate per aiutare a scaricare i dati dal veicolo spaziale. La ricompensa scientifica, per Esa, sarà l’accesso al 10% dei dati generati dalle osservazioni di Einstein Probe.

Rappresentazione artistica di un oggetto compatto e della sua stella compagna. Crediti: Eso/L. Calçada

Scoperto un legame diretto tra la morte esplosiva delle stelle massicce e la formazione degli oggetti più compatti ed enigmatici dell’universo: i buchi neri e le stelle di neutroni. Con l’aiuto del Vlt (Very Large Telescope) e dell’Ntt (New Technology Telescope) dell’Eso (Osservatorio europeo australe), due gruppi di ricerca hanno potuto osservare le conseguenze dell’esplosione di supernova in una galassia del nostro vicinato, trovando testimonianze del misterioso oggetto compatto lasciato dall’evento.

Quando le stelle massicce arrivano alla fine della propria vita, collassano sotto la loro stessa gravità così rapidamente che ne consegue una violenta esplosione, nota come supernova. Gli astronomi ritengono che, terminata l’agitazione conseguente all’esplosione, ciò che resta sia il nucleo ultradenso – o resto compatto – della stella. A seconda della massa della stella, il resto compatto sarà una stella di neutroni – un oggetto così denso che un cucchiaino del suo materiale peserebbe circa mille miliardi di chilogrammi, qui sulla Terra – o un buco nero – un oggetto da cui nulla, neppure la luce, può sfuggire.

Gli astronomi avevano già trovato nel passato molti indizi che suggeriscono questa catena di eventi, come la scoperta di una stella di neutroni all’interno della Nebulosa del Granchio, la nube di gas rimasta dopo l’esplosione di una stella quasi mille anni fa, ma non avevano mai visto prima d’ora questo processo in tempo reale, il che implica la mancanza di una prova diretta di una supernova che lascia dietro di sé un resto compatto. «Nel nostro lavoro stabiliamo questo collegamento diretto», dice Ping Chen, ricercatore presso il Weizmann Institute of Science, Israele, e autore principale di un articolo pubblicato oggi su Nature e presentato al 243° incontro dell’American Astronomical Society a New Orleans (Usa).

Il colpo di fortuna dei ricercatori è arrivato nel maggio 2022, quando l’astronomo dilettante sudafricano Berto Monard ha scoperto la supernova Sn 2022jli nel braccio a spirale della galassia del nostro vicinato Ngc 157, situata a 75 milioni di anni luce di distanza da noi. Due gruppi separati hanno rivolto la loro attenzione alle conseguenze di questa esplosione e ne hanno scoperto il comportamento singolare.

Dopo l’esplosione, la luminosità della maggior parte delle supernova si affievolisce con il tempo; gli astronomi vedono un declino graduale e continuo nella “curva di luce” dell’esplosione. Ma il comportamento di Sn 2022jli è molto peculiare: quando la luminosità complessiva diminuisce, non lo fa in modo continuo, ma oscilla invece su e giù ogni 12 giorni circa. «Vediamo nei dati di Sn 2022jli una sequenza ripetuta di aumento e diminuzione della luminosità», dice Thomas Moore, dottorando presso la Queen’s University di Belfast, Irlanda del Nord, che ha condotto uno studio sulla supernova pubblicato alla fine dello scorso anno sulla rivista The Astrophysical Journal. «È la prima volta che troviamo oscillazioni periodiche ripetute, su molti cicli, nella curva di luce di una supernova», nota Moore nel suo articolo.

Questa rappresentazione artistica mostra il processo attraverso il quale una stella massiccia all’interno di un sistema binario diventa una supernova. La serie di eventi si è verificata nella supernova Sn 2022jli ed è stata rivelata per mezzo di osservazioni con on il Vlt (Very Large Telescope) e con l’Ntt (New Technology Telescope) dell’Eso. Dopo che una stella massiccia è esplosa come una supernova, ha lasciato dietro di sé un oggetto compatto: una stella di neutroni o un buco nero. La stella compagna è sopravvissuta all’esplosione, ma di conseguenza la sua atmosfera è diventata più gonfia del solito. L’oggetto compatto e la sua compagna hanno continuato a orbitare l’uno intorno all’altra, con l’oggetto compatto che rubava regolarmente materia dall’atmosfera rigonfia dell’altra. Questo accumulo di materia è stato visto nei dati ottenuti dai ricercatori come fluttuazioni regolari di luminosità e moti periodici di idrogeno gassoso. Crediti: Eso/L. Calçada

Sia il gruppo di Moore che quello di Chen ritengono che questo comportamento potrebbe essere spiegato dalla presenza di più di una stella nel sistema Sn 2022jli. In effetti, non è insolito che le stelle massicce siano in orbita insieme con una stella compagna in quello che è noto come sistema binario, e la stella che ha provocato Sn 2022jli non fa eccezione. Ciò che è notevole in questo sistema, tuttavia, è che sembra che la stella compagna sia sopravvissuta alla morte violenta dell’altra e che i due oggetti, il resto compatto e la compagna, abbiano continuato a orbitare l’uno intorno all’altro.

I dati raccolti dal gruppo di Moore, che includevano osservazioni con l’Ntt dell’Eso nel deserto di Atacama in Cile, non hanno permesso loro di definire esattamente come l’interazione tra i due oggetti abbia causato le variazioni nella curva di luce. Ma il gruppo di Chen ha realizzato ulteriori osservazioni. Hanno trovato nella luminosità in banda visibile del sistema le stesse fluttuazioni regolari che il team di Moore aveva rilevato e hanno anche individuato moti periodici di idrogeno gassoso ed esplosioni di raggi gamma nel sistema. Le loro osservazioni sono state possibili grazie a una flotta di strumenti a terra e nello spazio, incluso lo strumento X-shooter installato sul Vlt dell’Eso, anch’esso situato in Cile.

Rappresentazione artistica di una stella in un sistema binario mentre esplode in supernova. Crediti:
Eso/L. Calçada

Mettendo insieme tutti gli indizi, i due gruppi in generale concordano sul fatto che quando la stella compagna ha interagito con il materiale espulso durante l’esplosione della supernova, la sua atmosfera ricca di idrogeno è diventata più gonfia del solito. Di conseguenza, l’oggetto compatto rimasto dopo l’esplosione sfrecciando attraverso l’atmosfera della compagna durante l’orbita le ruberebbe gas idrogeno, formando intorno a sé un disco caldo di materia. Questo furto periodico di materia, o accrescimento, produrrebbe molta energia, rilevata come cambiamenti regolari di luminosità nelle osservazioni.

Anche se i due gruppi non hanno potuto osservare la luce proveniente direttamente dall’oggetto compatto, hanno concluso che questo furto di energia può essere dovuto solo a una stella di neutroni invisibile, o forse a un buco nero, che risucchia materia dall’atmosfera gonfia della stella compagna. «La nostra ricerca è come risolvere un puzzle raccogliendo tutte le prove possibili», conclude Chen. «Tutti questi pezzi messi in ordine portano alla verità».

Nonostante la conferma della presenza di un buco nero o di una stella di neutroni, c’è ancora molto da svelare su questo sistema enigmatico, tra cui l’esatta natura dell’oggetto compatto o a quale fine potrebbe tendere questo sistema binario. I telescopi di prossima generazione come l’Elt (Extremely Large Telescope) dell’Eso, la cui entrata in funzione è prevista per la fine di questo decennio, aiuteranno in questo senso, consentendo agli astronomi di rivelare dettagli senza precedenti di questo sistema unico.

Fonte: comunicato stampa Eso

Per saperne di più:

• Leggi su Nature l’articolo “A 12.4-day periodicity in a close binary system after a supernova”, di Ping Chen, Avishay Gal-Yam, Jesper Sollerman, Steve Schulze, Richard S. Post, Chang Liu, Eran O. Ofek, Kaustav K. Das, Christoffer Fremling, Assaf Horesh, Boaz Katz, Doron Kushnir, Mansi M. Kasliwal, Shri R. Kulkarni, Dezi Liu, Xiangkun Liu, Adam A. Miller, Kovi Rose, Eli Waxman, Sheng Yang, Yuhan Yao, Barak Zackay, Eric C. Bellm, Richard Dekany, Andrew J. Drake, Yuan Fang, Johan P. U. Fynbo, Steven L. Groom, George Helou, Ido Irani, Theophile Jegou du Laz, Xiaowei Liu, Paolo A. Mazzali, James D. Neill, Yu-Jing Qin, Reed L. Riddle, Amir Sharon, Nora L. Strotjohann, Avery Wold e Lin Yan

Il pallone aerostatico al momento del decollo nei pressi di Alice Springs, in Australia. Crediti: Graine Collaboration

Una serie di pellicole a emulsione sensibile alla luce sono state impilate a strati e fatte volare a bordo di un pallone aerostatico a circa quaranta chilometri di quota sopra l’Australia, con lo scopo di rilevare e “fotografare” sorgenti di raggi gamma. La tecnica ingegnosa messa a punto da un team di ricercatori dell’università giapponese di Kobe ha combinato insieme il più classico metodo di cattura delle immagini – le pellicole fotografiche – con le più recenti tecniche di acquisizione dei dati e un dispositivo di registrazione del tempo. Il progetto si chiama Graine (Gamma-Ray Astro-Imager with Nuclear Emulsion) ed è stato pensato per l’osservazione ad alta risoluzione angolare di raggi γ cosmici di energia compresa tra i 10 MeV e i 100 GeV.

Lo scorso dicembre è stata pubblicata sulla rivista The Astrophysical Journal la prima immagine risultante dai dati degli esperimenti fatti con questo dispositivo: a confermare le sue prestazioni complessive di rilevazione e di imaging di una sorgente di raggi gamma è stata la pulsar delle Vele, immortalata con una precisione senza precedenti nella banda di frequenza a cui il rilevatore è sensibile.

L’immagine della pulsar della Vela ottenuta grazie al dispositivo dell’università di Kobe. Il cerchio in basso a sinistra indica la dispersione dell’immagine della pulsar ottenuta con il nuovo sistema mentre il cerchio grande tratteggiato rappresenta la dispersione della migliore immagine a raggi gamma precedente di un oggetto stellare diverso. Crediti: Graine Collaboration

«Abbiamo catturato un totale di diverse migliaia di miliardi di tracce con una precisione di 0,0001 millimetri. Aggiungendo le informazioni temporali e combinandole con le informazioni di monitoraggio dell’assetto, siamo stati in grado di determinare quando e dove gli eventi hanno avuto origine con una tale precisione che la risoluzione risultante è stata più di quaranta volte superiore a quella dei telescopi di raggi gamma convenzionali», dice per riassumere i risultati ottenuti Shigeki Aoki dell’università di Kobe, autore dello studio.

Basandosi sull’elevata sensibilità delle pellicole usate e su un processo innovativo automatizzato ad alta velocità di estrazione dei dati da esse, l’idea dei ricercatori è stata quella di impilare una serie di pellicole così da poter ricostruire con precisione la traiettoria delle particelle prodotte dal raggio gamma al momento dell’impatto. Per ridurre le interferenze atmosferiche, la pila di pellicole è stata poi montata a bordo di un pallone aerostatico adatto alle misurazioni scientifiche fatto volare nella stratosfera, a una quota compresa tra i trentacinque e i quaranta chilometri.

Per poi stabilizzare le oscillazioni del dispositivo causate dal vento, è stata aggiunta una serie di telecamere per registrare l’orientamento rispetto alle stelle momento per momento. Quanto all’informazione temporale sugli eventi che impressionavano la pellicola, gli autori dell’esperimento hanno adottato una soluzione geniale: i tre strati inferiori della pellicola sono stati fatti muovere avanti e indietro a velocità regolari ma diverse tra loro, come le tre lancette di un orologio, in modo da ricostruire – dalla dislocazione relativa delle tracce in queste lastre inferiori – l’ora precisa dell’impatto e correlarla con le riprese delle telecamere.

Una sezione della pellicola dopo lo sviluppo. Le tracce delle particelle prodotte dagli impatti dei raggi gamma sono visibili come piccoli punti grigiastri su tutto il piano. Crediti: Graine Collaboration

I dati da cui è stata ricavata l’immagine risalgono all’esperimento condotto nel 2018 ottenuti con tempi di esposizione di oltre diciassette ore, di cui quasi sette dedicate solo alla Vela. Un esperimento analogo era stato già fatto dallo stesso gruppo nel 2015, e rispetto alla volta precedente sono stati ottenuti miglioramenti significativi di un fattore 5 in termini di qualità dell’immagine, se si considerano l’aumento dell’area efficace per unità di tempo e la riduzione del contributo di fondo.

La nuova tecnica osservativa aprirebbe la possibilità di catturare molti più dettagli in questa banda di frequenza della luce rispetto al passato. «Con questo metodo possiamo tentare di contribuire a molte aree dell’astrofisica», conclude Aoki, «e in particolare di sviluppare le possibilità del nostro telescopio a raggi gamma all’astronomia multi-messaggera, dove sono necessarie misure simultanee dello stesso evento catturato con tecniche diverse».

Per saperne di più:

• Leggi su The Astrophysical Journal l’articolo “First Emulsion γ-Ray Telescope Imaging of the Vela Pulsar by the GRAINE 2018 Balloon-borne Experiment” di S. Takahashi, S. Aoki, A. Iyono, A. Karasuno, K. Kodama, R. Komatani, M. Komatsu, M. Komiyama, K. Kuretsubo, T. Marushima, S. Matsuda, K. Morishima, M. Morishita, N. Naganawa, M. Nakamura, M. Nakamura, T. Nakamura, Y. Nakamura, N. Nakano, T. Nakano, K. Nakazawa, A. Nishio, M. Oda, H. Rokuj, O. Sato, K. Sugimura, A. Suzuki, M. Torii, S. Yamamoto e M. Yoshimoto

Ernesto Palomba (Inaf Iaps Roma) al laboratorio di luce di sincrotrone Dafne con la scatola contenente i grani dell’asteroide. Crediti: Infn Lnf

I due grani a disposizione del gruppo di ricerca sono denominati C0242 (del peso di 0,7 milligrammi e lunghezza di 1,712 millimetri) e A0226 (pesante 1,9 milligrammi e lunghezza di 2,288 millimetri). Ciascun grano è posto all’interno di un particolare recipiente di acciaio riempito di azoto, il cui scopo è sia di preservare il grano evitando contaminazioni dovute alle polveri e al vapore d’acqua presenti nell’ambiente, sia di permettere un trasporto sicuro. Per rendere onore alla cultura giapponese, il team italiano ha deciso di assegnare un nome ai due grani attingendo alla tradizione degli Anime, in particolare le opere dello studio Ghibli con il suo creatore Hayao Miyazaki. I nomi sono stati scelti guardando sia alla forma (A0226-Totoro) dal film Il mio vicino Totoro, sia al compito di Hayabusa-2 di spedire a Terra campioni extraterrestri (C0242-Kiki) dal film Kiki – Consegne a domicilio.

Le prime indagini di spettroscopia nell’infrarosso prendono il via presso il laboratorio di luce di sincrotrone Dafne Luce dei Laboratori nazionali di Frascati dell’Infn, sfruttando così la luce prodotta dall’acceleratore di particelle dei laboratori, Dafne. E, per preservare al meglio i due frammenti di asteroide, i ricercatori hanno ideato e realizzato delle attrezzature speciali. «Per la prima volta apriremo i contenitori dove sono contenuti in atmosfera protetta per poter fare le prime analisi spettroscopiche nell’infrarosso. In questi mesi abbiamo messo a punto dei portacampioni “universali” in grado di poter tener fermo ciascuno dei due frammenti per tutta la durata delle analisi, che durerà alcuni mesi», spiega Ernesto Palomba, ricercatore Inaf e professore presso l’Università “Federico II” di Napoli, che coordina le operazioni di analisi. «Le tecniche e gli strumenti che abbiamo progettato e realizzato permetteranno di analizzare i campioni preservandoli dalla contaminazione dell’atmosfera terrestre che li danneggerebbe irreversibilmente, cancellando informazioni preziose per capire i meccanismi di formazione ed evoluzione del nostro Sistema solare e dei corpi che lo abitano, compresa la nostra Terra».

Il portacampioni (a destra) con all’interno i due grani sotto al microscopio infrarosso. Crediti: Infn Lnf

Con le prime analisi il gruppo di ricerca si focalizzerà sullo studio della mineralogia, della materia organica e dell’acqua presente in questi campioni per ottenere le prime informazioni da questi veri e propri fossili del Sistema solare, che risalirebbero proprio alle primissime fasi di formazione del nostro sistema planetario, ovvero circa quattro miliardi di anni fa.

«La luce di sincrotrone di Dafne consentirà di analizzare in modo totalmente non distruttivo i micro-frammenti dei minerali contenuti nei grani dell’asteroide Ryugu. Le analisi verranno svolte utilizzando un rivelatore per imaging nel medio infrarosso e consentiranno di evidenziare una eventuale presenza di tracce di materiale organico, fornendo importanti informazioni sulle interazioni fisico-chimiche tra molecole organiche e minerali che potrebbero aver avuto un ruolo nell’origine della vita sulla Terra o in altri corpi del Sistema solare», spiega Mariangela Cestelli Guidi, ricercatrice Infn, responsabile della linea di luce di sincrotrone nell’infrarosso del Laboratorio Dafne Luce.

Le analisi dei campioni a Frascati si protrarranno per circa due settimane. Poi i grani di Ryugu verranno trasportati all’Università di Firenze per ulteriori indagini volte ad ottenere maggiori informazioni sulla storia di questi campioni.

«I grani di Ryugu arriveranno a Firenze entro un mese e vi rimarranno per circa sei settimane», sottolinea Giovanni Pratesi, docente di mineralogia planetaria all’Università di Firenze e leader del gruppo di ricerca Unifi. «L’obiettivo di queste ulteriori indagini è quello di caratterizzare la morfologia e la composizione chimica della superficie dei frammenti, cosa che ci permetterà di avere informazioni preziose per aiutarci a ricostruire la storia di questo asteroide ma anche del nostro Sistema solare».

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Un esempio di supernova scoperta dalla Dark Energy Survey nel campo coperto da uno dei singoli rivelatori della Dark Energy Camera. La supernova è esplosa in una galassia a spirale con redshift 0,04528 che corrisponde a un tempo di viaggio della luce di circa 0,6 miliardi di anni. In confronto, il quasar sulla destra ha un redshift di 3,979 e un tempo di viaggio della luce di 11,5 miliardi di anni. Crediti: Collaborazione Des/NoirLab/Nsf/Aura/M. Zamani

Nel 1998 due gruppi distinti di astrofisici, utilizzando i telescopi dell’Osservatorio di Cerro Tololo (Ctio) e dell’Osservatorio nazionale di Kitt Peak della National Science Foundation (Nsf) degli Stati Uniti, entrambi programmi del NoirLab della Nsf, hanno scoperto che l’universo si sta espandendo a un ritmo accelerato. Questo fenomeno è attribuito a una misteriosa entità chiamata energia oscura che costituisce circa il 70% dell’universo. La scoperta è stata una sorpresa per gli astrofisici che, all’epoca, si aspettavano un rallentamento dell’espansione dell’universo.

Questa scoperta rivoluzionaria è stata ottenuta grazie alle osservazioni di una particolare classe di stelle che esplodono, chiamate supernove di tipo Ia, ed è stata premiata con il Premio Nobel per la Fisica nel 2011.

Ora, 25 anni dopo la scoperta, gli scienziati che lavorano alla Dark Energy Survey (Des) hanno reso noti i risultati di un’analisi senza precedenti che utilizza la stessa tecnica per sondare i misteri dell’energia oscura e porre i vincoli più stringenti di sempre sulla storia dell’espansione dell’universo. In una presentazione al 243° meeting dell’American Astronomical Society tenutasi l’8 gennaio 2024, e in un articolo sottomesso su Astrophysical Journal, gli astrofisici riportano risultati coerenti con il modello cosmologico standard di un universo in espansione accelerata, ma non tali da escludere un modello forse più complesso.

Il Des è una collaborazione internazionale che comprende più di 400 scienziati di oltre 25 istituzioni, guidata dal Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, che per le sue indagini utilizza la Dark Energy Camera (DeCam), una fotocamera digitale da 570 megapixel costruita dal Fermilab e montata sul telescopio Víctor M. Blanco del Ctio, in Cile. Grazie all’acquisizione di dati avvenuta durante 758 notti nell’arco di sei anni, gli scienziati del Des hanno mappato un’area pari a quasi un ottavo dell’intero cielo.

La storia dell’espansione dell’universo può essere tracciata confrontando le velocità di recessione (redshift) con le distanze determinate per ogni supernova. Il risultato della Dark Energy Survey mostra che l’espansione è stata accelerata con il tempo cosmico, la firma dell’energia oscura. Crediti: Collaborazione Des

Tra le osservazioni di circa due milioni di galassie lontane, gli scienziati hanno trovato diverse migliaia di supernove, rendendo questo campione il più grande e profondo mai ottenuto da un singolo telescopio. I ricercatori del Des hanno poi utilizzato tecniche avanzate di apprendimento automatico per classificare tali supernove e setacciare il campione in un set di dati uniforme di alta qualità con 1499 probabili supernove di tipo Ia, triplicando così il numero di supernove Ia osservate oltre un redshift di 0,2 e quintuplicando il numero oltre un redshift di 0,5. «Si tratta di un aumento davvero imponente rispetto a 25 anni fa, quando per dedurre l’energia oscura si utilizzavano solo 52 supernove», dichiara Tamara Davis, docente presso l’Università del Queensland in Australia. Questo ampio campione di supernove, che copre una vasta gamma di distanze, può essere utilizzato per tracciare la storia dell’espansione cosmica. Per ogni supernova, gli scienziati del Des correlano la sua distanza con la misura del suo redshift, ossia la velocità con cui si allontana dalla Terra a causa dell’espansione dell’universo. Insieme, questi due fattori permettono di capire se la densità di energia oscura nell’universo è rimasta costante o è cambiata nel tempo.

«Quando l’universo si espande, la densità di materia diminuisce», spiega il direttore e portavoce del Des Rich Kron, scienziato del Fermilab e dell’Università di Chicago. «Ma se la densità di energia oscura è costante, significa che la percentuale totale di energia oscura deve aumentare con l’aumentare del volume».

Il Modello cosmologico standard, noto come ΛCDM, descrive l’evoluzione dell’universo utilizzando solo alcune caratteristiche come la densità della materia, il tipo di materia e il comportamento dell’energia oscura. Mentre il ΛCDM presuppone che la densità dell’energia oscura nell’universo sia costante nel tempo e non diminuisca con l’espansione dell’universo, i risultati della Des Supernova Survey suggeriscono che ciò potrebbe non essere vero.

Redshift è il termine usato per descrivere l’allungamento delle lunghezze d’onda della luce di un oggetto come risultato dell’espansione dell’universo; maggiore è la distanza dell’oggetto, maggiore è il redshift. La storia dettagliata dell’espansione dell’universo è determinata da una relazione precisa tra le distanze delle galassie – o delle supernove – e i loro redshift. Crediti: Collaborazione Des

I risultati sono stati ottenuti combinando i dati Des con quelli complementari del telescopio Planck dell’Agenzia Spaziale Europea. Un risultato intrigante di questa indagine è che per la prima volta è stato misurato un numero sufficiente di supernove lontane per effettuare una misurazione altamente dettagliata della fase di decelerazione dell’universo e per vedere dove l’universo passa dalla decelerazione all’accelerazione. I risultati sono coerenti con l’ipotesi di una energia oscura a densità constante nell’universo, ma lasciano aperta una strada alla sua eventuale variazione nel tempo.

Le tecniche innovative di cui il Des è stato pioniere daranno forma e impulso alle future analisi astrofisiche. Progetti come l’imminente Legacy Survey of Space and Time (Lsst) – che sarà condotto dal Vera C. Rubin Observatory, gestito congiuntamente dal NoirLab della Nsf e dallo Slac National Accelerator Laboratory del Doe – nonché il Nancy Grace Roman Space Telescope della Nasa, riprenderanno da dove il Des ha lasciato. «Stiamo sperimentando tecniche che saranno direttamente utili per la prossima generazione di survey sulle supernove», dichiara Kron.

«Questo risultato dimostra chiaramente il valore dei progetti di survey astronomiche che continuano a produrre scienza eccellente anche dopo la fine della raccolta dei dati», conclude Nigel Sharp, direttore del programma della Divisione Scienze Astronomiche della Nsf. «Abbiamo bisogno del maggior numero possibile di approcci diversi per capire cosa sia e cosa non sia l’energia oscura. Questa è una strada importante per la comprensione».

Per saperne di più:

• Leggi su arXiv il pre-print dell’articolo “The Dark Energy Survey: Cosmology Results With ~1500 New High-redshift Type Ia Supernovae Using The Full 5-year Dataset” della Collaborazione Des

Guarda il servizio video di MediaInaf Tv:

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media.inaf.it/2024/01/09/doppi…
Il quadro che vedete qui dipinto è una regione di formazione stellare dove da circa 8-10 milioni di anni nuove stelle nascono continuamente. Potreste immaginare di vederla volgendo il vostro sguardo verso la Grande Nube di Magellano, e potendovi spingere fino a circa 160mila anni luce dalla Terra. Non la vedreste proprio così, comunque, perché i colori che compongono questa immagine colgono alcune lunghezze d’onda interdette alla vista umana. La nube color viola che avvolge tutta la regione, ad esempio, è stata vista ai raggi X dal telescopio spaziale Chandra. Si tratta di gas surriscaldato ad altissima energia e temperatura, proveniente da un fenomeno astrofisico molto energetico come l’esplosione di una supernova. Si estende per circa 130 anni luce, un’area considerevole se pensiamo che Proxima Centauri, la stella più vicina al Sole, si trova ad appena 4 anni luce.

Immagine della regione di formazione stellare 30 Dor B nella Grande Nube di Magellano, ottenuta dalla sovrapposizione dei dati raccolti nei raggi X da Chandra, dei dati ottici del telescopio di 4m Blanco in Cile e di Hubble, e dei dati infrarossi del satellite Spitzer. Crediti: raggi X: Nasa/Cxc/Penn State Univ./L. Townsley et al.; ottico: Nasa/Stsci/Hst; infrarosso: Nasa/Jpl/Caltech/Sst; processing dell’immagine: Nasa/Cxc/Sao/J. Schmidt, N. Wolk, K. Arcand

Per costruire quest’immagine gli autori di un articolo pubblicato su The Astronomical Journal hanno usato oltre due milioni di secondi di osservazione del telescopio spaziale Chandra, puntandolo verso un resto di supernova noto come 30 Doradus B (30 Dor B). Si tratta, più precisamente, di una pulsar, una stella di neutroni rotante che emette radiazione elettromagnetica in un cono ristretto come una sorta di faro. La rilevazione ai raggi X (in viola) è stata poi sovrapposta ai dati ottici del telescopio Blanco di 4 metri in Cile (arancione e azzurro) e ai dati a infrarossi del telescopio spaziale Spitzer della Nasa (in rosso). Infine, sono stati aggiunti anche i dati ottici del telescopio spaziale Hubble della Nasa in bianco e nero per evidenziare più nitidamente alcune caratteristiche dell’immagine.

Non si tratta però di una semplice composizione “artistica”. Grazie alla combinazione di più lunghezze d’onda, gli autori dello studio hanno realizzato che nessuna singola esplosione di supernova potrebbe spiegare quanto osservato. La pulsar 30 Dor B, infatti, risultato dell’esplosione di una supernova dal collasso di una stella massiccia circa 5 mila anni fa, sarebbe responsabile di un’emissione brillante ai raggi X confinata al centro della regione. Il guscio più grande e debole osservato ai raggi X, invece, sarebbe troppo esteso per essere stato generato così recentemente, e potrebbe invece essere stato generato da una seconda esplosione di supernova precedente. L’intervallo di tempo che abbiamo citato all’inizio, 10 milioni di anni, infatti, corrisponde a un tempo di vita sufficiente affinché stelle molto massicce concludano il loro ciclo di vita (molto più breve rispetto alle stelle di media e piccola massa) per generare esplosioni estreme come quelle avvenute in questa regione. Proprio in virtù di questo, gli astronomi usano l’emissione generata dall’esplosione delle supernove in seguito alla morte di stelle massicce per calcolare il tasso di formazione stellare recente delle galassie, ovvero quante nuove stelle stanno formando, in media, anno dopo anno. La nostra galassia, la Via Lattea, ad esempio, forma circa l’equivalente in massa di 3 stelle simili al Sole ogni anno. E non è un caso, infatti, se la regione in cui si trova 30 Dor B, nota anche come Nebulosa della Tarantola, sia considerata la più grande regione di formazione stellare nel Gruppo Locale al quale appartiene anche la Via Lattea.

Per saperne di più:

• Leggi su The Astronomical Journal l’articolo “New insights on 30 Dor B revealed by high-quality multiwavelength observations“, di Wei-An Chen, Chuan-Jui Li, You-Hua Chu, Shutaro Ueda, Kuo-Song Wang, Sheng-Yuan Liu e Bo-An Chen

Confronto tra le prime immagini di Urano e Nettuno ricostruite a partire dalle immagini della sonda Voyager 2, rispettivamente nel 1986 e nel 1989, che mostrano Urano di colore verde-blu pallido e Nettuno blu scuro. Mentre queste prime immagini di Urano erano vicine al colore “vero”, le immagini di Nettuno erano in realtà distorte e migliorate. Sotto, le ricostruzioni più recenti dei colori reali di questi pianeti, che mostrano colori più simili tra loro. Crediti: Nasa/Jpl-Caltech/Björn Jónsson.

Le immagini iconiche di Urano colorato di verde pallido e di Nettuno di un profondo color blu hanno catturato la nostra immaginazione per anni. Eppure i colori che abbiamo sempre associato ai due gemelli gassosi del nostro Sistema solare – entrambi freddi, fatti in parte da gas e in parte da ghiaccio e con composizioni chimiche e masse non troppo diverse – sono “sbagliati”. La smentita arriva dall’Università di Oxford, in Inghilterra: i due giganti ghiacciati sono molto più simili nel colore di quanto si credesse comunemente.

«I see your true colors shining through», vedo i tuoi veri colori brillare, avrebbe potuto a questo punto cantare Cindy Lauper. La corretta tonalità dei pianeti è stata confermata da uno studio, pubblicato su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, condotto da Patrick Irwin (Università di Oxford) e il suo team con i dati ottenuti dallo strumento Stis (Space Telescope Imaging Spectrograph) del telescopio spaziale Hubble e dal Multi Unit Spectroscopic Explorer (Muse) del Very Large Telescope dello European Southern Observatory. Gli scienziati, già da tempo consapevoli che la maggior parte delle immagini dei due pianeti non riflettono accuratamente i veri colori, hanno ora scoperto che entrambi i mondi hanno una tonalità simile di blu verdastro, contrariamente alla convinzione comune che Nettuno sia di un azzurro-blu intenso e Urano abbia un aspetto ciano pallido.

L’errore sui colori dei due pianeti deriva dalle immagini acquisite nel corso del XX secolo – comprese quelle della missione Voyager 2 della Nasa, l’unica sonda che abbia sorvolato questi mondi da vicino – registrate con colori separati, e solo in un secondo tempo combinate per produrre immagini composite a colori. Le immagini finali, però, non sempre sono state accuratamente bilanciate per ottenere un’immagine a colori “vera”. Non solo: il contrasto delle prime immagini di Nettuno era stato fortemente potenziato per rivelare meglio le nubi, le bande e i venti e comprendere meglio la struttura del pianeta. «Se le note immagini di Urano dalla sonda Voyager 2 sono state pubblicate in una versione più vicina al colore reale, quelle di Nettuno sono state, di fatto, distorte e migliorate, rendendole artificialmente “troppo blu”», spiega Irwin. «E se la colorazione artificialmente satura era un fatto all’epoca ben noto tra gli scienziati planetari – le immagini furono pubblicate con didascalie apposite –, la distinzione [tra “reale” e “ricostruito”, ndr] si è persa nel tempo».

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Per ottenere una rappresentazione più accurata possibile dei colori dei due pianeti, gli autori del nuovo studio hanno utilizzato i dati di Stis e Muse, strumenti in cui per ogni pixel c’è uno spettro continuo di colori, consentendo dunque un’elaborazione senza ambiguità. Le osservazioni così ottenute hanno consentito di ricalibrare le immagini composite a colori registrate dalla fotocamera del Voyager 2 e dalla Wide Field Camera 3 del telescopio spaziale Hubble. «Applicando il nostro modello ai dati originali», dice Irwin, «siamo stati in grado di ricostituire la rappresentazione più accurata mai ottenuta del colore di Nettuno e di Urano». I due pianeti hanno una tonalità di blu verdastro piuttosto simile, tranne che per un leggero accenno di blu aggiuntivo su Nettuno dovuto, secondo il modello, al suo strato di foschia più sottile.

Illustrazione della sonda Voyager sovrapposta a un’immagine di Nettuno scattata da Voyager 2 meno di cinque giorni prima dell’avvicinamento della sonda al pianeta, il 25 agosto 1989. Crediti: Nasa/Jpl-Caltech

La ricerca ha anche gettato luce su un antico mistero: perché il colore di Urano cambia, seppur leggermente, durante la sua orbita di 84 anni intorno al Sole? Secondo varie misurazioni, infatti, Urano appare un po’ più verde ai solstizi – cioè in estate e in inverno, quando uno dei poli del pianeta è puntato verso la nostra stella – mentre durante gli equinozi – quando il Sole si trova sopra l’equatore – ha una sfumatura più tendente verso il blu. Sappiamo che ciò è dovuto, in parte, al fatto che Urano ha una rotazione molto insolita: nel corso della sua rivoluzione attorno al Sole, ruota quasi su un fianco, il che significa che durante i solstizi il polo nord o il polo sud del pianeta puntano quasi direttamente verso il Sole e la Terra, e ciò influenza la riflettanza della sua superficie – e quindi il colore a noi visibile.

Gli autori dello studio, dopo aver confrontato le immagini del gigante di ghiaccio con le misurazioni della sua luminosità registrate dall’Osservatorio Lowell, in Arizona, tra il 1950 e il 2016, sono giunti alla conclusione che qualsiasi cambiamento nella riflettanza delle regioni polari può avere un forte impatto sulla luminosità complessiva di Urano quando viene osservato dal nostro pianeta. Il modello sviluppato dagli scienziati ha rivelato, uin particolare, che le regioni polari di Urano sono più riflettenti nelle lunghezze d’onda verde e rossa rispetto a quelle blu, principalmente a causa della diversa abbondanza di metano. Tuttavia, questo non basta per spiegare completamente i motivi del cambiamento di colore. Gli scienziati hanno aggiunto, quindi, al modello di confronto gli spettri delle regioni polari ed equatoriali di Urano un nuovo parametro: una “cappa” di nebbia ghiacciata che si addensa e gradualmente diventa più spessa, osservata in precedenza sul polo estivo illuminato dal Sole mentre il pianeta si sposta dall’equinozio al solstizio. Questa cappa, composta probabilmente da particelle di ghiaccio di metano, aumenterebbe la rilfettanza nelle lunghezze d’onda verdi e rosse, spiegando così il colore più verde di Urano durante i solstizi. «Questo è il primo studio che abbina un modello quantitativo ai dati di imaging per spiegare perché il colore di Urano cambia durante la sua orbita», sottolinaa Irwin. «In questo modo, abbiamo dimostrato che Urano è più verde al solstizio perché le regioni polari hanno una ridotta abbondanza di metano, ma anche un maggiore spessore di particelle di ghiaccio di metano che diffondono la luce».

Urano visto dallo strumento Wfc3 del telescopio Hubble nel periodo 2015-2022. Durante questa sequenza il polo nord, che ha un colore verde più chiaro, si gira verso il Sole e la Terra. In queste immagini sono evidenziate le linee dell’equatore e le linee di latitudine a 35N e 35S. Crediti: Oxford University Press.

«L’errata percezione del colore di Nettuno e gli insoliti cambiamenti di colore di Urano ci hanno tormentato per decenni. Questo studio dovrebbe finalmente mettere a tacere entrambe le questioni», dice Heidi Hammel, ricercatrice di Aura che ha trascorso decenni a studiare i due i due giganti di ghiaccio, destinazione agognata sin dagli anni Ottanta per missioni di esplorazione robotica.

«Una missione per esplorare il sistema uraniano – dalla sua bizzarra atmosfera stagionale, alla sua variegata collezione di anelli e lune – è una priorità assoluta per le agenzie spaziali nei prossimi decenni», ricorda Leigh Fletcher, scienziato planetario dell’Università di Leicester, coautore dello studio. Tuttavia, anche un esploratore planetario di lunga durata, in orbita intorno a Urano, riuscirebbe a catturare solo una breve istantanea di un anno uraniano. «Studi da Terra come questo, che cercano di spiegare come l’aspetto e il colore del pianeta siano cambiati nel corso dei decenni in risposta alle stagioni più bizzarre del Sistema solare, rimangono quindi di primaria importanza per collocare le scoperte delle future missioni in un contesto più ampio».

Per saperne di più:

• Leggi l’articolo su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society “Modelling the seasonal cycle of Uranus’s colour and magnitude, and comparison with Neptune” di Patrick G J Irwin, Jack Dobinson, Arjuna James, Nicholas A Teanby, Amy A Simon, Leigh N Fletcher, Michael T Roman, Glenn S Orton, Michael H Wong et al.

Spettro sintetico Xrism di Sn 1987A ottenuto nello studio di Speranza et al. Lo spettro bianco comprende tutte le componenti fisiche e dinamiche considerate nello studio. Lo spettro blu, spostato verso l’alto per migliorare la visualizzazione, non include gli effetti derivanti dalla dinamica del materiale e alcuni effetti strumentali. Le curve azzurra e verde più in basso rappresentano rispettivamente lo spettro generato dal mezzo circumstellare investito dall’onda d’urto e il contributo degli ejecta. L’immagine sullo sfondo mostra Sn 1987A vista in raggi X dal telescopio spaziale Chandra della Nasa. Crediti: Speranza et al., ApJL, 2024; Nasa/Cxc/Psu/S.Park e D.Burrows

Sn 1987A è uno degli oggetti più importanti nello studio delle supernove e dei resti di supernova. Si tratta infatti dell’unica esplosione di supernova per collasso del nucleo (core-collapse supernova) avvenuta a distanze relativamente vicine – circa 170mila anni luce, nella Grande Nube di Magellano – in epoca moderna. È l’unico evento nell’universo per il quale disponiamo di osservazioni dirette tramite telescopio della stella progenitrice, della supernova stessa e del resto di supernova. Sn 1987A viene inoltre costantemente monitorato in diverse bande dello spettro elettromagnetico per osservarne e studiarne l’evoluzione.

La produzione di emissione di raggi X risulta particolarmente interessante poiché consente di seguire l’evoluzione dei fenomeni ad alta energia del materiale investito dalle onde d’urto in Sn 1987A. Sei mesi dopo l’esplosione (avvenuta il 23 febbraio 1987), l’emissione di raggi X ad alta energia (10-30 keV) è stata individuata grazie alle osservazioni effettuate con il satellite per osservazioni ai raggi X Ginga. Poco più di quattro anni dopo l’esplosione, osservazioni condotte con il satellite Rosat hanno permesso di individuare emissione di raggi X a energia più bassa (0.1-2.4 keV).

Complessivamente, nel corso degli anni, l’emissione di raggi X da Sn 1987A è sempre aumentata, anche se negli ultimi anni si è notata una diminuzione nell’emissione di raggi X nella banda a energia più bassa. Dettagliate simulazioni magnetoidrodinamiche tridimensionali, sviluppate dagli astronomi dell’Inaf di Palermo per riprodurre l’evoluzione complessiva del resto di supernova, hanno dimostrato che l’evoluzione di Sn 1987A si può dividere in tre distinti momenti: in una prima fase, l’emissione di raggi X era dominata dalla nube di gas attorno alla progenitrice, investita dall’onda d’urto generata dalla supernova; in una seconda fase, l’onda d’urto ha raggiunto una densa nube circumstellare, formata dalla stella durante i suoi ultimi stadi evolutivi, caratterizzata da una morfologia ad anello. In una terza fase, ci si aspetta di osservare l’emissione derivante dai frammenti espulsi dalla supernova (gli ejecta), colpiti dall’onda d’urto inversa generata dalla riflessione dell’onda d’urto sul mezzo circumstellare denso.

Questo spettro del resto di supernova N132D, ottenuto con lo strumento Resolve di Xrism, ben esemplifica le potenzialità del telescopio spaziale X giapponese per l’osservazione spettroscopica di questo tipo di oggetti. Crediti: Jaxa/Nasa/Xrism Resolve and Xtend

Sn 1987A sarà oggetto di osservazioni tramite il satellite Xrism dell’Agenzia spaziale giapponese (Jaxa) e della Nasa. Grazie al suo spettrografo rivoluzionario ad altissima risoluzione spettrale, Xrism consentirà di risolvere i contributi di emissione legati ai diversi elementi chimici presenti in Sn 1987A e alle sue varie componenti dinamiche con una precisione senza precedenti.

Per preparare la comunità scientifica alle innovative osservazioni di Sn 1987A che compierà Xrism, un team guidato da Vincenzo Sapienza (Università di Palermo e Osservatorio astronomico Inaf di Palermo) ha sintetizzato osservazioni spettroscopiche di circa 28 ore con Xrism (la stessa durata dell’osservazione pianificate come parte della fase di performance verification), basandosi sui modelli esistenti di Sn 1987A. Come previsto, i risultati sono sorprendenti: Xrism sarà in grado di risolvere l’allargamento delle righe spettrali, prodotte da ioni di elementi pesanti come silicio e magnesio altamente ionizzati, a causa dell’effetto Doppler indotto dal movimento degli ejecta all’interno del resto di supernova con velocità superiori ai 3000 km/sec. Inoltre, come previsto dai modelli, sarà possibile per la prima volta osservare l’emissione di raggi X prodotta dagli ejecta.

Vincenzo Speranza, ricercatore all’Università di Palermo e primo autore dello studio in uscita su ApJL

«La supernova 1987A, è una fonte di studio senza precedenti per comprendere l’evoluzione delle esplosioni di supernova data la sua giovinezza. Il mio lavoro sulla sintesi degli spettri dello strumento Xrism-Resolve rappresenta un importante sforzo propedeutico alle future osservazioni di questo resto di supernova», dice Sapienza a Media Inaf. «Questa ricerca è stata frutto di uno sforzo congiunto tra il nostro gruppo di ricerca – del quale fa parte, oltre agli astronomi dell’Inaf di Palermo, anche un ampio gruppo di ricercatori giapponesi – è all’avanguardia nello sviluppo di simulazioni magneto-idrodinamiche nel campo dei resti di supernova e sulla sintesi, da questi, di spettri che simulano le osservazioni che il telescopio Xrism sta conducendo. D’altro canto sono stato assistito nel lavoro di sintesi dai nostri collaboratori giapponesi, che mi hanno ospitato all’Università di Tokyo per svolgere questo lavoro a contatto con gli scienziati che hanno realizzato il telescopio Xrism. Siamo così riusciti a sintetizzare lo spettro X di Sn 1987A come verrebbe osservato dallo spettrometro ad alta risoluzione Xrism-Resolve nel 2024. Le previsioni mostrano che le linee di emissione saranno fortemente influenzate dagli ejecta, con uno profilo di emissione ampio e articolato dovuto al loro rapido movimento lungo la linea di vista. Il confronto tra questi spettri sintetici e quelli osservati dalle future osservazioni Xrism ci permetterà di rivelare chiaramente la presenza degli ejecta cosiddetti “shockati” e di avere una comprensione più approfondita sulla loro dinamica e composizione chimica».

Per saperne di più:

• Leggi il preprint dell’articolo in uscita su The Astrophysical Journal Letters “Probing Shocked Ejecta in SN 1987A: A novel diagnostic approach using Xrism-Resolve”, di Vincenzo Sapienza, Marco Miceli, Aya Bamba, Salvatore Orlando, Shiu-Hang Lee, Shigehiro Nagataki, Masaomi Ono, Satoru Katsuda, Koji Mori, Makoto Sawada, Yukikatsu Terada, Roberta Giuffrida e Fabrizio Bocchino

Coniato dagli astrofisici Amedeo Balbi e Adam Frank, il “collo di bottiglia dell’ossigeno” descrive la concentrazione atmosferica della molecola sotto la quale è improbabile che una specie diventi tecnologica. Crediti: University of Rochester / Michael Osadciw

Se oggi il nostro pianeta pullula di forme di vita complesse e intelligenti lo dobbiamo senz’ombra di dubbio all’ossigeno, la molecola della vita per antonomasia. Dai livelli di ossigeno nell’atmosfera terrestre è dipeso infatti l’emergere della multi-cellularità e la comparsa e lo sviluppo della vita animale. C’è, dunque, un legame diretto tra ossigeno e vita.

L’ossigeno sulla Terra è stato fondamentale però anche per un altro motivo, forse meno ovvio ma altrettanto importante, che ha portato all’affermazione stessa della civiltà: la comparsa della tecnologia. L’ossigeno è indispensabile per la combustione. La sua disponibilità ha permesso ai nostri antenati di accendere fuochi e di utilizzarli come fonte di energia, fino alla rivoluzione industriale e oltre, attraverso lo sviluppo di nuove tecnologie.

Oltre che un legame tra ossigeno e vita, esiste dunque un legame tra ossigeno e sviluppo ed evoluzione di specie tecnologiche. E poiché dalla produzione di tecnologie, come ad esempio i radiotelescopi, dipende anche la nostra capacità di comunicare a distanze interstellari, ne consegue che, per estensione, esiste un legame tra l’ossigeno e la nostra capacità di inviare segnali altrove nell’universo.

Proprio la relazione tra ossigeno, sviluppo di tecnologie avanzate e capacità di produrre tecnofirme è l’oggetto di uno studio pubblicato il 28 dicembre scorso su Nature Astronomy. Gli autori della pubblicazione sono due. Uno è Adam Frank, professore di fisica e astronomia all’Università di Rochester, negli Usa. L’altro è Amedeo Balbi, professore associato all’Università di Roma Tor Vergata, scrittore e divulgatore scientifico. Lo abbiamo intervistato.

Prima di entrare nel merito della pubblicazione, chiariamo il significato di due termini ricorrenti, utili a comprendere l’essenza dello studio: tecnofirme e tecnosfere. Di cosa si tratta?

«Le tecnofirme, come suggerisce il nome, sono tracce prodotte da forme di vita in grado di alterare l’ambiente planetario attraverso la tecnologia. Un esempio ovvio sono i segnali radio usati per le telecomunicazioni, ma l’insieme delle possibilità è molto più ampio e include, ad esempio, l’inquinamento atmosferico, l’illuminazione artificiale nell’emisfero notturno di un pianeta, e così via. L’insieme di tutte queste alterazioni costituisce la tecnosfera, che in pratica è un’estensione del concetto di biosfera».

Amedeo Balbi, professore associato di astronomia e astrofisica al Dipartimento di fisica dell’Università di Roma “Tor Vergata”, co-autore dello studio pubblicato su Nature Astronomy. Crediti: A. Balbi

Il protagonista del vostro studio è l’ossigeno. Nei primi paragrafi della pubblicazione parlate della storia della molecola nell’atmosfera. Successivamente, passate in rassegna i suoi ruoli nella biologia, arrivando a mettere in relazione i livelli di ossigeno atmosferico, le dimensioni degli organismi viventi e l’ascesa di specie tecnologiche. È davvero così importante, l’ossigeno?

«Nel nostro articolo partiamo da un’idea ampiamente condivisa in astrobiologia, ovvero che la disponibilità di ossigeno sia un ingrediente essenziale per lo sviluppo della vita complessa. La respirazione aerobica, cioè basata sull’ossigeno, è stata determinante per apportare l’energia indispensabile all’evoluzione degli organismi multicellulari sul nostro pianeta. La chimica ci dice che questo meccanismo sarebbe il più efficiente anche su altri pianeti, perché nella tavola periodica non esistono elementi altrettanto vantaggiosi dell’ossigeno, in termini energetici, nelle reazioni di interesse biologico. Inoltre, l’aumento della concentrazione di ossigeno nell’atmosfera si è accompagnato allo sviluppo di organismi sempre più grandi. Di fatto, la vita animale così come la conosciamo non sarebbe possibile senza alti livelli di ossigeno atmosferico. L’uso di strumenti tecnologici, inoltre, richiede non solo cervelli sufficientemente grandi ma anche una certa taglia fisica: entrambe le cose necessitano di alte concentrazioni di ossigeno».

Quali sono le concentrazioni d’ossigeno utili a raggiungere le dimensioni minime necessarie allo sviluppo di organismi capaci di produrre tecnologie sofisticate?

«Si possono avere singole cellule anche a concentrazioni inferiori all’1 per cento, ma per avere un sistema circolatorio vascolarizzato bisogna salire al di sopra del 2 per cento. Se poi parliamo di mammiferi, anche i più piccoli esistenti (grandi pochi centimetri), i livelli minimi di ossigeno devono essere almeno del 12 per cento circa».

Nell’ultima parte prendete in esame un aspetto precedentemente inesplorato nella ricerca cosmica della vita intelligente: il ruolo dell’ossigeno nello sviluppo della tecnologia su scala planetaria. Qual è la chiave di lettura per comprendere l’importanza del binomio ossigeno/tecnologia? E cosa s’intende per oxygen bottleneck, ovvero collo di bottiglia dell’ossigeno, termine che avete coniato per l’occasione?

«Naturalmente la capacità tecnologica non è legata semplicemente alla taglia degli organismi. In teoria, potremmo immaginare specie viventi in grado di utilizzare strumenti e di iniziare l’ascesa verso tecnologie via via più sofisticate. Ma c’è una “strettoia” da superare, un “collo di bottiglia” che, di nuovo, ha a che fare semplicemente con la chimica, e in particolare con la combustione. È impossibile accendere e mantenere una fiamma se non c’è sufficiente ossigeno nell’atmosfera. Ed è difficile che una specie intelligente possa fare grandi progressi tecnologici senza poter utilizzare il fuoco, almeno inizialmente, come fonte di energia facilmente accessibile. Proviamo a immaginare la storia dell’umanità senza la conquista e il controllo del fuoco. Praticamente nulla di quello che abbiamo ottenuto come civiltà sarebbe possibile».

Grafici che mettono in relazione i livelli di ossigeno nell’atmosfera e i principali eventi che hanno portato all’evoluzione della vita. Crediti: A. Balbi e A. Frank, Nature Astronomy, 2023

Anche in questo caso parlate di limiti inferiori di concentrazione d’ossigeno sotto i quali è improbabile che una specie diventi tecnologica. Quali sono?

«Sulla Terra, la concentrazione minima di ossigeno per poter sostenere le reazioni di combustione è attorno al 18 per cento. Noi oggi viviamo in un’atmosfera che ha circa il 21 per cento di ossigeno molecolare, quindi siamo di poco al di sopra di questa soglia».

Dunque i livelli di ossigeno richiesti per sostenere la vita sono diversi da quelli necessari per sviluppare tecnologie?

«Questo è uno dei punti fondamentali che evidenziamo nel nostro studio. I livelli minimi di ossigeno necessari per avere vita complessa sono più bassi di quelli necessari alla combustione. Questo significa che esiste un intervallo di valori entro cui è possibile l’esistenza di specie viventi anche molto sofisticate, ma che non avrebbero accesso al fuoco. In effetti, la ricostruzione dell’evoluzione della concentrazione di ossigeno sulla Terra mostra che ci sono stati periodi anche recenti, successivi alla comparsa della vita complessa e degli animali, in cui i livelli erano più bassi della soglia di combustione, e non sarebbe stato possibile usare il fuoco».

Parliamo adesso della parte secondo me più intrigante dello studio, quella cioè in cui generalizzate le vostre conclusioni alle miriadi di pianeti extrasolari scoperti sino ad oggi nell’universo…

«Se usiamo il nostro pianeta come tipico esemplare di mondo abitabile, possiamo concludere che anche su altri pianeti bisognerebbe superare livelli simili a quelli terrestri per fare sì che un’eventuale specie intelligente possa usare il fuoco come fonte di energia e come mezzo per plasmare il proprio ambiente e la propria civiltà. Se non si supera la strettoia dell’ossigeno, la vita, anche intelligente, non può iniziare a salire i gradini dello sviluppo tecnologico».

Quali implicazioni ha tutto questo per le future ricerche in campo esoplanetario e più nello specifico in campo astrobiologico?

«Le implicazioni sono molte, noi ne sottolineiamo soprattutto due. Intanto, la presenza di alti livelli di ossigeno nell’atmosfera di altri pianeti dovrebbe essere ritenuta un’informazione di contesto per giudicare la plausibilità dell’eventuale rivelazione di tecnofirme. In sostanza, dovremmo essere molto scettici se un’osservazione dovesse suggerire la presenza di tecnologia su un pianeta che non abbia ossigeno sufficiente a garantire la combustione. La seconda implicazione è che questa “strettoia dell’ossigeno” potrebbe rappresentare una sorta di filtro, un fattore in grado di impedire lo sviluppo di specie tecnologiche su altri pianeti».

La frazione dei pianeti extraterrestri in cui specie intelligenti sviluppano tecnologie è uno dei sette fattori dell’equazione di Drake. Il vostro studio può in qualche modo aiutare a comprendere meglio la famosa equazione?

«In effetti, questa è una direzione che suggeriamo nel nostro articolo. L’ascesa della concentrazione di ossigeno in un pianeta simile alla Terra dipende da tanti fattori, sia biologici (pensiamo al ruolo della fotosintesi ossigenica) sia geologici. Non c’è un modello in grado di prevedere in modo completamente affidabile questa evoluzione, ma lavorare su questo problema potrebbe servire a chiarire se la presenza di alte concentrazioni di ossigeno sia qualcosa di comune su altri pianeti, o se sia invece un evento molto raro. In questo secondo caso, il nostro lavoro suggerirebbe che il fattore dell’equazione di Drake che indica la frazione di mondi in cui si sviluppa la vita tecnologica potrebbe essere davvero molto piccolo».

Strettoia dell’ossigeno e paradosso di Fermi… Potremo finalmente dare una risposta alla domanda “dove sono tutti quanti?”

«Se la strettoia dell’ossigeno fosse difficile da superare, scoprire il fuoco sarebbe una fortuna che capita a pochi. In questo caso, la risposta al paradosso di Fermi sarebbe ovvia: forse ci sono altre specie intelligenti su altri pianeti, ma senza poter accendere la prima fiamma non vanno molto lontane, in termini tecnologici».

Per saperne di più:

• Leggi su Nature Astronomy l’articolo “The oxygen bottleneck for technospheres”, di Amedeo Balbi e Adam Frank

Guarda il video di Amedeo Balbi:

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Questa immagine evidenzia diverse caratteristiche interessanti del resto di supernova Cassiopea A visto con la NirCam (Near-Infrared Camera) di Webb. Un esempio è la “eco di luce” (dettaglio 6) che avviene quando la luce proveniente dall’esplosione di una stella avvenuta molto tempo fa ha raggiunto e sta riscaldando la polvere lontana, che brilla mentre si raffredda. Crediti: Nasa, Esa, Csa, Stsci, D. Milisavljevic

L’astronomia, si sa, è tutta una questione di luce. Occorre rilevarne anche la più piccola quantità, filtrarla e dividerla nelle sue diverse lunghezze d’onda, per svelare le strutture che compongono gli oggetti più sorprendenti dell’universo.

In questo, l’era del telescopio spaziale James Webb si sta dimostrando particolarmente utile, come rivelano le nuove immagini di Cassiopea A mostrate oggi, in anteprima, durante una conferenza stampa della American Astronomical Society (Aas). Il resto di supernova è uno degli oggetti più studiati dell’universo, da quando la luce della sua esplosione giunse per la prima volta sulla Terra, poco più di tre secoli fa. Già Hubble, Spitzer e Chandra avevano osservato e studiato Cas A, rivelando le sue intricate caratteristiche. E proprio combinando i dati di Chandra con il potente occhio di Webb sono stati osservati nuovi dettagli che rivelano dati scientifici, colori, forme e strutture fino ad ora solo teorizzate. A presentarli alla conferenza stampa, Danny Milisavljevic della Purdue University (Stati Uniti), principal investigator della ricerca condotta insieme a un team internazionale che vede anche la partecipazione di Salvatore Orlando dell’Inaf di Palermo.

Le nuove immagini potrebbero aver risolto il mistero che ruota attorno all’origine di una bizzarra struttura trovata tra i detriti della stella esplosa, nota ai ricercatori come Green Monster (Mostro verde) per la sua somiglianza al muro verde del campo da baseball di Fenway Park.

Come avere tra le mani un binocolo e volere individuare tutti i motivi che colorano le ali di una farfalla, così la combinazione dei dati di Webb e Chandra ha permesso un censimento più completo del materiale stellare espulso a seguito della supernova. Chandra ha osservato nei raggi X i detriti della stella riscaldati a decine di milioni di gradi dalle onde d’urto (shock) generate a seguito dell’esplosione, simili ai boom sonici di un aereo supersonico. Le immagini a risoluzione più elevata di Webb, in più lunghezze d’onda (in particolare nell’infrarosso) hanno permesso agli astronomi di osservare i frammenti della stella che non sono stati ancora influenzati da questi shock – definiti frammenti “pristine” (originari, incontaminati) – e che potrebbero riflettere gli effetti di processi fisici avvenuti al tempo dell’esplosione. Gran parte di questo materiale si trova nascosto dietro al “mostro verde”, offrendo uno sguardo più chiaro sulle complessità della struttura di Cas A.

«Grazie alla risoluzione avanzata della NirCam, possiamo ora osservare in dettaglio la completa frammentazione della stella morente durante la sua esplosione», dice Milisavljevic a Media Inaf. «Questo ci permetterà di svelare aspetti completamente nuovi dei frammenti della stella esplosa e della struttura del suo ambiente circumstellare. Un passo avanti straordinario, poiché dopo anni di approfonditi studi su Cas A siamo finalmente in grado di risolvere dettagli che offrono una visione trasformativa sulle dinamiche esplosive di questa stella e sulle fasi finali della sua evoluzione»

Un lavoro interdisciplinare che unisce fisica, astronomia, calcolo numerico, scienza dei dati e computer grafica, spiega Orlando. «Queste osservazioni», sottolinea l’astronomo dell’Inaf di Palermo, «sono fondamentali anche per la validazione dei modelli di esplosione delle supernove e nel fornire informazioni cruciali sulle fasi finali di evoluzione della stella progenitrice. È straordinario pensare che, grazie al confronto tra tali osservazioni e i nostri modelli, saremo in grado di identificare, circa 350 anni dopo l’esplosione, i processi fisici che hanno avuto luogo nei momenti immediatamente successivi al collasso del nucleo stellare».

La figura illustra il modo in cui si forma la struttura del “Green Monster” osservato da Webb, grazie a un sofisticato modello idrodinamico tridimensionale che descrive l’interazione dinamica tra Cas A e un guscio di materiale circumstellare. Crediti: D.Milisavljevic, S.Orlando (Inaf), A. Wongwathanarat (Mpa), H.T. Janka (Mpa)

Identificato per la prima volta nei dati infrarossi della camera Miri di Webb nel 2023, il Green Monster si presenta come un anello di luce verde che appare nella cavità interna di Cas A, invisibile nell’immagine della NirCam. La presenza di queste strutture erano già state previste nel 2022 in un modello teorico realizzato da un team guidato dallo stesso Orlando e ora confermate. «La struttura del Green Monster potrebbe svelare l’interazione recente tra Cas A e un denso guscio del mezzo circumstellare, residuo di un’eruzione di massa dalla stella progenitrice avvenuta nei millenni precedenti la supernova, come già previsto dal nostro modello», spiega lo scienziato. «I buchi e gli anelli testimoniano frammenti di materiale stellare che hanno perforato il guscio, dando vita a questa affascinante configurazione».

I dati e le immagini di Cassiopea A, rivelate da Webb, hanno avuto una grande risonanza mediatica, soprattutto negli Stati Uniti, dove persino la first lady Jill Biden ha presentato le osservazioni del resto di supernova, utilizzate nel primo calendario dell’avvento 2023 della Casa Bianca, lo scorso dicembre.

Per saperne di più:

• Leggi su The Astrophysical Journal Letters, l’articolo “A JWST Survey of the Supernova Remnant Cassiopeia A” di Dan Milisavljevic, Tea Temim, Ilse De Looze, Danielle Dickinson, J. Martin Laming, Robert Fesen, John C. Raymond, Richard G. Arendt, Jacco Vink, Bettina Posselt, George G. Pavlov, Ori D. Fox, Ethan Pinarski, Bhagya Subrayan, Judy Schmidt, William P. Blair, Armin Rest, Daniel Patnaude, Bon-Chul Koo, Jeonghee Rho, Salvatore Orlando, Hans-Thomas Janka, Moira Andrews, Michael J. Barlow, Adam Burrows, Roger Chevalier, Geoffrey Clayton, Claes Fransson, Christopher Fryer, Haley L. Gomez, Florian Kirchschlager, Jae-Joon Lee, Mikako Matsuura, Maria Niculescu-Duvaz, Justin D. R. Pierel, Paul P. Plucinsky, Felix D. Priestley, Aravind P. Ravi, Nina S. Sartorio, Franziska Schmidt, Melissa Shahbandeh, Patrick Slane, Nathan Smith, Kathryn Weil, Roger Wesson e J. Craig Wheeler

Il resto di supernova N132D si trova nella porzione centrale della Grande Nube di Magellano, una galassia nana distante circa 160mila anni luce. Xtend ha catturato il resto nei raggi X, mostrato nell’inserto. Al massimo della sua ampiezza, N132D misura circa 75 anni luce. Sebbene sia luminoso nei raggi X, il relitto stellare è quasi invisibile nella vista sullo sfondo scattata a terra in luce visibile. Crediti: inserto, Jaxa/Nasa/Xrism Xtend; background, C. Smith, S. Points, il team Mcels e NoirLab/Nsf/Aura

La scorsa settimana, il team scientifico della missione Xrism (X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission) ha pubblicato le prime immagini e spettri dei suoi due strumenti, Resolve e Xtend. In particolare, uno spettro di un resto di supernova in una galassia vicina e un’istantanea a raggi X di un ammasso di centinaia di galassie.

La missione Xrism, guidata dalla Jaxa in collaborazione con la Nasa e con il contributo dell’Esa, è stata lanciata il 6 settembre 2023 dal Centro spaziale di Tanegashima, in Giappone. Progettata per rilevare i raggi X con energie fino a 12mila elettronvolt (contro i 2 o 3 elettronvolt della luce visibile), Xrism studierà le regioni più calde dell’universo, le strutture più grandi e gli oggetti con la gravità più forte.

«Xrism fornirà alla comunità scientifica internazionale un nuovo scorcio del cielo nascosto dei raggi X», dice Richard Kelley, principal investigator di Xrism presso il Goddard Space Flight Center della Nasa. «Non solo vedremo le immagini a raggi X di queste sorgenti, ma studieremo anche le loro composizioni, i loro movimenti e i loro stati fisici».

Tornando ai due strumenti a bordo di Xrism, Resolve è uno spettrometro microcalorimetrico sviluppato dalla Nasa e dalla Jaxa. Funziona a una frazione di grado sopra lo zero assoluto all’interno di un contenitore di elio liquido delle dimensioni di un frigorifero. Quando un raggio X colpisce il suo rivelatore (di 6 pixel x 6 pixel), riscalda il dispositivo di una quantità correlata alla sua energia. Misurando l’energia di ogni singolo raggio X, lo strumento fornisce informazioni inedite della sorgente.

Lo strumento Resolve di Xrism ha acquisito i dati del resto di supernova N132D nella Grande Nube di Magellano per creare il più dettagliato spettro a raggi X dell’oggetto mai realizzato. Lo spettro rivela picchi associati a silicio, zolfo, argon, calcio e ferro. A destra, un’immagine di N132D catturata dallo strumento Xtend. Crediti: Jaxa/Nasa/Xrism Resolve e Xtend

Il team della missione ha utilizzato Resolve per studiare N132D, un resto di supernova e una delle sorgenti di raggi X più luminose della Grande Nube di Magellano, una galassia nana distante circa 160mila anni luce nella costellazione meridionale del Dorado. Il resto in espansione ha un’età stimata di circa 3mila anni ed è stato creato quando una stella di circa 15 volte la massa del Sole ha esaurito il combustibile, è collassata ed esplosa. Lo spettro di Resolve mostra picchi associati a silicio, zolfo, calcio, argon e ferro. Si tratta dello spettro a raggi X più dettagliato mai ottenuto per l’oggetto in questione e dimostra l’incredibile scienza che la missione potrà svolgere.

«Questi elementi sono stati forgiati nella stella originale e poi spazzati via quando è esplosa come supernova», spiega Brian Williams, scienziato del progetto Xrism della Nasa. «Resolve ci permette di vedere le forme di queste righe in un modo che prima non era possibile, consentendoci di determinare non solo le abbondanze dei vari elementi presenti, ma anche le loro temperature, densità e direzioni di movimento a livelli di precisione senza precedenti. Da qui, potremo mettere insieme informazioni sulla stella originale e sull’esplosione».

Il secondo strumento di Xrism, Xtend, è un imager a raggi X sviluppato dalla Jaxa, che fornisce a Xrism un ampio campo visivo, consentendogli di osservare un’area di cielo più grande di circa il 60% rispetto alla dimensione apparente media della Luna piena.

Lo strumento Xtend di Xrism ha catturato l’ammasso di galassie Abell 2319 nei raggi X, qui rappresentato in viola e delineato da un bordo bianco che rappresenta l’estensione del rivelatore. Lo sfondo è un’immagine da terra che mostra l’area in luce visibile. Crediti: Jaxa/Nasa/Xrism Xtend; sfondo, Dss

Xtend ha catturato un’immagine a raggi X di Abell 2319, un ricco ammasso di galassie a circa 770 milioni di anni luce di distanza nella costellazione del Cigno. È il quinto ammasso a raggi X più luminoso del cielo e sta attualmente subendo un importante evento di fusione. L’ammasso ha un’estensione di 3 milioni di anni luce e mette in evidenza l’ampio campo visivo di Xtend.

«Anche prima della fine del processo di messa in funzione, Resolve sta già superando le nostre aspettative», dichiara Lillian Reichenthal, responsabile del progetto Xrism. «Il nostro obiettivo era di raggiungere una risoluzione spettrale di 7 elettronvolt con lo strumento, ma ora che è in orbita ne stiamo raggiungendo 5. Ciò significa che otterremo mappe chimiche ancora più dettagliate con ogni spettro acquisito da Xrism».

Resolve sta dimostrando prestazioni eccezionali e sta già conducendo un’entusiasmante attività scientifica nonostante un problema riscontrato con lo sportello di apertura che copre il suo rivelatore. Lo sportello, progettato per proteggere il rivelatore prima del lancio, non si è aperto come previsto. La sua funzione è quella di bloccare i raggi X a bassa energia: in seguito a questa anomalia, il taglio viene ora effettuato a 1700 elettronvolt rispetto ai 300 previsti. Il team di Xrism sta studiando diversi approcci per risolvere il problema che, peraltro, non inficia il buon funzionamento dello strumento Xtend.

Una pagina del manoscritto di Francesco Sebastiano Lenzi conservata presso l’archivio storico comunale di Cento. Crediti: Thomas Mazzi

Una sera di duecento anni fa, in un piccolo paese della “Bassa”, a meno di due km in linea d’aria dal fiume Reno, che in quelle terre piatte solca il confine tra la provincia di Ferrara e quella di Bologna, una deflagrazione squarciò la gelida quiete della pianura invernale. Così la mattina successiva ricordava l’evento, nel suo manoscritto in quattro volumi Notizie intorno alla città di Cento dall’anno 1815 al 1879, il cronista locale Francesco Sebastiano Lenzi:

“Li 16 gennaio 1824. Circa le ore nove pomeridiane. Dietro un rumore quasi di esplosione di cannone sentito anche nel Finale e ad Argile ed all’intorno, ed il sibilo per l’aria nelle vicinanze di Renazzo che fu da taluno preso per suono quasi di un caviglione, cadde in Renazzo un aerolito poco sopra la chiesa ed in altro luogo ed un pezzo di questo era del peso di …”

Quella caduta su Renazzo il 15 gennaio 1824 era una meteorite appartenente al gruppo CR delle condriti, dove la ‘C’ sta per carbonacee e la ‘R’, appunto, per Renazzo. Paese natale di Ferruccio Lamborghini, fondatore dell’omonima casa automobilistica, oggi Renazzo è una frazione del comune di Cento, in provincia di Ferrara. E quella ritrovata in più frammenti nei pressi della chiesa e nei terreni circostanti è in un certo senso la “Lamborghini delle meteoriti”: le condriti carbonacee sono infatti fra le più rare (sono meno del 5 per cento di quelle trovate) e le più preziose dal punto di vista scientifico, essendo spesso anche le più primitive. Nella loro pasta granulosa sono stati trovati minerali e gas con abbondanze isotopiche anomale, tali da farne risalire l’origine a epoche antecedenti al Sistema solare. Polveri e gas dunque presenti già nella nube molecolare primordiale nella quale si sono formati il Sole e i pianeti.

Materia assemblata miliardi di anni fa nel cuore di antiche stelle, e che meteoriti come questa di Renazzo hanno portato sin qui sul nostro pianeta, come ricorda il geofisico e planetologo Giordano Cevolani – originario di Pieve di Cento, una località a pochi km da Renazzo, appena al di là del Reno – nella sua opera del 2001 Renazzo: una meteorite racconta la nostra storia. Un volume, dice lo scienziato, «frutto di numerose ore di microanalisi con il microscopio elettronico a scansione del Cnr, a Bologna, eseguite allo scopo di sceverare le particolarità indotte dalla contaminazione ambientale da quelle originarie della pietra celeste».

Frammento principale della meteorite di Renazzo (307 grammi), conservato presso la collezione di mineralogia del Museo Bombicci dell’Università di Bologna (© Università di Bologna | Sistema Museale di Ateneo| Collezione di Mineralogia “Museo Luigi Bombicci”). Crediti: Nicola Borghi

Il frammento più grande esistente al mondo della meteorite di Renazzo – circa 441 grammi in origine, ora ridotti a 307 – è oggi conservato al Museo mineralogico dell’Università di Bologna, ma verrà trasferito in questi giorni alla Civica Pinacoteca di Cento, dove da mercoledì 10 gennaio sarà esposto al pubblico in occasione delle celebrazioni per il bicentenario della caduta. Celebrazioni che culmineranno nel prossimo fine settimana con una serie d’eventi dedicati alla preziosa meteorite organizzati dal Comune di Cento e dalla Pro Loco di Renazzo, insieme all’Associazione astrofili centesi e all’Istituto comprensivo “Lamborghini” di Renazzo.

Nel pomeriggio di domenica 14 gennaio, in particolare, nella sala Zarri del Palazzo del Governatore di Cento è in programma una conferenza aperta al pubblico, introdotta dallo stesso Cevolani, nel corso della quale verranno discussi vari aspetti scientifici e storici, compresi “I tre misteri irrisolti della meteorite di Renazzo”. È questo infatti il titolo dell’intervento di Sandro Zannarini e Nicola Borghi, dottorando all’Università di Bologna già noto ai lettori di Media Inaf per le sue ricerche sull’espansione dell’universo. Meteoriti e mineralogia non sono il suo campo di studi, dice infatti Borghi a Media Inaf, ma a Renazzo ci vive, le sue prime esperienze di divulgazione le ha fatte a San Giovanni in Persiceto con Romano Serra, un altro esperto di meteoriti… insomma era destino che prima o poi dovesse occuparsi anche della roccia che duecento anni fa le stelle gli hanno recapitato a pochi metri da casa.

Quali sono dunque questi tre misteri, le tre principali domande aperte – tutte potenzialmente risolvibili, osserva Borghi – che rimangono sul caso Renazzo? Il primo grande mistero riguarda la massa complessiva di meteorite raccolta. «Si dice che si aggiri attorno ai 10 kg. Già nel 1897 il mineralogista tedesco Ernst Anton Wülfing, dopo aver censito una vasta gamma di fonti bibliografiche e cataloghi di meteoriti, si accorse che mancava all’appello la maggior parte di materiale, ma non ha fatto seguito alcuna indagine approfondita sulla questione. A oggi, sommando tutti i frammenti conservati nei musei e nelle collezioni private, abbiamo poco più di 1 kg di meteorite Renazzo. Quindi le ipotesi sono due: sono spariti 9 kg di materiale, o non ne sono mai stati raccolti 10 kg. La prima ipotesi è stata per me come una caccia al tesoro: la meteorite Renazzo, essendo stata battezzata come capostipite del gruppo di condriti carbonacee Renazzo-type, è infatti ambitissima tra i collezionisti. Ma scavando fra le carte ho trovato il rendiconto di un accademico bolognese dell’epoca più a sostegno della seconda ipotesi. E ricostruendo le varie fonti mi pare più plausibile che la quantità raccolta sia di poco superiore a 1 kg».

Gli autori del volume “Meteoriti storiche. Un metodo per indagare il passato: Il caso Renazzo CR2” radunati al Museo del Cielo e della Terra di San Giovanni in Persiceto (BO). Da sinistra a destra: Nicola Borghi, Romano Serra, Thomas Mazzi, Sandro Zannarini, Marco Cacciari e Giordano Cevolani. Sul tavolo, una zolla di terra di Renazzo con moneta ottocentesca, frammenti veri e riproduzioni della meteorite. Crediti: Inaf

Un altro punto interrogativo è la ricostruzione traiettoria, sulla quale sono in corso alcuni studi. «Grazie al lavoro di Thomas Mazzi dell’Associazione astrofili centesi», ricorda a questo proposito Borghi, che insieme a Mazzi, Serra, Zannarini e Marco Cacciari ha scritto il libro Meteoriti storiche. Un metodo per indagare il passato. Il caso Renazzo CR2, «è stato individuato il terreno su cui è caduto il frammento principale. Le nuove fonti trovate ci indicano la traiettoria, che rientra tra i misteri perché si tratta di fonti in disaccordo fra loro. Qui però entrano in gioco Marco Cacciari e Romano Serra, che hanno svolto nuovi studi sui sedimenti nel terreno individuato, trovando un aumento della presenza di micrometeoriti. La scoperta di ciottolame ottocentesco e di una moneta contribuiscono a correlare questo strato al periodo della caduta della meteorite. E proprio le micrometeoriti rappresentano un altro interessante punto di partenza, relativamente nuovo nella letteratura, che potrebbe aiutare a confermare il luogo della caduta e ad avere una stima della reale traiettoria».

Infine c’è l’incertezza sulla data della caduta. Quella comunemente accettata, dicevamo, è 15 gennaio 1824. «Tuttavia, alcuni documenti inediti trovati nell’Archivio comunale di Cento grazie al lavoro del professor Zannarini la mettono in discussione, indicando il primo gennaio», spiega Borghi, sottolineando che «ci sono molte più ragioni per dubitare del 15 piuttosto che dell’1. Può sembrare un tecnicismo, ma dimostrare che la data è sbagliata vorrebbe dire far cambiare i cartellini a decine di musei sparsi per il mondo, compreso l’American Museum of Natural History!».

Per informazioni sulle iniziative del 13 e 14 gennaio:

• Consulta il programma sul sito del Comune di Cento

Locandina della mostra

Il 2023 è stato un anno di ricorrenze straordinarie: 550 anni dalla nascita di Copernico, 400 dalla pubblicazione del Saggiatore di Galileo, ma anche dall’inizio del pontificato di Urbano VIII e dalla pubblicazione in latino del celebre testo utopico di Tommaso Campanella La Città del Sole.

Un fil rouge nemmeno troppo nascosto congiunge queste celebrazioni e viene sapientemente intrecciato nella mostra in corso fino all’11 febbraio a Roma, a Palazzo Barberini, curata del Museo Galileo, “La Città del Sole: arte barocca e pensiero scientifico nella Roma di Urbano VII”. La Rivoluzione scientifica irrompe infatti sulla scena della Città eterna proprio negli anni del pontificato di Urbano VIII, al secolo Maffeo Barberini, monarca assoluto che – nel suo sogno teocratico e allegoricamente eliocentrico riecheggiato da Campanella – convoca a corte i migliori intellettuali del suo tempo: le cosiddette “Api Urbane”, come da definizione dell’umanista Leone Allacci. Queste Api scienziate, architette ed euclidee edificano e adornano una Roma più moderna, segnata dall’inquietudine e dal vento del cambiamento, una Roma in cui gnomonica, naturalismo e astronomia convivono elegantemente con i fasti dell’arte e della religione.

L’Istituto nazionale di astrofisica (Inaf) celebra insieme al Museo Galileo e all’Università La Sapienza la felice nascita del Barocco artistico e scientifico, alla scoperta dei luoghi di questa “città del sole” più intrisi di allusioni astrali e meraviglie matematiche, e lo fa contribuendo alla mostra con alcuni incredibili pezzi del proprio patrimonio artistico e con una serie di incontri e visite guidate che nel corso del prossimo mese toccheranno edifici e oggetti frequentati dagli intellettuali di Urbano. Tra i pezzi messi a disposizione dall’Inaf per la mostra, c’è un cannocchiale in cartone d’autore ignoto ricavato da una mappa dell’Urbe nella quale è possibile vedere la Basilica di San Pietro, ancora senza la famosa cupola, e copia di quattro preziose tavole gnomoniche in ardesia, a tracciare un ritratto della Capitale all’epoca di Galileo e Athanasius Kircher.

L’iniziativa “Nella Città del Sole: Luoghi e Storie della Scienza Romana al Tempo di Urbano VIII” invita i cittadini a vivere l’esperienza della mostra e a seguire le tracce delle Api Urbane dal Collegio Romano a Palazzo Barberini, dal Convento di Trinità dei Monti ai Giardini del Quirinale, dalla Galleria Spada alle collezioni del Museo astronomico e copernicano di Monte Mario dell’Inaf, con una escursione fuori città all’Osservatorio Inaf di Monte Porzio Catone, dove sono conservate – per un felice caso a pochi passi da quella Villa Mondragone che per qualche anno fu residenza estiva dei Barberini – le magnifiche Tavole sciateriche e altri reperti kircheriani.

Cannocchiale in cartone d’autore ignoto ricavato da una mappa dell’Urbe. Crediti: Inaf

Accompagnati dalla narrazione di alcuni tra i più quotati esperti della commistione tra arte e scienza in età barocca, si potranno esplorare le magie catottriche delle meridiane a riflessione costruite dal Padre Minimo Emmanuel Maignan e le enormi anamorfosi di Jean-François Niceron nel convento di Trinità dei Monti, le attività dei matematici sui tetti del Collegio Romano, i segreti degli astronomi dipinti in due importanti tele della Galleria Spada e il funzionamento e il significato allegorico del grande quadrante solare “Tetracyclo” voluto da Urbano VIII al Quirinale, oltre ai i globi e le incisioni di Matthaus Greuter, raffinato artigiano che collaborò con Galileo e col gesuita Christoph Scheiner, conservati presso il Museo Copernicano.

Storie sorprendenti emergono in luoghi inaspettati e talvolta resi anonimi dalla consuetudine. Negli stessi anni in cui Galileo pubblicava il suo Dialogo e scivolava inesorabilmente verso la fosca vicenda del processo inquisitorio, Tommaso Campanella, sospetto di eresia, frequentava le sale di Palazzo Barberini e operava incantesimi astrali in favore di Urbano, “sole” cittadino astrologicamente minacciato da eclissi e sfavorevoli congiunzioni astrali. Tracce d’eliocentrismo, nascoste agli occhi dei non esperti, sono presenti nella decorazione e nella struttura stessa della “reggia” privata voluta dal Papa; si guarderà con nuovi occhi il Convento che sovrasta Piazza di Spagna, fucina di scienza dove Gaspare Berti e Torricelli innalzarono un tubo pieno d’acqua alto 13 metri lasciandola poi defluire per ottenere il vuoto e azionando magneticamente una campanella al suo interno. Sarà possibile vedere la ricostruzione digitale del progetto della villa Pamphilj ideata da Borromini e Maignan, mai realizzato, un vero e proprio parco giochi scientifico dotato di automi meccanici, giochi di luce e prospettive, bizzarri orologi solari e persino un planetario ante-litteram. Sarà possibile passeggiare tra le collezioni del perduto museo di Kircher, esaminando i modelli degli obelischi romani da lui studiati e fantasiosamente tradotti, rievocando le sue molte meraviglie a metà tra natura e artificio; si svelerà l’indagine meteorologica di Padre Scheiner e del cardinale Francesco Barberini, che studiarono i pareli solari del 1629 e del 1630 sospesi tra analisi fisica e interpretazione profetica, ispirando i lavori di Gassendi e Cartesio.

Tavole sciateriche di Kircher. Crediti: Inaf

Quello che emergerà è un ritratto a tutto tondo della scienza barocca, con la sua dimensione teatrale che rende il mondo al tempo stesso palcoscenico e spettacolo. L’Apiario Urbano fu in grado infatti di costruire un vasto e portentoso favo a celle esagonali su tutta la città, nel quale si intrecciano la sapiente architettura di Bernini e Borromini, il naturalismo pittorico di Cigoli, la raffinata collezione di antichità e naturalia di Cassiano dal Pozzo, le meraviglie gnomoniche, foturgiche e musurgiche di Kircher e Maignan, le eleganti mappe e incisioni di Blaeu, Greuter e Cornelis Meijer.

Il tutto mentre i Lincei stabiliscono il nuovo modello di Accademia erudita e il metodo concepito da Galileo insieme alla sue avvincenti scoperte si diffondono a macchia d’olio, dalle macchie solari ai cannocchiali, dalle carte lunari alle discussioni sulle comete, dalla struttura del cosmo al conflitto tra scienza e teologia.

Non c’è dubbio: vale la pena imbarcarsi in un viaggio di riscoperta della Città del Sole, delle Api e delle Stelle.

Per il calendario delle visite guidate:

• Consultare la pagina dedicata all’iniziativa sul sito beniculturali.inaf.it

Crediti: Jaxa

È in calendario per venerdì 19 gennaio, alle 16:20 ora italiana, l’approdo sulla Luna del lander giapponese Slim. Un approdo preceduto da quelli che uno fra i responsabili della missione, Kushiki Kenji della Jaxa, ha definito “venti minuti di terrore”, riecheggiando i celebri sette minuti di terrore della discesa di Curiosity su Marte. Un approdo che, se andrà a buon fine, segnerà l’ingresso del Giappone – quinto dopo Unione Sovietica, Stati Uniti, Cina e India – nell’esclusivo club dei paesi capaci di portare a termine con successo un atterraggio morbido sul suolo lunare.

Lanciato il 7 settembre 2023 dal centro spaziale di Tanegashima, ospitato a bordo dello stesso razzo H-2A che ha portato nello spazio il telescopio per raggi X Xrism, il piccolo modulo lunare della Jaxa – è lungo appena due metri – è entrato correttamente in orbita attorno alla Luna il giorno di Natale, dunque dopo ben tre mesi e mezzo di navigazione. Un viaggio lunghissimo – seguendo un tragitto tortuoso, controintuitivo – ma pianificato nei minimi dettagli per sfruttare al meglio la gravità della Terra, della Luna e del Sole così da fare entrare Slim in orbita lunare con l’angolo e la velocità più favorevoli, consentendo al tempo stesso il massimo risparmio di carburante.

La maniacale attenzione ai consumi è dovuta anzitutto alla necessità di contenere al massimo la massa e le dimensioni della navicella, a bordo della quale tutto è miniaturizzato, a partire dai due strumenti scientifici: una fotocamera spettrale multibanda per lo studio della composizione delle rocce circostanti il sito di approdo e una coppia di piccole sonde – i Lunar Excursion Vehicles – che si separeranno dal lander principale poco prima dell’atterraggio per fotografare le condizioni del sito e compiere una dimostrazione ingegneristica di esplorazione autonoma sulla superficie. Sia la telecamera di navigazione che il telemetro laser sono stati resi il più compatti e leggeri possibile. Ed è stato miniaturizzato anche il radar a microonde per la misura dell’altitudine e della velocità durante la discesa.

Slim è dotato di cinque “piedi” metallici semisferici, formati da un reticolo di alluminio stampato in 3D, che si schiacciano al momento dell’impatto per assorbirne l’energia. La sequenza di allunaggio è in due step: al termine della discesa verticale, sarà anzitutto la “zampa principale”, che si estende sul lato posteriore di Slim, a toccare per prima la superficie lunare. Nella seconda fase, la navicella spaziale si inclinerà in avanti, dondolandosi sui due piedi di supporto anteriori fino a stabilizzarsi sulla superficie lunare. I due piedi posteriori restanti non dovrebbero toccare il suolo, servono solo per impedire al lander di rovesciarsi lateralmente nel caso di un atterraggio più complicato del previsto. Crediti: Jaxa

L’esigenza di contenere i consumi è però dettata anche dalla necessità di arrivare all’appuntamento con la Luna avendo ancora una buona riserva di carburante, requisito essenziale per vincere quella che è la sfida principale di Slim, che non è tanto scientifica quanto ingegneristica: compiere un atterraggio di altissima precisione. Pinpoint landing, lo chiamano i responsabili della missione, che quanto ad atterraggi millimetrici hanno già dato prova – con Hayabusa2 – di saperci fare come pochi altri. Nel caso di Slim, il target è una zona in lieve pendenza nei pressi del piccolo cratere Shioli, situato a ovest del Mare Nectaris, sulla faccia della Luna a noi visibile. Esito di un impatto abbastanza recente, il materiale espulso dal cratere – stando alle osservazioni dell’orbiter Kaguya – potrebbe contenere olivina proveniente dal mantello lunare. L’analisi ravvicinata di questi minerali potrebbe dunque rivelare informazioni sulla struttura interna e sulla formazione della Luna. Ma i siti come questo, contenenti materiale espulso da un cratere, non sono l’ideale per un approdo: un normale lander lunare rischia infatti di ribaltarsi appena tocca il suolo, che in prossimità del cratere è troppo inclinato. La sfida di Slim è proprio questa: posarsi su un terreno con una pendenza media di 6-7 gradi ed entro un raggio di non più di 100 metri dall’obiettivo prefissato.

Due schermate da “Slim, the pinpoint moonlanding game”

Come ci riuscirà? Grazie anzitutto agli “occhi smart” – non per nulla l’acronimo Slim sta per Smart Lander for Investigating Moon – di cui è dotata la navicella, in grado di stabilire in piena autonomia la posizione esatta in cui si trova grazie a un algoritmo che, in appena cinque secondi, riesce a individuarne la corrispondenza nelle immagini ad alta risoluzione delle mappe archiviate sul computer di bordo. A quel punto entreranno in azione i giroscopi, lo star tracker e il sensore solare per ricostruire l’assetto della navicella, mentre il radar terrà traccia della distanza dal suolo. Aggiornato così in tempo reale e ad altissima precisione sulla posizione, l’orientamento e la velocità di discesa, Slim potrà correggere in autonomia la traiettoria fino a toccare il suolo nel punto previsto.

In attesa del 19 gennaio (o del 16 febbraio, seconda finestra d’opportunità per la discesa), la Jaxa ha messo a disposizione un gioco online per chiunque voglia cimentarsi nell’impresa: Slim, the pinpoint moonlanding game.

L’insalata spaziale ideale è composta da sette ingredienti: soia, semi di papavero, orzo, cavolo riccio, arachidi, semi di girasole e patate dolci. Crediti: Shu Liang et al., Acs Food Sci. Technol., 2023; Università di Adelaide

Semi di papavero, semi di girasole, orzo, cavolo riccio, soia, arachidi e patate dolci. No, non stiamo parlando della dieta consigliata dopo le feste natalizie, ma del pasto ideale qualora voleste partire per un viaggio pluriennale verso Marte. Mentre le agenzie spaziali pianificano missioni più lunghe, i ricercatori di tutto il mondo sono alle prese con la sfida di nutrire al meglio gli equipaggi nello spazio cercando alternative nutrienti, gustose e sostenibili ai soliti pasti insipidi e preconfezionati.

Un team di ricerca internazionale ha recentemente pubblicato su Acs Food Science & Technology, la rivista dell’American Chemical Society, la ricetta per il “pasto spaziale” ottimale: una ricca insalata vegetariana. Per progettarlo, gli scienziati hanno scelto ingredienti freschi, coltivabili nello spazio e che rispondano alle esigenze nutrizionali specifiche degli astronauti uomini.

In generale, gli esseri umani bruciano più calorie nello spazio rispetto a quando sono sulla Terra e necessitano di micronutrienti extra, come il calcio, per mantenersi in salute durante la prolungata esposizione alla microgravità. Inoltre, considerando il numero e la durata delle future missioni a lungo termine, le coltivazioni di cibo dovranno necessariamente essere sostenibili e “circolari” all’interno delle navicelle o delle colonie spaziali.
Questi aspetti sono stati già da tempo affrontati dagli scienziati che hanno esplorato e sperimentato diversi metodi di coltivazione del cibo nello spazio. Tuttavia, fino ad oggi, nessuno aveva pensato come fornire i nutrienti necessari agli astronauti attraverso pasti specifici freschi e, per di più, gustosi.

La sfida è stata colta da Volker Hessel dell’Università di Adelaide, in Australia, e dai suoi collaboratori: provare a ottimizzare un pasto che rispondesse ai requisiti specifici di un volo spaziale e avesse un buon sapore. Inizialmente, i ricercatori hanno valutato le differenti combinazioni di ingredienti freschi, utilizzando il metodo della programmazione lineare, per bilanciare computazionalmente più variabili al fine di raggiungere un obiettivo specifico.

Capire come coltivare in modo efficiente il cibo nello spazio è fondamentale per il futuro successo dei voli spaziali di lunga durata. Ecco perché gli astronauti sulla stazione spaziale stanno già sperimentando la coltivazione di piante nutrienti in un ambiente di microgravità. Crediti: Nasa.

Nello studio in questione, il modello ha analizzato combinazioni di alimenti misurandone la capacità di soddisfare il fabbisogno nutrizionale giornaliero di un astronauta maschio, in relazione alla quantità minima di acqua necessaria per la loro coltivazione. Il team si è anche preoccupato di valutare la sostenibilità degli alimenti utilizzabili nello spazio, selezionando ingredienti che necessitano di fertilizzante, tempo e area di crescita ridotti e con pochi scarti non commestibili, tutt’al più, riciclabili. «Abbiamo adottato l’ottimizzazione numerica per identificare le varie combinazioni, usando come vincoli i contenuti macro e micro nutrizionali dei cibi e ottimizzando il carico d’acqua necessario per la loro coltivazione», spiegano gli autori dello studio. «I vincoli alimentari sono quelli raccomandati dalla Nasa, e abbiamo considerato fino a 36 nutrienti e 102 colture».

Tra i dieci scenari, o “piatti spaziali”, proposti – quattro vegetariani e sei onnivori, ciascuno con un numero di ingredienti compreso tra sei e otto – i ricercatori hanno scoperto che un pasto vegetariano composto da soia, semi di papavero, orzo, cavolo riccio, arachidi, patate dolci e semi di girasole offriva l’equilibrio più efficiente tra il massimo dei nutrienti e il minimo degli input agricoli. Sebbene questa combinazione non sia in grado di fornire tutti i micronutrienti di cui un astronauta ha bisogno, quelli mancanti potrebbero essere aggiunti con un integratore.

Crediti: Shu Liang et al., Acs Food Sci. Technol., 2023; Università di Adelaide

Inoltre, per assicurarsi che la combinazione identificata fosse gustosa, così da non togliere il piacere al palato degli astronauti, il team ha proposto l’insalata spaziale ideale a quattro assaggiatori, qui sulla Terra. Uno dei tester ha espresso giudizi entusiastici sul piatto proposto dichiarandosi ben disposto a mangiarlo anche per tutta la settimana, una volta nello spazio. Gli altri sono stati più moderati nei loro giudizi, ma non si sono comunque fatti mancare una seconda porzione d’insalata.

Infine, anche l’occhio vuole la sua parte. Le insalate scelte dal computer sono state selezionate anche in base al colore e alla consistenza degli ingredienti, valutando la soddisfazione dei potenziali consumatori: un aspetto psicologico particolarmente importante nei viaggi più lunghi, quando gli astronauti dovranno far ricorso allo stesso cibo, giorno dopo giorno, per svariati anni.

Se il primo spuntino spaziale fu la mousse di mele in tubetto consumata dall’astronauta John Glenn nel 1962 a bordo della navicella Friendship 7, in futuro si potrà sicuramente contare su un menu più variegato. I ricercatori, infatti, proveranno a utilizzare lo stesso modello computerizzato per ampliare la varietà di colture nel database e, soprattutto, per capire quali opzioni potrebbero essere utili per le esigenze fisiologiche delle astronaute. Tutto sommato, parafrasando Virginia Woolf, sappiamo che non si può pensare bene, amare bene, dormire bene – aggiungiamo, esplorare bene – se non si è mangiato bene.

Per saperne di più:

• Leggi su ACS Food Science & Technology l’articolo “Modeling of Space Crop-Based Dishes for Optimal Nutrient Delivery to Astronauts and Beyond on Earth”, di Shu Liang, Karolina Rivera-Osorio, Alexandra J. Burgess, Diriba B. Kumssa, Marc Escribà-Gelonch, Ian Fisk Ian Fisk, Matthew Knowling, Dov Stekel e Volker Hessel

Guarda il servizio video dell’Università di Adelaide:

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Rappresentazione semplificata del ciclo del carbonio sulla Terra. Crediti: Nasa/Jpl-Caltech

Un pianeta abitabile è un pianeta che orbita alla giusta distanza dalla sua stella, ovvero nella cosiddetta fascia di abitabilità: la zona di spazio attorno a una stella in cui le condizioni sono tali da permettere al pianeta di sostenere la presenza di acqua liquida in superficie. A oggi sono stati scoperti decine di mondi in orbita all’interno delle zone di abitabilità delle loro stelle, dunque non è difficile scovare mondi abitabili. Il problema è, accertate le condizioni di abitabilità, identificare poi su questi mondi l’effettiva presenza di acqua. Un team di ricercatori guidati dall’Università di Birmingham, nel Regno Unito, potrebbe ora aver escogitato un metodo per riuscirci. Come? Individuando una nuova “firma di abitabilità” grazie alle quale sarebbe possibile capire se un pianeta ha realmente oceani di acqua liquida in superficie.

La firma di abitabilità in questione è la scarsa abbondanza di anidride carbonica nell’atmosfera del pianeta rispetto agli altri mondi del sistema planetario cui appartiene: un segno, secondo i ricercatori, della presenza di acqua liquida – e forse di vita – sulla sua superficie. Il motivo per cui quantità relativamente basse di CO2 nell’atmosfera di un esopianeta possono fungere da tracciante della presenza di acqua liquida è da ricercarsi nella capacità che hanno gli oceani di assorbire e sequestrare la molecola.

«Misurare la quantità di anidride carbonica nell’atmosfera di un pianeta è abbastanza facile», dice Amaury Triaud, ricercatore all’Università di Birmingham e primo autore dello studio, pubblicato la settimana scorsa su Nature Astronomy. «Questo perché la CO2 è un forte assorbitore nell’infrarosso, caratteristica che qui sulla Terra sta portando all’attuale aumento delle temperature. Confrontando la quantità di CO2 nelle atmosfere di diversi pianeti, possiamo utilizzare questa nuova firma di abitabilità per identificare i pianeti che ospitano oceani e che dunque sono potenzialmente in grado di sostenere la vita».

Al team di ricerca – che comprende scienziati del Mit, del Woods Hole Oceanographic Institution, dell’Ècole Polytechnique e del Laboratoire d’astrofisique de Bordeaux – l’idea di sfruttare i livelli di CO2 atmosferica come indicatore della presenza di oceani d’acqua è venuta prendendo ad esempio la condizione della Terra rispetto ad altri due pianeti rocciosi del Sistema solare, Venere e Marte. Il nostro pianeta è l’unico dei tre che attualmente ospita acqua allo stato liquido. E rispetto a Venere e Marte è anche quello che ha assai meno anidride carbonica nella sua atmosfera. Ciò è dovuto al fatto che, nel corso di centinaia di milioni di anni, gli oceani terrestri hanno assorbito un’enorme quantità di anidride carbonica – una quantità quasi uguale a quella oggi presente nell’atmosfera di Venere. Su scala planetaria, questo effetto ha lasciato l’atmosfera terrestre significativamente impoverita di anidride carbonica rispetto ai suoi vicini planetari.

«Partendo dal presupposto che questi pianeti sono stati creati in modo simile, se in un pianeta rileviamo molto meno carbonio, ciò significa che deve essere andato da qualche parte», osserva a questo proposito Triaud. «L’unico processo in grado di rimuovere così tanto carbonio dall’atmosfera è un robusto ciclo dell’acqua che coinvolga oceani di acqua liquida».

Partendo da queste osservazioni, il team ha dunque concluso che se un simile impoverimento di anidride carbonica viene rilevato in un pianeta lontano, e questa condizione non interessa i pianeti vicini, siamo davanti a un segnale affidabile della presenza di oceani liquidi – e della possibilità di vita – sulla sua superficie.

«Dopo aver esaminato ampiamente la letteratura di molti campi della scienza, dalla biologia alla chimica, compresi i meccanismi di sequestro del carbonio nel contesto dei cambiamenti climatici, riteniamo che la deplezione di carbonio atmosferico sia con buona probabilità un forte segno della presenza di acqua liquida e/o di vita», aggiunge Julien de Wit, professore al Mit e co-autore dello studio.

Illustrazione della strategia utilizzata dai ricercatori per trovare pianeti abitabili e abitati attraverso la rilevazione della CO2 atmosferica. In alto sono mostrati diversi pianeti con differenti caratteristiche di abitabilità. Il pannello in basso a sinistra riporta una simulazione dello spettro di trasmissione del pianeta roccioso Trappist-1 f. Il pannello in basso a destra mostra invece una versione semplificata del ciclo del carbonio, alla base della riduzione della CO2 atmosferica. Crediti: Amaury H. M. J. Triaud et al., Nature Astronomy, 2023

Per individuare pianeti abitabili utilizzando questa nuova firma chimica, i ricercatori delineano una strategia suddivisa in tre fasi. La prima fase consiste nel confermare che i pianeti d’un sistema planetario abbiano un’atmosfera. Ciò è possibile semplicemente cercando la presenza di anidride carbonica, che dovrebbe dominare la maggior parte delle atmosfere planetarie. Per farlo, spiegano i ricercatori, basterebbe osservare i pianeti per almeno dieci transiti con lo strumento Nirspec di Jwst, e rilevare l’impronta dell’anidride carbonica negli spettri di trasmissione dei pianeti. Gli autori sottolineano che la strategia funziona meglio nei sistemi planetari chiamati “peas in a pod”, letteralmente “piselli in un baccello”: sistemi planetari i cui esopianeti tendono ad avere dimensioni simili e una spaziatura orbitale regolare – come i piselli in un baccello, appunto.

La seconda fase consiste nel misurare l’abbondanza di anidride carbonica osservando circa cento transiti planetari, per verificare se un pianeta ha quantità della sostanza volatile significativamente inferiori rispetto agli altri pianeti del sistema. Se è così, il pianeta è probabilmente abitabile, ospita cioè notevoli quantità di acqua liquida in superficie.

La presenza di acqua liquida non significa tuttavia che un pianeta sia abitato. Abitabile e abitato non sono infatti sinonimi. Per vedere, dunque, se la vita potrebbe effettivamente esistere in un tale mondo il team, nella terza e ultima fase, propone di cercare nell’atmosfera un’altra impronta chimica: la firma della molecola di ozono. Sulla Terra sia le piante che alcuni microbi contribuiscono ad assorbire anidride carbonica, anche se non tanto quanto gli oceani. Come parte di questo processo viene emesso in atmosfera ossigeno, che reagendo con la luce ultravioletta proveniente dal Sole si trasforma in ozono, una molecola molto più facile da rilevare dell’ossigeno stesso. Di conseguenza, se l’atmosfera di un pianeta presenta abbondanza di ozono e ridotte quantità di anidride carbonica, allora è possibile che sia un mondo non solo abitabile ma anche abitato, osservano i ricercatori.

«Se rileviamo l’ozono nell’atmosfera di un pianeta è molto probabile che esso sia collegato all’anidride carbonica consumata dalla vita. E se è vita, è una vita rigogliosa» sottolinea Triaud. «Non si tratterebbe infatti solo di qualche batterio, ma sarebbe una biomassa presente su scala planetaria, in grado di elaborare un’enorme quantità di carbonio e di interagire con esso».

Un elemento importante del nuovo lavoro di ricerca è che sia l’impronta dell’anidride carbonica che quella dell’ozono nell’atmosfera planetaria sono rilevabili con gli attuali telescopi, compreso il nuovo telescopio spaziale James Webb. Nello studio gli scienziati hanno verificato la possibilità di rivelare la CO2 nell’atmosfera di Trappist-1f, uno dei sette pianeti del sistema planetario Trappist-1, situato a circa 40 anni luce dalla Terra. Il risultato dell’indagine è che Jwst è in grado di svelare la presenza della molecola, visibile in uno spettro di trasmissione come banda a 4.3 μm. Sfruttando la firma dell’anidride carbonica e la sensibilità di Jwst, dunque, non solo si può dedurre la presenza di acqua liquida su un pianeta lontano, ma sarà anche possibile seguire un percorso per identificare la vita stessa.

Per saperne di più:

• Leggi su Nature Astronomy l’articolo “Atmospheric carbon depletion as a tracer of water oceans and biomass on temperate terrestrial exoplanets” di Amaury H. M. J. Triaud, Julien de Wit, Frieder Klein, Martin Turbet, Benjamin V. Rackham, Prajwal Niraula, Ana Glidden, Oliver E. Jagoutz, Matej Peč, Janusz J. Petkowski, Sara Seager e Franck Selsis

Immagine di una galassia “BluDog” scattata con Hyper Suprime-Cam del Subaru Telescope. Crediti: Naoj/Hsc Collaboration

Non tutte le scoperte si rivelano delle vere e proprie nuove scoperte, ma nuove analisi e confronti possono condurre verso strade inesplorate. È il caso di uno studio, pubblicato il 14 dicembre scorso su The Astrophysical Journal Letters e guidato da Akatoki Noboriguchi della Shinshu University in Giappone, dedicato ai cosiddetti transitionary quasars: galassie sul punto di diventare quasar, dunque oggetti di grande importanza per indagare uno fra i più grandi misteri dell’astronomia moderna, qual è appunto l’origine dei quasar.

I quasar, alimentati da buchi neri supermassicci un miliardo di volte più massicci del Sole, sono tra gli oggetti più luminosi dell’universo, ma nonostante siano al centro di molte ricerche, la loro origine rimane poco chiara. La teoria prevalente è che si formino nel cuore di galassie con nubi di gas e polvere che oscurano il buco nero ancora in crescita fin quando non diventa abbastanza energetico e luminoso da spazzare via le nubi che lo circondano.

Per confermare quest’ipotesi, gli astrofisici cercano di catturare quel breve periodo di transizione in cui un oggetto – ancora in condizione di “pre-quasar” – inizia a spazzare via le nubi e le polveri che lo circondano. Ma quali oggetti tenere sott‘occhio? È qui che entrano in gioco le Eros e le BluDogs: le prime sono “oggetti estremamente rossi” (l’acronimo sta per extremely red objects), vale a dire galassie con una dominante “rossa”, mentre le BluDogs – galassie blu oscurate da polvere in eccesso (blue-excess dust-obscured galaxies) mostrano una dominante “blu”.

Analizzando i dati acquisiti dalle Hawaii con il telescopio giapponese Subaru osservando alcune galassie Eros remote – fra i 12 e i 13 miliardi di anni luce – già studiate dal telescopio spaziale Webb, gli autori dello studio hanno notato che, seppur definiti “rosse”, le Eros di Webb possedevano anche una significativa componente blu, simile a quella delle BluDog già trovate dal telescopio Subaru e descritte in un articolo dello scorso anno. Mettendo a confronto gli spettri delle Eros di Webb e delle BluDog del Subaru Telescope, in particolare, si è giunti alla conclusione che appartengono probabilmente alla stessa classe di oggetti, anche se con delle differenze. Sembra che le Eros siano in una fase evolutiva precedente rispetto alle BluDog, che invece si troverebbero nella fase in cui il quasar sta già spazzando via le nubi di polvere.

Se è quindi ormai evidente che la formazione dei quasar è iniziata molto presto nella storia dell’universo, per poter chiarire anche i processi alla loro origine gli autori dello studio puntano ora ad aumentare il numero di transitionary quasars osservati e a condurre misure spettroscopiche più dettagliate.

Per saperne di più:

• Leggi su The Astrophysical Journal Letters l’articolo “Similarity between Compact Extremely Red Objects Discovered with JWST in Cosmic Dawn and Blue-excess Dust-obscured Galaxies Known in Cosmic Noon”, di Akatoki Noboriguchi, Akio K. Inoue, Tohru Nagao, Yoshiki Toba e Toru Misawa

La costellazione di Orione e in basso, evidenziata dal cerchio giallo, la stella Sirio

Con la Luna che a inizio mese rischiarerà il cielo solo nella seconda parte della notte, potremmo goderci, a partire dall’imbrunire, le bellissime costellazioni invernali. Verso sud Orione con la grande nebulosa, il Toro con le Pleiadi e poco distante la costellazione dei Gemelli, oltre che ben alte sull’orizzonte – nei pressi dello zenit – la costellazione dell’Auriga e quella di Perseo.

Orione culmina al meridiano poco prima delle 23 a inizio mese e, data la sua facile identificazione, ci servirà da riferimento. Prolungando le tre stelle della cintura del Cacciatore verso in basso a sinistra non potremo che notare la stella più luminosa del cielo: Sirio, conosciuta anche come stella del Cane o Canicola, essendo in effetti la stella principale della costellazione del Cane maggiore. Gli antichi egizi usavano questa stella per scandire l’inizio periodi caldi, la canicola appunto, da luglio ad agosto, quando Sirio sarebbe sorta poco prima del Sole e annunciando l’alluvione del Nilo. La stella Sirio ha una massa doppia rispetto a quella del Sole ma la sua forte luminosità, 25 volte quella della nostra stella, unita alla vicinissima distanza di soli 8,26 anni luce, la rendono la stella più luminosa del cielo sia boreale che australe. La sua temperatura superficiale di poco meno di 10mila gradi la rende di un colore azzurro blu. In realtà Sirio è un sistema binario. Mentre Sirio A, la stella più luminosa, di magnitudine -1.47, è una stella di sequenza principale come il Sole, la compagna, Sirio B, è invece invisibile a occhio nudo, essendo di magnitudine 8.44, ed è una stella nana bianca che ruota intorno a Sirio A con un periodo di 50 anni.

Il cielo di gennaio è piuttosto popolato da ammassi stellari che possono essere facilmente osservati anche con un piccolo telescopio o un binocolo, meglio nelle notti senza Luna.

Costellazioni del Toro, dell’Auriga e dei Gemelli con indicati gli ammassi aperti che popolano queste costellazioni: le Pleiadi (M45) nel Toro, M36, M37, M38 nell’Auriga e infine M35 nei Gemelli

Oltre alle Pleiadi, ben visibili e spesso scambiate per il Piccolo carro, e le Iadi che circondano l’occhio della costellazione del Toro, nella costellazione dell’Auriga sono facili da osservare M36, di magnitudine 6.3, M37, di magnitudine 5.6, e M38, quest’ultimo di magnitudine 7.4. Più a sinistra, ai piedi della costellazione dei Gemelli, si trova M35, di magnitudine 5.3 e visibile in cieli bui anche a occhio nudo, con a fianco il più piccolo ammasso Ngc 2158. Continuando la ricerca di ammassi aperti facilmente osservabili anche a occhio nudo, a sud di Sirio si può cercare M41 o ammasso del Piccolo alveare, addirittura di magnitudine 4.3, nel Cane Maggiore e poi M44 o ammasso del Presepe, nella costellazione del Cancro. Oltre a questi ammassi, data la posizione ben alta in cielo, non è da dimenticare l’osservazione del doppio ammasso di Perseo.

Giove è ancora brillantissimo nella prima parte della notte tramontando ben dopo la mezzanotte. La sua massima altezza sull’orizzonte sarà di poco meno di 60 gradi e quindi ben alto sull’orizzonte sud quando culmina al meridiano, verso le otto di sera a inizio mese e verso le sei alla fine del mese. Saturno si appresta a essere sempre meno visibile, tramontando verso le nove di sera a inizio mese e alle sette e mezza alla fine. Venere sarà ben visibile all’alba splendendo di magnitudine -4. Tuttavia sarà sempre più vicino al Sole e quindi man mano sempre più difficile da osservare.

Da segnalare per finire lo sciame meteorico delle Quadrantidi, il cui picco è previsto per il 4 gennaio. Il quadrante, ossia la zona di cielo da dove sembrano, per effetto prospettico, provenire le stelle cadenti è situato tra la costellazione di Ercole e l’Orsa maggiore e perciò visibile nella seconda parte della notte fino al mattino. Tuttavia è possibile scorgere le meteore anche in altre ore della notte. La luna disturberà marginalmente le osservazioni dello sciame, e quindi pronti a esprimere qualche desiderio per il 2024.

Crediti: Azienda Speciale PalaExpo/Claudia Gori

Da ragazzina sognavo di diventare archeologa. Avida lettrice di tutto ciò che trovavo nella libreria di casa, avevo sviluppato una vera passione per l’egittologia, ma non disdegnavo gli studi su Troia e sulla civiltà micenea ed ero ugualmente affascinata dalle rovine di Babilonia.

Alla fine, però, ho scelto un diverso percorso universitario e mi sono dedicata alla fisica per poi focalizzarmi sull’astrofisica. Pensavo di avere completamente cambiato registro ma mi sono ben presto accorta che lo studio degli oggetti celesti è una sorta di archeologia glorificata. Infatti, quando guardiamo una stella noi non la vediamo come è adesso ma piuttosto come appariva quando ha emesso la luce che noi percepiamo ora. La differenza tra il tempo della stella e il nostro è tanto più grande quanto maggiore è la distanza che ci divide. Tutto dipende dalla velocità della luce, elevatissima ma finita.

Per questo l’astronomia è una macchina del tempo come recita il titolo della mostra ideata dall’Istituto nazionale di astrofisica, in collaborazione con Pleiadi srl, negli spazi del Palazzo delle Esposizioni di Roma. La mostra inizia con una replica del cannocchiale di Galileo Galilei. Per realizzare il suo strumento, Galileo migliorò la combinazione di lenti, inventata da un occhialaio olandese, e costruì il suo cannone con occhiale, coniando anche la nuova parola, cannocchiale. Galileo non sapeva di avere messo a punto una macchina del tempo: all’epoca si pensava che le stelle fossero inchiodate nel Primo Mobile e nessuno si chiedeva a che distanza fossero, tanto più che sulla natura della luce le idee erano ancora confuse. Tuttavia il suo strumento ha dimostrato come il cielo fosse pieno di sorprese che avrebbero scardinato il sapere della sua epoca e aperto la via alla scienza moderna.

Dal cannocchiale di Galileo ai più potenti telescopi moderni, la tecnologia viene usata per potenziare la nostra visione ed andare più lontano, sempre più indietro nel tempo, sempre più vicino all’origine del nostro universo. L’astronomia è una scienza antichissima ma estremamente attuale, iniziata nel visibile si è ora espansa a comprendere emissioni radio, infrarosse, ultraviolette, X e gamma alle quali i nostri occhi non sono sensibili.

Crediti: Azienda Speciale PalaExpo/Claudia Gori

In un ideale percorso che ci fa esplorare lo spazio viaggiando nel tempo, la prima sala della mostra è dedicata al Sistema solare su scala cittadina. I visitatori sono accolti da un grande pallone a rappresentare il Sole che viene usato come punto di partenza per fare apprezzare le enormi distanze tra i pianeti posizionati su una mappa di Roma. I tempi di transito reali vanno dai pochi secondi per la Luna, alle manciate di minuti per il Sole e i pianeti a noi più vicini, alle ore richieste per arrivare a Nettuno.

Ma è solo l’inizio, la stella più vicina Proxima Cen è a 4,2 anni luce, mentre Sirio, l’astro più brillante, è a 8,6 anni luce e domina il cielo invernale in compagnia di Betelgeuse ,una supergigante rossa della costellazione di Orione che, però, è decisamente più lontana. La sua luce rossastra è partita 530 anni fa, quando Colombo scopriva l’America. Restando nella costellazione di Orione, troviamo la famosa Nebulosa che ha prodotto la luce che vediamo 1500 anni fa, quando cadeva l’impero romano d’occidente.

Collegare un oggetto celeste a un evento storico può aiutare ad apprezzare la scala dei tempi che rappresenta il filo conduttore tra le sale della mostra. Peccato che la storia di tutte le civiltà che conosciamo finisca ben prima di uscire dalla nostra galassia. I tempi cosmici sono incredibilmente più grandi di quelli umani e implicano distanze difficili da immaginare. Questo non ci impedisce di apprezzare le immagini prodotte a partire dai dati del satellite europeo Gaia lanciato 10 anni fa per mappare oltre un miliardo di stelle della Via Lattea. Il modello di Gaia (in scala 1 a 5) è sospeso al soffitto e può essere manovrato dai visitatori. Ma la nostra galassia è solo una di moltissime. I segnali che ci arrivano dalla galassia di Andromeda, la spirale simile alla nostra Via Lattea più vicina, impiegano 2 milioni e mezzo di anni per raggiungerci. Mentre la galassia M87, che ospita il buco nero più fotogenico che conosciamo, è a 56 milioni di anni luce. Le galassie del quintetto di Stephan, immortalate in immagini splendide dai telescopi spaziali Hubble e Jwst, sono tra 200 e 300 milioni di anni luce, e corrispondono ai periodi geologici Permiano e Triassico.

Crediti: Azienda Speciale PalaExpo/Claudia Gori

Ma la corsa all’indietro nel tempo continua: i buchi neri che si fondono dando origine a onde gravitazionali sono a qualche miliardo di anni luce, quando sulla terra si sviluppavano gli organismi unicellulari. I segnali che sono partiti oltre 5 miliardi di anni fa meritano una ulteriore riflessione perché, all’epoca, il Sole ed i suoi pianeti non si erano ancora formati. L’universo è una realtà in continuo divenire. L’astrofisica ci offre delle istantanee ed è mettendole insieme che ricostruiamo il film dell’evoluzione cosmica. Le immagini possono essere sonificate, diventare un videogioco oppure un percorso di realtà virtuale, dove gli oggetti celesti sono sculture 3D.

Visitando Macchine del tempo ci si rende conto che l’astrofisica sta vivendo un momento straordinario e che l’Italia sta giocando un ruolo da protagonista. Decifrare i messaggi delle stelle non serve solo a fare passi avanti nella comprensione dell’universo: le avveniristiche tecnologie astronomiche hanno anche importanti ricadute sulla vita di tutti.

Per saperne di più:

• Visita il sito della mostra “Macchine del tempo. Il viaggio nell’Universo inizia da te”, Roma, Palazzo delle Esposizioni, aperta fino al 24 marzo 2024

Nel novembre del 2023 il telescopio Webb è stato puntato sull’ammasso di galassie Macs J0138.0-2155. Tuttavia, più che le galassie dell’ammasso, ben più interessante si è rivelato ciò che si trova alle sue spalle. In virtù di un fenomeno denominato lensing gravitazionale, la massa degli ammassi funge infatti da “lente”, deviando e amplificando la luce prodotta dalle galassie localizzate dietro di essi, e producendo immagini multiple e distorte di questi sistemi. In questo senso, gli ammassi di galassie costituiscono dei formidabili telescopi cosmici, in quanto consentono di osservare oggetti estremamente distanti, che risulterebbero altrimenti inaccessibili ai nostri strumenti.

Situata a dieci miliardi di anni luce dalla Terra, la galassia Mrg-M0138 è stata scoperta in prossimità dell’ammasso Macs J0138.0-2155 sfruttando il lensing gravitazionale. Questa sorgente remota è visibile in ben cinque immagini multiple dalla caratteristica forma arcuata che contraddistingue gli oggetti affetti dal lensing. Nel 2019, esaminando alcune immagini del telescopio Hubble risalenti a tre anni prima, alcuni ricercatori hanno individuato una supernova all’interno di questa galassia. Esplosioni di supernova nelle galassie situate dietro una lente gravitazionale sono state osservate piuttosto raramente – a oggi si contano meno di una dozzina di eventi.

Tuttavia questa è solo una parte della storia. Esaminando delle nuove immagini recentemente acquisite con il telescopio Webb è stata infatti individuata una seconda supernova in Mrg-M0138. È la prima volta che due supernove vengono scoperte nella stessa galassia grazie al lensing gravitazionale.

L’ammasso di galassie Macs J0138.0-2155 con uno zoom sulla galassia Mrg-M0138, visibile grazie al lensing gravitazionale. Le frecce indicano due immagini multiple della supernova scoperta recentemente dal telescopio spaziale James Webb, che appare come un “puntino” all’interno della galassia. Crediti: Nasa, Esa, Csa, Stsci, J. Pierel, D. Newman

La scoperta è stata raccontata sul blog della Nasa dedicato al telescopio Webb dai ricercatori Justin Pierel e Andrew Newman, rispettivamente dello Space Telescope Science Institute di Baltimora e dell’Observatories of the Carnegie Institution for Science di Pasadena, entrambi negli Stati Uniti.

«Quando una supernova esplode dietro una lente gravitazionale, la sua luce raggiunge la Terra attraverso diversi percorsi. Potremmo paragonare questi percorsi a dei treni che partono da una stazione alla stessa ora, viaggiando alla stessa velocità e diretti alla stessa meta ma che, a causa delle differenze nella lunghezza del tragitto e nel terreno, non arrivano a destinazione nello stesso momento», spiegano i due autori della scoperta. «Allo stesso modo, le diverse immagini di una supernova dietro una lente gravitazionale appaiono agli astronomi nel corso di giorni, mesi o addirittura anni diversi. Misurando la differenza fra i tempi a cui appaiono le immagini, possiamo stimare come si evolve il tasso di espansione dell’universo, noto come costante di Hubble, misura che rappresenta una sfida cardine per la cosmologia». Attualmente i valori della costante di Hubble stimati con tecniche diverse risultano infatti inconsistenti fra loro, generando quella che viene chiamata tensione di Hubble.

Entrambe le supernove sono del tipo “Ia”. A differenza delle supernove di tipo II, che sopraggiungono nelle ultime fasi di vita delle stelle di grande massa, le supernove Ia sono esplosioni dovute all’accrescimento di materiale su una nana bianca da parte di una stella compagna. Raggiunto il valore limite pari a quasi una volta e mezzo la massa del Sole (massa di Chandrasekhar, dal fisico che per primo calcolò questo valore), la nana bianca collassa producendo una violenta esplosione. La peculiarità di queste esplosioni sta nel fatto che hanno una luminosità caratteristica nota con una certa accuratezza. Misurando di quanto l’emissione osservata appare attenuata rispetto al valore caratteristico, è dunque possibile stimare a quale distanza si trova la supernova.

Non è la prima volta che le supernove visibili grazie al lensing gravitazionale vengono utilizzate per misurare la costante di Hubble. I ricercatori hanno stimato che nuove immagini delle due supernove – ribattezzate rispettivamente Requiem, quella del 2016, ed Encore (‘Bis’, in italiano) – compariranno tra circa dodici anni.

La supernova Requiem immortalata da Hubble nel 2016 e la supernova Encore scoperta da Webb nel 2023. Le due esplosioni, indicate dai cerchi, sono visibili in diverse immagini multiple della galassia Mrg-M0138. Crediti: Nasa, Esa, Stsci, S. A. Rodney, G. Brammer; Nasa, Esa, Csa, Stsci, J. Pierel, A. Newman

Per studiare la supernova scoperta il mese scorso i ricercatori stanno usufruendo del cosiddetto Director’s Discretionary Time (“tempo a discrezione del direttore”) che viene destinato al monitoraggio di fenomeni astronomici improvvisi e variabili nel tempo. «Le supernove sono normalmente imprevedibili», dicono gli autori, «ma stavolta sappiamo quando e dove guardare per vedere le ultime immagini di Requiem ed Encore. Nuove osservazioni nell’infrarosso intorno al 2035 cattureranno il loro ultimo grido e consentiranno una nuova e precisa misura della costante di Hubble». Non ci resta che sperare che il telescopio Webb funzioni sino ad allora per immortalare delle nuove, straordinarie immagini delle due supernove.

Immagine del polo nord della di Io stata scattata il 15 ottobre dalla sonda Juno. Crediti: Nasa/Jpl-Caltech/Swri/Msss, Ted Stryk

Il tête-à-tête è in programma per domani, sabato 30 dicembre. Sarà l’incontro più ravvicinato mai avvenuto negli ultimi vent’anni fra una sonda spaziale e la piccola luna di Giove Io, il mondo più vulcanico del Sistema solare. La sonda della Nasa Juno sorvolerà il più interno dei quattro satelliti medicei a una distanza dalla superficie di circa 1500 km, raccogliendo – promettono i responsabili della missione – un’enorme quantità di informazioni.

«Combinando i dati di questo flyby con le nostre osservazioni precedenti, il team scientifico di Juno sta studiando come variano i vulcani di Io», spiega il principal investigatot di Juno, Scott Bolton, del Southwest Research Institute di San Antonio (Usa). «Stiamo verificando la frequenza delle eruzioni, la loro luminosità, il calore, come muta la forma del flusso di lava e la relazione tra l’attività di Io e il flusso di particelle cariche nella magnetosfera di Giove».

Un secondo sorvolo ravvicinato, sempre alla stessa distanza di 1500 km dalla superficie della luna, è in programma per il 3 febbraio 2024. Andrà ad aggiungersi a questo di domani e ai tanti già compiuti in passato: Juno ha infatti già osservato da vicino l’attività vulcanica di Io da distanze comprese fra 11mila e 100mila km, fornendo per la prima volta immagini dei suoi due poli. La sonda inoltre ha al suo attivo passati numerosi sorvoli ravvicinati di Ganimede ed Europa, nonché ben 56 flyby attorno a Giove.

«I due flyby di dicembre e febbraio», continua Bolton, «serviranno a Juno per condurre indagini sull’origine dell’intensa attività vulcanica di Io, sull’esistenza di un oceano di magma sotto la sua crosta e sull’importanza delle forze mareali esercitate da Giove, che deformano senza tregua questa luna martoriata».

Durante il flyby saranno attivate tutt’e tre le fotocamere a bordo della sonda: la Stellar Reference Unit, una camera per la navigazione stellare capace di fornire anche dati scientifici ad alta risoluzione; la JunoCam, che scatterà immagini a colori in luce visibile; e infine lo spettrometro italiano Jiram (è stato finanziato dall’Asi, realizzato da Finmeccanica ed è sotto la responsabilità scientifica di Alessandro Mura dell’Inaf di Roma), in grado di acquisire immagini nell’infrarosso.

La celebre “Blue Marble”, una fotografia della Terra scattata il 7 dicembre 1972 dall’equipaggio dell’Apollo 17 (l’ultima missione del Programma Apollo) a una distanza di circa 45mila km. Crediti: Nasa/Apollo 17 via Wikimedia Commons

Una meravigliosa biglia blu. Così appariva la Terra dallo spazio agli astronauti della missione Apollo 17: un pianeta avvolto dall’acqua degli oceani e accogliente per la vita. Non come Venere, sfera giallastra, inospitale e sterile. Eppure a segnare il diverso destino dei due mondi potrebbe essere una differenza in temperatura inizialmente molto ridotta, appena una manciata di gradi. Un fatto che ben rende l’idea di fragilità e precarietà del nostro pianeta.

Un’équipe di astronomi dell’Università di Ginevra e del Nccr PlanetS (Svizzera), con il supporto dei laboratori del Cnrs di Parigi e Bordeaux, è riuscito per la prima volta a simulare la dinamica completa del processo che può trasformare il clima di un pianeta da idilliaco e perfetto per la vita a quanto di più ostile si possa immaginare. Noto in inglese come runaway greenhouse process, è un “effetto serra galoppante” che si verifica quando i gas serra – e in particolare il vapor d’acqua – che si accumulano in atmosfera, impedendo la fuoriuscita nello spazio del calore irradiato, portano la temperatura del pianeta oltre una certa soglia, innescando una sorta di reazione a catena.

Presentati questo mese sulla rivista Astronomy & Astrophysics, i risultati ottenuti dai tre autori dello studio mostrano anche come, sin dalle fasi iniziali del processo, la struttura atmosferica e la copertura nuvolosa subiscano cambiamenti significativi, portando appunto a un effetto serra incontrollato e inarrestabile. Sulla Terra, un aumento della temperatura media globale di appena poche decine di gradi sarebbe sufficiente a innescare questo fenomeno, rendendo il nostro pianeta invivibile.

La teoria del runaway greenhouse process non è nuova. In questo scenario, appunto, un pianeta può evolvere da uno stato temperato e “paradisiaco” come quello della Terra a un vero e proprio “inferno”, con temperature superficiali superiori ai 1000 °C. La causa risiederebbe nell’accumulo di vapore acqueo, un gas serra naturale, che impedendo all’irradiazione solare assorbita dalla Terra di essere riemessa verso lo spazio come radiazione termica intrappola il calore, un po’ come se fosse una coperta isolante. Un pizzico di effetto serra, a dire il vero, è utile: senza di esso, il nostro pianeta avrebbe una temperatura media inferiore al punto di congelamento dell’acqua e diventerebbe, quindi, una palla coperta di ghiaccio impenetrabile. Ma un eccesso di effetto serra, con il calore che – favorendo l’evaporazione degli oceani – aumenta la quantità di vapore acqueo nell’atmosfera che a sua volta aumenta il calore, può avere effetti disastrosi.

Gli oceani di Venere potrebbero essersi scomparsi a causa di un effetto serra inaspettato e incontrollato. Crediti: Nasa/Jpl

«Esiste una soglia critica, per questa quantità di vapore acqueo, oltre la quale il pianeta non può più raffreddarsi», spiega il primo autore dello studio, Guillaume Chaverot, dell’Università di Ginevra. «Da quel punto in poi è una deriva inarrestabile, fino a quando gli oceani non sono completamente evaporati e la temperatura superficiale ha raggiunto diverse centinaia di gradi».

In precedenza, altri studi chiave in climatologia si sono concentrati esclusivamente o sullo stato temperato prima del runaway, o sullo stato non più abitabile dopo il runaway. «Questa è la prima volta in cui un team studia la transizione stessa con un modello climatico globale 3D e verifica come il clima e l’atmosfera si evolvono durante questo processo», sottolinea Martin Turbet, ricercatore presso i laboratori Cnrs di Parigi e Bordeaux, coautore dello studio.

Uno dei punti chiave dello studio descrive la comparsa di un pattern di nubi molto particolare, che aumenterebbe l’effetto serra incontrollato e renderebbe il processo irreversibile. «La struttura dell’atmosfera è profondamente alterata», nota Chaverot. «Fin dall’inizio della transizione, possiamo osservare alcune nubi molto dense che si sviluppano nell’alta atmosfera, dove sembrerebbe assente l’inversione termica che caratterizza l’atmosfera terrestre e che separa i suoi due strati principali – la troposfera e la stratosfera».

Questa scoperta è un tassello fondamentale per lo studio del clima anche su altri pianeti, e in particolare su quelli che orbitano attorno a stelle diverse dal Sole. «Studiando il clima di altri pianeti, una delle nostre motivazioni più forti è quella di determinare quanto siano potenzialmente in grado di ospitare la vita», spiega Émeline Bolmont, astrofisica co-autrice dello studio e direttrice del Life in the Universe Center (Luc) dell’Università di Ginevra, dove si conducono progetti di ricerca interdisciplinari all’avanguardia sulle origini della vita sulla Terra e sulla ricerca di vita altrove, sia nel Sistema solare che in altri sistemi planetari.

I raggi del Sole attraversano l’atmosfera nuvolosa di Venere e riscaldano la superficie del pianeta. Quando il calore sale dalla superficie, viene intrappolato sotto lo strato di nuvole creando l’effetto serra. Crediti: Esa

«Dai precedenti studi, sospettavamo già l’esistenza di una soglia di vapore acqueo, ma la comparsa di questo pattern di nubi è una vera sorpresa», continua Bolmont. «Abbiamo anche studiato in parallelo come questo pattern di nubi possa creare una firma specifica, o ”impronta digitale”, rilevabile durante l’osservazione delle atmosfere degli esopianeti». Una firma che, secondo Turbet, la prossima generazione di strumenti sarà in grado di rilevare.

Tornando al nostro pianeta in fragile equilibrio, gli autori dello studio, con i nuovi modelli climatici 3D, hanno calcolato che un piccolissimo aumento dell’irradiazione solare sarebbe sufficiente a innescare il processo irreversibile di effetto serra galoppante anche sulla Terra, rendendola inospitale come Venere e aprendo uno scenario apocalittico. «Supponendo che si verifichi l’esordio del processo di runaway qui sulla Terra, un’evaporazione di soli 10 metri della superficie degli oceani porterebbe a un aumento di 1 bar della pressione atmosferica a livello del suolo. Nel giro di poche centinaia di anni,raggiungeremmo una temperatura al suolo di oltre 500 °C. In seguito si arriverebbe addirittura a 273 bar di pressione superficiale e oltre 1500 °C, e tutti gli oceani finirebbero per evaporare completamente», conclude Chaverot, le cui ricerche si concentrano sul caso specifico della Terra e cercano di determinare se i gas serra possano realmente innescare un effetto serra incontrollato simile a quello che potrebbe verificarsi con un leggero aumento dell’irradiazione solare e, in caso positivo, se le temperature di soglia siano le stesse per entrambi i processi.

Per il momento, cercando di non far passare il nostro pianeta dalla padella alla brace, i governi dei vari Paesi si sono posti come obiettivo climatico quello di limitare il riscaldamento globale della Terra, indotto dai gas serra, a non più di 1,5 gradi entro il 2050. Durante l’ultima conferenza delle Nazioni Unite sui cambiamenti climatici (Cop 28), in particolare, si è evidenziato che, per rientrare nel limite del riscaldamento globale di 1,5 gradi, è necessario ridurre il picco delle emissioni globali di gas serra del 43 per cento entro il 2030 e del 60 per cento entro il 2035 rispetto ai livelli del 2019. Chiedendo di fatto all’umanità intera di agire in fretta per mitigare e frenare il cambiamento climatico sulla Terra.

Per saperne di più:

• Leggi su Astronomy & Astrophysics l’articolo “First exploration of the runaway greenhouse transition with a 3D General Circulation Model”, di Guillaume Chaverot, Emeline Bolmont e Martin Turbet

Il pianeta Urano, circondato dai suoi anelli, in un’immagine dello strumento NirCam a bordo di Jwst. Sono visibili anche 14 delle 27 lune che orbitano attorno al pianeta. Sullo sfondo, una moltitudine di galassie (cliccare per ingrandire). Crediti: Nasa, Esa, Csa, Stsci

Dopo un primo, fugace scatto pubblicato lo scorso aprile, il James Webb Space Telescope (Jwst) ha rivolto nuovamente il suo occhio infrarosso verso uno dei pianeti più affascinanti del Sistema solare: il gigante ghiacciato Urano. E lo ha immortalato in tutto lo sfavillante splendore che circonda questo curioso corpo celeste, rendendo finalmente giustizia ai suoi anelli, che nulla hanno da invidiare a quelli, ben più noti, del vicino Saturno.

La nuova immagine di Urano cattura sia gli anelli esterni che quelli più interni, meno brillanti e dunque più difficili da osservare. Niente sfugge alla sensibilità del potente osservatorio spaziale: fa capolino timidamente anche l’elusivo anello Zeta, il più vicino al pianeta, dall’apparenza fioca e diffusa.

Contrariamente all’aspetto placido del pianeta nelle foto inviate dalla sonda Voyager 2 negli anni Ottanta, le osservazioni nell’infrarosso di Jwst mettono in evidenza l’atmosfera dinamica di Urano, dove spicca una calotta bianca di nubi in prossimità del polo nord. Il pianeta, che impiega ben 84 anni a completare un giro intorno al Sole, ruota intorno al proprio asse con un’insolita inclinazione di 98° rispetto alla sua orbita: in pratica, “rotolando”. Questo produce le stagioni più estreme di tutto il Sistema solare, lasciando uno dei poli esposto al Sole per 21 anni mentre l’altra metà del corpo celeste sprofonda nell’oscurità di un lungo inverno.

Immagine infrarossa di Urano circondato dai suoi anelli e da 14 delle sue 27 lune. In basso sono indicati i quattro filtri nel vicino infrarosso usati per realizzare l’immagine (cliccare per ingrandire). Crediti: Nasa, Esa, Csa, Stsci

La calotta di nubi polari ripresa da Jwst è una caratteristica stagionale, che si fa via via più intensa quando il polo nord di Urano inizia a puntare verso il Sole, mentre il pianeta si avvicina al solstizio (il prossimo è previsto nel 2028). In prossimità del bordo esterno della calotta, sono visibili anche una serie di piccole tempeste, causate da una combinazione di effetti stagionali e meteorologici.

Si distinguono anche un gran numero di lune, dalle cinque più grandi – Miranda, Ariel, Umbriel, Titania e Oberon – riconoscibili attraverso i sei picchi di diffrazione tipici delle sorgenti puntiformi ritratte da Jwst, fino alle più piccine – alcune delle quali nascoste tra gli anelli: Rosalind, Puck, Belinda, Desdemona, Cressida, Bianca, Portia, Juliet e Perdita.

Per realizzare un ritratto così dettagliato di un sistema altamente dinamico come questo – sia le lune che le tempeste e altri fenomeni atmosferici si spostano significativamente all’interno del campo di vista nell’arco di pochi minuti, poiché Urano ruota intorno a sé stesso in appena 17 ore – è stato necessario raccogliere e poi comporre una serie di esposizioni su tempi sia brevi che lunghi del pianeta e dei suoi immediati dintorni.

Guarda il servizio video su MediaInaf Tv:

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Il telescopio Lst-1, con il suo specchio primario composito da 400 metri quadrati d’area di raccolta, si erge all’Osservatorio Roque de los Muchachos dell’Instituto de Astrofísica de Canarias (Iac), sull’isola di La Palma, alle Canarie (Spagna). Crediti: L. A. Antonelli/Inaf

Nome in codice Lst-1, inaugurato nel 2018, è il primo dei quattro telescopi di taglia L (Lst sta per large-sized telescope) del sito nord dell’osservatorio Cta, il Cherenkov Telescope Array. E ha appena firmato la sua prima scoperta, pubblicata il 15 dicembre scorso: la rivelazione dell’emissione ad altissime energie della sorgente OP 313, un quasar già osservato in precedenza a energie più basse, dunque già noto, mai però al di sopra dei 100 GeV. OP 313 diventa così il nucleo galattico attivo (Agn) più distante mai rilevato da un telescopio Cherenkov.

«Abbiamo ottenuto questo primo successo scientifico con un solo telescopio Lst, per di più ancora in fase di verifica», dice a Media Inaf Angelo Antonelli, direttore dell’Osservatorio astronomico Inaf di Roma e membro della collaborazione Cta. «Questo è solo il primo assaggio delle potenziali scoperte che farà il futuro osservatorio Cta osservando l’universo alle altissime energie: entro il 2027 i quattro telescopi Lst in costruzione alle Canarie osserveranno il cielo dell’emisfero nord raggiungendo una sensibilità mai ottenuta finora, mentre ne avremo almeno altri due al sito sud del Ctao».

Destinato a diventare il primo osservatorio per raggi gamma da terra (sfruttando l’effetto Cherenkov), nonché lo strumento più grande e sensibile al mondo per l’esplorazione dell’universo ad alta energia, Ctao utilizzerà una sessantina di telescopi di tre classi – large, medium e small, con diametro rispettivamente di 23, 11.5 e 4.3 metri – distribuiti in due siti: uno nell’emisfero settentrionale, sull’isola di La Palma (Canarie, Spagna) – dove sorge appunto Lst-1, l’autore di questa scoperta – e l’altro nell’emisfero australe, in Cile, nel deserto di Atacama.

Struttura schematica di un Agn, con il buco nero al centro, circondato da un disco di accrescimento e da un toro di gas e polveri, e due getti simmetrici di luce e particelle. Crediti: Aurore Simonnet, Sonoma State University

Il quasar OP 313 è un cosiddetto flat spectrum radio quasar (Fsrq), un tipo di Agn molto luminoso: vale a dire, il nucleo di una galassia nel quale alberga un buco nero supermassiccio che divora materiale dall’ambiente circostante, creando potenti dischi di accrescimento e getti di luce e particelle relativistiche. Prima di questa osservazione, solo nove quasar erano noti a energie molto elevate: OP 313 è ora il decimo. In generale, rispetto ad altri tipi di Agn, i quasar sono più difficili da rilevare a energie molto elevate. Questo non solo perché la luminosità del loro disco di accrescimento indebolisce l’emissione di raggi gamma, ma anche perché sono in generale più lontani. E più una sorgente è lontana, più difficile è osservarla ad altissime energie a causa della cosiddetta Ebl, l’extragalactic background light: la luce emessa complessivamente da tutti gli oggetti al di fuori della Via Lattea – un’emissione che si estende su più lunghezze d’onda, dal visibile all’infrarosso e all’ultravioletto. L’Ebl interagisce con i raggi gamma ad altissima energia, attenuando il loro flusso e rendendone così difficile l’osservazione.

OP 313, in particolare, si trova a un redshift di 0,997, vale a dire circa 8 miliardi di anni luce da noi: valore che lo rende l’Agn più distante e la seconda sorgente più distante mai rilevata ad altissime energie. Lst-1 lo h osservato tra il 10 e il 14 dicembre, dopo aver ricevuto un’allerta dallo strumento Lat del satellite Fermi della Nasa, che aveva rilevato un’attività insolitamente elevata nel regime dei raggi gamma a bassa energia, confermata anche in banda ottica da diversi strumenti. Le caratteristiche uniche del telescopio Lst-1 – con una sensibilità ottimizzata per l’intervallo di bassa energia del Ctao, tra 20 e 150 GeV, dove i raggi gamma sono meno influenzati dall’Ebl – hanno permesso alla collaborazione Lst di estendere per la prima volta lo studio di questa sorgente a decine di GeV. La collaborazione Lst continuerà a osservare questa fonte con Lst-1 per aumentare la quantità di dati raccolti e ottenere un’analisi più precisa, che consenta agli scienziati di migliorare la loro comprensione dell’Ebl, studiare i campi magnetici all’interno di questo tipo di sorgente e approfondire la fisica intergalattica fondamentale.

Da sinistra, l’archeologo Federico Bernardini e l’astronomo Paolo Molaro al Castelliere di Rupinpiccolo, con quella che potrebbe essere la più antica mappa celeste mai scoperta. Crediti: Inaf

L’escursionista che si trovi a inerpicarsi lungo i sentieri che salgono da Rupinpiccolo, un piccolo villaggio nel Carso triestino, potrebbe a un certo punto imbattersi in un’imponente muraglia di grosse pietre: è un castelliere, un’antichissima struttura a scopo difensivo. Usato come fortificazione da un’epoca compresa fra il 1800 e il 1650 a.C. fino al 400 a.C., quello di Rupinpiccolo è uno fra i castellieri più importanti, nonché il primo portato alla luce. Due grosse pietre circolari – due spessi dischi di circa 50 cm di diametro e 30 cm di profondità – sono state trovate presso l’ingresso del Castelliere e hanno attratto l’attenzione degli archeologi. Una delle due, a parte il taglio circolare, non presenta ulteriori tracce di lavorazione, e si ritiene che rappresenti il Sole. L’altra potrebbe essere la più antica mappa celeste mai scoperta.

Ad accorgersene, e a riportare la suggestiva ipotesi in un articolo pubblicato il mese scorso su Astronomische Nachrichten, la più antica rivista d’astronomia ancora attiva al mondo, sono stati un astronomo dell’Inaf di Trieste, Paolo Molaro, e un archeologo dell’Università Ca’ Foscari di Venezia e dell’Ictp, Federico Bernardini.

«Circa due anni fa sono stato contattato da Federico Bernardini, che non conoscevo, dicendomi che aveva bisogno di un astronomo», ricorda Molaro a Media Inaf, «perché gli sembrava di aver identificato la costellazione dello Scorpione in una pietra del Carso. La mia prima reazione è stata di incredulità, dato che la parte meridionale dello Scorpione è appena sopra l’orizzonte alle nostre latitudini. Ma poi, scoprendo che la precessione degli equinozi lo alzava di circa 10-12 gradi e l’impressionante coincidenza con la costellazione, ho cominciato ad approfondire la questione… Così ho identificato Orione, le Pleiadi e, nel retro, Cassiopeia. Tutti i punti presenti tranne uno».

Per la precisione, i segni individuati da Molaro e Bernardini sono in tutto 29: 24 su un lato della pietra e 5 sull’altro. Sono distribuiti in modo irregolare, ma hanno tutti un’orientazione comune, come se fossero stati incisi dalla stessa persona. Una persona armata di un martello e di un rudimentale scalpello di metallo con una punta da 6-7 mm, suggeriscono le analisi dei due scienziati. Sottolineando che “un’arma del delitto” compatibile con quei 29 segni – uno strumento in bronzo – è stata trovata a qualche km di distanza, nel Castelliere di Elleri, ed è oggi conservata al Museo archeologico di Muggia.

Insomma, tutti gli indizi sembrano concordi: quei segni non sono opera della natura e non sono lì per caso. Li ha incisi qualcuno. E li ha incisi almeno 2400 anni fa. Quando ancora il Castelliere di Rupinpiccolo assolveva al suo compito di fortificazione. E quando ancora le stelle dello Scorpione rilucevano al di sopra dell’orizzonte, come ricostruito da Molaro. Una stella in particolare: Sargas. Chiamata anche Theta Scorpii, oggi Sargas non è più visibile dal Castelliere, essendo appunto troppo in basso rispetto all’orizzonte, ma lo era nel 1800 a.C., come ha calcolato lo stesso Molaro simulando con il programma Stellarium il cielo notturno dell’epoca sopra Rupinpiccolo. E lo era anche nel 400 a.C.

Modello digitale di elevazione della faccia principale (quella con 24 incisioni) della pietra analizzata nello studio (cliccare per ingrandire). Crediti: Bernardini et al., Documenta Praehistorica, 2022

Ma veniamo ai 29 segni. Tutti tranne uno sono sovrapponibili alle stelle dello Scorpione, di Orione, delle Pleiadi e probabilmente – considerando anche i 5 segni sul retro della pietra – di Cassiopeia. E si tratta di una sovrapposizione dalla significatività statistica assai elevata, specificano gli autori: il p-value è molto inferiore a 0.001. Detto altrimenti, è alquanto improbabile che la disposizione di quei segni sia puro frutto del caso. Non solo: le deviazioni dalle posizioni vere sono dell’ordine delle dimensioni dei segni, dimostrando una notevole cura nell’esecuzione.

Tutti tranne uno, dicevamo. Ma anche il 29esimo segno potrebbe essere lì di proposito. L’intruso potrebbe infatti rappresentare una supernova, propongono gli autori. O una cosiddetta “supernova fallita”. Dunque uno di quegli oggetti che gli astronomi chiamano transienti: a un certo punto fanno la loro comparsa, per poi sparire nuovamente. Se così fosse, suggeriscono Molaro e Bernardini, lì in quel punto del cielo oggi potrebbe esserci un buco nero. Dunque potrebbe valere la pena tentare di individuarne le tracce.

Le domande che lo studio lascia aperte sono tante e suggestive. Chi può averla incisa, quella pietra? Chi erano, in quel periodo, gli abitanti del Castelliere? Si sa che non conoscevano la scrittura, ma su di loro c’è ancora molto da scoprire. E infine: è dunque questa la più antica mappa celeste mai scoperta?

La rappresentazione del cielo notturno più antica a oggi conosciuta è probabilmente il disco di Nebra, un manufatto in bronzo con applicazioni in oro a indicare il Sole, la Luna e le Pleiadi: proveniente dalla Germania, è datato intorno al 1600 a.C. Ma non è una vera mappa: è più una rappresentazione simbolica. Per mappe “fedeli” occorre attendere il primo secolo a.C., epoca delle mappe derivate probabilmente dal catalogo di Hypparcos, risalente al 135 a.C.

Accettando una datazione protostorica del manufatto, il tracciato relativamente preciso degli asterismi sulla pietra di Rupinpiccolo sarebbe dunque di almeno qualche secolo precedente, concludono gli autori dello studio. E dimostrerebbe l’esistenza di un’inaspettata curiosità per l’astronomia già nell’Europa protostorica.

Per saperne di più:

• Leggi su Astronomische Nachrichten l’articolo “Possible stellar asterisms carved on a protohistoric stone”, di Paolo Molaro e Federico Bernardini

Una delle trentadue tavole di argilla oggetto dello studio. In base all’interpretazione dell’incisione, si tratterebbe di un reperto risalente al regno di Nabucodonosor II, tra il 604 e il 562 a.C. L’oggetto è stato trafugato dal suo contesto originale prima di essere ritrovato e acquisito dal museo Slemani, in Iraq, dov’è tutt’ora custodito. Crediti: Slemani Museum

Non possiamo vederlo né sentirlo, eppure senza di esso la vita sul nostro pianeta non sarebbe possibile. Stiamo parlando del campo magnetico terrestre. Generato nel cuore della Terra da una turbolenta dinamo, il campo geomagnetico ci protegge dalle particelle cariche che il Sole lancia continuamente verso di noi con il vento solare. La sua intensità media oggi si aggira intorno ai 40-50 microtesla, l’unità di misura del campo magnetico. Ma il suo valore non è stato sempre questo. Nel corso dei secoli la dinamo terrestre si è infatti indebolita e rafforzata più volte, lasciando ogni volta tracce di questi cambiamenti nei minerali sensibili a tali fluttuazioni.

Un team di ricercatori guidati dall’Ucl Institute of Archaeology ha ora individuato alcune di queste tracce in tavole d’argilla risalenti a circa tremila anni fa, svelando la forza dell’antico campo magnetico del nostro pianeta. Nello studio, pubblicato questa settimana nei Proceedings of the National Academy of Sciences, Matthew Howland, archeologo della Wichita State University, negli Usa, e il suo team hanno analizzato 32 tavole di argilla provenienti da diversi siti archeologici dell’antica Mesopotamia, in particolare da un’area corrispondente al moderno Iraq, nelle quali è inciso il nome dei sovrani regnanti all’epoca, ottenendo importanti informazioni su una misteriosa anomalia nel campo magnetico terrestre.

Attraverso l’interpretazione delle iscrizioni, i ricercatori hanno prima datato i preziosi reperti, facendoli risalire a un periodo compreso tra il 1050 e il 550 avanti Cristo. Successivamente, utilizzando un magnetometro, il team ha misurato la forza del campo magnetico impresso nei grani di ossido di ferro presenti in ciascuna delle tavole, ottenendo una mappa dei cambiamenti nella forza del campo magnetico terrestre.

Così facendo, il team è stato in grado di confermare l’esistenza di una misteriosa anomalia nell’antico campo magnetico terrestre. È quella che gli addetti ai lavori chiamano “anomalia geomagnetica dell’età del ferro levantina”: un periodo, quest’ultimo, compreso tra il terzo e il primo millennio a.C. in cui, per ragioni non ancora chiare, il campo geomagnetico era insolitamente forte, con valori massimi che arrivavano anche a 80 microtesla, come nel caso del valore misurato in questo studio nella tavola B185, ritrovata ad Ashur, nell’odierno Iraq, e risalente all’epoca del re Sennachecherib.

«Spesso per avere un’idea della cronistoria dell’antica Mesopotamia dipendiamo da metodi come la datazione al radiocarbonio. Tuttavia, alcuni dei resti più comuni che abbiamo delle antiche culture di queste terre, come le tavole e la ceramiche, in genere non possono essere facilmente datati con questo metodo in quanto non contengono materiale organico», sottolinea Mark Altaweel, ricercatore all’Ucl Institute of Archaeology e co-autore dello studio. «Il nostro lavoro contribuisce ora a creare un’importante base di riferimento per la datazione di materiali archeologici, che permette di beneficiare della datazione assoluta con l’archeomagnetismo».

Nell’indagine, il team ha inoltre scoperto che c’è stato un periodo in cui il campo magnetico terrestre è cambiato drasticamente in tempi relativamente brevi. In cinque tavole risalenti al regno di Nabucodonosor II sono stati misurati valori del campo magnetico che in breve tempo sono passati da 69 a 85 microtesla, aggiungendo così dati a sostegno dell’ipotesi che rapidi picchi d’intensità sono possibili.

«Il campo geomagnetico è uno dei fenomeni più enigmatici nelle scienze della Terra», ricorda Lisa Tauxe, geofisica alla University of California San Diego, tra i firmatari dello studio. «I resti archeologici ben datati delle ricche culture mesopotamiche, in particolare le tavole d’argilla con incisi i nomi di re specifici, forniscono un’opportunità senza precedenti per studiare i cambiamenti nell’intensità del campo magnetico con un’elevata risoluzione temporale, monitorando i cambiamenti avvenuti nel corso di diversi decenni, o anche meno».

Mappando i cambiamenti nel campo magnetico terrestre nel tempo, questi dati offrono agli archeologi un nuovo strumento per aiutare a datare alcuni antichi manufatti, concludono i ricercatori. Inoltre, la datazione archeomagnetica può aiutare gli storici a individuare con maggiore precisione i regni di alcuni degli antichi re di queste terre.

Per saperne di più:

• Leggi su Proceedings of the National Academy of Sciences l’articolo “Exploring geomagnetic variations in ancient mesopotamia: Archaeomagnetic study of inscribed bricks from the 3rd–1st millennia BCE” di Matthew D. Howland, Lisa Tauxe, Shai Gordin, Mark Altaweel, Brendan Cych e Erez Ben-Yosef

Illustrazione artistica di un’eruzione crio-vulcanica sulla luna ghiacciata di Giove, Europa. Crediti: Justice Blaine Wainwright

Potrebbero esserci grandi quantità di acqua liquida nascosta sotto la superficie ghiacciata di diciassette pianeti extrasolari presi in esame da un gruppo di ricerca guidato dalla Nasa. Pianeti che potrebbero quindi essere – o essere stati – potenzialmente abitabili. Lo studio che riporta la scoperta, pubblicato lo scorso ottobre su The Astrophysical Journal, prende anche in esame i fenomeni criovulcanici di questi esopianeti, in grado di produrre veri e propri geyser capaci di emergere dalla crosta ghiacciata del pianeta.

Generalmente la ricerca di vita nell’universo si concentra sugli esopianeti che si trovano nella zona abitabile di una stella, a una distanza in cui le temperature permettono all’acqua liquida di persistere sulla superficie ghiacciata. Tuttavia, è possibile che anche un esopianeta distante dalla sua stella, e quindi più freddo, sia in grado di conservare acqua liquida grazie a meccanismi di riscaldamento interno.

«Le nostre analisi prevedono che questi diciassette mondi possano avere superfici coperte di ghiaccio ma con un riscaldamento interno sufficiente a conservare oceani liquidi più profondi, dovuto al decadimento di elementi radioattivi e alle forze mareali delle loro stelle ospiti», dice Lynnae Quick del Goddard Space Flight Center della Nasa, prima autrice dello studio. «Proprio grazie al loro riscaldamento interno, tutti i pianeti del nostro studio sembrano in grado di produrre eruzioni criovulcaniche sotto forma di pennacchi simili a geyser».

Geyser emergenti dalla crosta ghiacciata nel polo sud di Encelado. La sonda Cassini della Nasa ha catturato queste immagini nel 2009. Crediti: Nasa/Jpl-Caltech/Space Science Institute

È analogo il caso di Europa ed Encelado, rispettivamente lune di Giove e Saturno che presentano oceani liquidi sotto la superficie proprio perché riscaldati dalle maree dovute all’attrazione gravitazionale del pianeta attorno al quale ruotano e delle altre lune vicine.

I diciassette esopianeti presi in considerazione dal gruppo di ricerca hanno all’incirca le dimensioni della Terra ma una densità inferiore, fatto che suggerisce la presenza di quantità sostanziali di ghiaccio e acqua piuttosto che di rocce. Sebbene l’esatta composizione dei pianeti rimanga sconosciuta, lo studio ha migliorato le stime della temperatura superficiale e fornito, sempre per ogni esopianeta, una misura del riscaldamento totale calcolato in base allo spessore stimato dello strato di ghiaccio superficiale, variabile dai circa 58 metri per Proxima Centauri b ai 38,6 chilometri per Moa 007 Blg 192Lb.

Illustrazione artistica del pianeta Proxima b in orbita intorno alla stella Proxima Centauri, la Stella più vicina al Sistema solare. Crediti: Eso/M. Kornmesser.

«Poiché i nostri modelli prevedono che si possano trovare oceani relativamente vicini alle superfici di Proxima Centauri b e Lhs 1140 b, e che il loro tasso di attività geyser potrebbe superare quello di Europa di centinaia o migliaia di volte, è molto probabile che i telescopi possano rilevare in modo diretto l’attività geologica di questi pianeti», sottolinea Quick riferendosi a misure da compiere durante i transiti.

Per gli esopianeti che invece, rispetto al nostro punto di osservazione, non passano davanti alla loro stella, l’attività dei geyser potrebbe comunque essere rilevata da telescopi in grado di misurare la luce riflessa dalle particelle ghiacciate eiettate dai geyser, in grado di far apparire questi pianti molto luminosi.

L’analisi spettroscopica del vapore d’acqua emesso dai pianeti potrebbe inoltre rivelare la presenza di altri elementi o composti, permettendo così di valutarne il potenziale di abitabilità.

Per saperne di più:

• Leggi su The Astrophysical Journal l’articolo “Prospects for Cryovolcanic Activity on Cold Ocean Planets”, di L. C. Quick, A. Roberge, G.Tovar Mendoza, E.V. Quintana e A.A. Youngblood

Crediti: Rai

Ha preso il via martedì 19 dicembre, alle 17.30 su Rai Gulp, “Meteo Spazio”, il programma televisivo che spiega ai ragazzi che tempo fa nel Sistema solare. Se vi siete persi la prima puntata, non preoccupatevi: la replica andrà in onda sabato alle ore 17.30 e, comunque, tutte le puntate di questa nuova stagione saranno sempre disponibili sulla piattaforma online RaiPlay. Quest’anno il programma vede per la prima volta la collaborazione dell’Istituto nazionale di astrofisica. Il conduttore-comandante spaziale Riccardo Cresci, a bordo della sua astronave virtuale, racconterà cosa succede sul Sole e sui pianeti del nostro sistema planetario, parlando con linguaggio semplice e chiaro di temi legati all’astronomia, al nostro pianeta, al Sistema solare e alle più recenti novità dal mondo delle scienze spaziali. A partire dalla prossima puntata, in programma il 9 gennaio del nuovo anno, ci sarà un approfondimento a cura del progetto dell’Inaf “Sorvegliati Spaziali”, che si occupa di difesa planetaria e dello studio di tutti quegli eventi che possono avere effetti sul nostro pianeta: comete e asteroidi, rifiuti spaziali, meteore e meteoriti, oltre, naturalmente, al meteo spaziale. Approfondimento con elaborazioni provenienti da osservazioni con strumenti da terra e dallo spazio dal gruppo di fisica solare della sede Inaf di Catania.

«Io e altri componenti del team parteciperemo al programma Rai “Meteo spazio” collegandoci in ogni puntata con l’astronave Star Gulp per parlare di varie tematiche legate alla difesa planetaria», dice a Media Inaf Daria Guidetti, responsabile del progetto “Sorvegliati spaziali”, «ma anche per raccontare quello che facciamo in Italia in merito. Inoltre forniremo un bollettino solare grazie alla collaborazione con l’Osservatorio astrofisico di Catania. Sono felice che “Sorvegliati spaziali” sbarchi anche in tv e in particolare su un canale per ragazzini. La divulgazione può contribuire a creare una cultura e una mentalità scientifica fin dalla giovane età e quindi a preparare i ragazzini di oggi a essere cittadini più informati e critici nel futuro. Ben venga quindi questa nuova collaborazione televisiva».

Tutti possono partecipare a questo viaggio interplanetario con la rinnovata astronave Star Gulp, che ci accompagnerà alla scoperta del Sistema solare e delle molteplici interazioni che la nostra Terra sperimenta continuamente con l’ambiente spaziale, con l’obiettivo di stimolare la curiosità dei ragazzi attraverso immagini suggestive e collegamenti con giovani scienziati e renderli più consapevoli della bellezza, dell’unicità ma anche della delicatezza dell’ambiente in cui viviamo.

In ogni puntata di “Meteo Spazio”, che tornerà sugli schermi ogni martedì alle 15:30 e in replica il sabato alle 17:30 a partire dal 9 gennaio 2024, si potrà interagire tramite social via Facebook e Instagram. L’archivio di tutte le puntate è sempre disponibile su RaiPlay.

La nebulosa Running Chicken (cliccare per ingrandire) comprende diverse nubi, tutte visibili in questa vasta immagine del Vlt Survey Telescope (Vst), ospitato presso il sito Paranal dell’Eso. Questa immagine da 1,5 miliardi di pixel copre un’area del cielo pari a circa 25 lune piene. Le nubi che appaiono come vaporosi pennacchi rosa sono piene di gas e polvere, illuminate dalle giovani e calde stelle al loro interno. Crediti: Team Eso/Vphas+

Mentre molte tradizioni festive prevedono banchetti a base di tacchino, spaghetti di soba, latkes o Pan de Pascua, quest’anno l’Osservatorio europeo australe (Eso) vi offre un festevole pollo. La nebulosa chiamata in inglese “Gallina in corsa” (o “Pollo in corsa” se preferite, in inglese è Running Chicken, mentre il nome italiano è il più prosaico nebulosa di Lambda Centauri), che ospita giovani stelle in divenire, viene rivelata con dettagli spettacolari in questa immagine da 1,5 miliardi di pixel catturata dal Vst (Vlt Survey Telescope), un telescopio dell’Istituto nazionale di astrofisica (Inaf) ospitato presso il sito dell’Eso al Paranal, in Cile.

Questo ampio vivaio stellare si trova nella costellazione del Centauro, a circa 6500 anni luce dalla Terra. Stelle giovani all’interno della nebulosa emettono intense radiazioni che fanno brillare l’idrogeno gassoso circostante con sfumature rosa.

La nebulosa “Running Chicken” in realtà è composta da diverse regioni, tutte visibili in questa vasta immagine che si estende su un’area di cielo pari a circa 25 lune piene. La regione più luminosa all’interno della nebulosa è chiamata Ic 2948, che alcune persone vedono come la testa del pollo, mentre altri la interpretano come la coda. I sottili contorni pastello sono eterei pennacchi di gas e polvere. Verso il centro dell’immagine, contrassegnato da una struttura luminosa, verticale, quasi a forma di pilastro, c’è Ic 2944. Lo scintillio più luminoso in questa particolare regione indica Lambda Centauri, una stella visibile a occhio nudo, molto più vicina a noi della nebulosa.

Ci sono invece molte giovani stelle all’interno di Ic 2948 e Ic 2944 ma, sebbene siano luminose, sicuramente non sono felici: emettendo grandi quantità di radiazioni, distruggono il proprio ambiente rendendolo proprio a forma, beh.., di pollo. Alcune regioni della nebulosa, conosciute come globuli di Bok, possono resistere al feroce bombardamento della radiazione ultravioletta che pervade tutta la regione. Ingrandendo l’immagine, le si possono vedere: piccole, scure e dense sacche di polvere e gas sparse sulla nebulosa.

Altre regioni qui raffigurate includono: in alto a destra, Gum 39 e 40; in basso a destra, Gum 41. Oltre alle nebulose, si vedono innumerevoli stelle arancioni, bianche e blu, come fuochi d’artificio nel cielo. Nel complesso, in questa immagine ci sono più meraviglie di quante se ne possano descrivere: curiosare sull’ingrandimento o muovervi nell’immagine sarà una vera delizia per i vostri occhi.

L’immagine è un grande mosaico composto da centinaia di fotogrammi separati, accuratamente ricuciti insieme. Le singole immagini sono state scattate attraverso filtri che lasciano passare luce di colori diversi e che sono poi state combinate nel risultato finale. Le osservazioni sono state condotte con la fotocamera a grande campo OmegaCam installata sul Vst, nel deserto di Atacama, in Cile: luogo ideale da cui mappare il cielo australe in luce visibile. I dati necessari per realizzare questo mosaico sono stati ottenuti nell’ambito della survey Vphas+ (Vst Photometric Hα Survey of the Southern Galactic Plane and Bulge), un progetto volto a comprendere meglio il ciclo di vita delle stelle.

Fonte: comunicato stampa Eso

La nebulosa di Lambda Centauri a 1.5 miliardi di pixel:

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