Buchi neri e stelle di neutroni dalle supernove
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
Una Vela pulsar di nitidezza stratosferica
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
Al via le analisi dei frammenti dell’asteroide Ryugu
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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Le millecinquecento supernove Ia di Des
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:
Doppia esplosione nella Grande Nube di Magellano
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
Urano e Nettuno senza fotoritocchi
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».
media.inaf.it/wp-content/uploa…
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.
Sn 1987A, un resto di supernova per Xrism
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
La stretta dell’ossigeno sulle tecnovite
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:
Un “mostro verde” fra i detriti di Cassiopea A
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
Missione Xrism, ecco il primo sguardo sul cosmo
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.
Meteorite Renazzo, due secoli di scienza e misteri
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:
Nella Città del Sole, delle Api e delle Stelle
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
Corsa alla Luna, è l’ora del Giappone
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.
Ricetta per un’insalata spaziale
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:
Molto ozono e poca CO2, la firma della vita altrove
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
Eros o BluDogs? Così è il colore dei futuri quasar
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
Ammassi stellari a volontà nel cielo di gennaio
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.
Guardi il cielo e accendi la “macchina del tempo”
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
Webb, bis di supernove con una lente gravitazionale
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.
Io e Juno
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.
Dal paradiso all’inferno in una manciata di gradi
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
Urano vestito a festa
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:
Quasar sopra i 100 GeV per un telescopio “L” di Cta
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.
Sul Carso triestino, la più antica delle mappe celesti
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
Magnetismo terrestre: una storia scritta nell’argilla
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
Esopianeti glaciali, ma con oceani e geyser
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
Che tempo spaziale fa? Ce lo dice “Meteo Spazio”
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.
Gallina in fuga nella costellazione del Centauro
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:
Universi, è uscito il secondo numero della rivista
Copertina nel numero di dicembre di Universi
Nel mese di dicembre è uscito il nuovo numero del semestrale Universi. In questo secondo numero, la parola – anzi, la penna – è passata nelle mani dei ricercatori e delle ricercatrici dell’Istituto nazionale di astrofisica, che hanno preparato cinque approfondimenti sui temi delle ricerche scientifiche in cui sono direttamente coinvolti: galassie e cosmologia; stelle, popolazioni stellari e mezzo interstellare; Sole e Sistema solare; astrofisica relativistica e particelle; tecnologie avanzate a strumentazione.
Il primo degli argomenti affrontati è la storia della ionizzazione del mezzo intergalattico nelle prime fasi dell’evoluzione dell’universo, raccontata da Sara Mascia e Laura Pentericci. Grazie al telescopio spaziale James Webb e all’aiuto dell’ammasso di Pandora che, come una lente, ha amplificato la luce proveniente dalle galassie ancora più distanti, per la prima volta è stato possibile stimare la frazione di luce da esse rilasciata in grado di ionizzare l’universo. Questi nuovi dati sembrano indicare che la maggior parte delle galassie osservate nelle prime fasi evolutive contribuiscono alla ionizzazione in modo sostanziale.
Il secondo argomento affrontato nella rivista – grazie a Riccardo Spinelli, Francesco Borsa e Giancarlo Ghirlanda – è il tema affascinante ed estremamente complesso dell’origine della vita sugli esopianeti che, scrivono gli autori, deve necessariamente tenere conto anche dello studio della componente ultravioletta della radiazione incidente sul pianeta, poiché favorisce la formazione di molecole fondamentali per la vita. La ricerca della vita nei pianeti extra-solari, come ricorda il presidente Marco Tavani nel suo editoriale, è una tematica di grande interesse che vede Inaf proiettato nei prossimi 10-20 anni con studi che utilizzeranno i telescopi di terra e spaziali attuali e del futuro.
L’impatto di una sonda umana per deviare la traiettoria dell’asteroide Dimorphos è l’incredibile risultato della sonda della Nasa Dart e, in questo numero di Universi, Elisabetta Dotto e il team di LiciaCube descrivono in modo appassionante l’evento del 26 settembre 2022, documentato dal nostro nano-satellite che ha seguito le fasi di avvicinamento e impatto.
A un anno di distanza dalla rivelazione del più brillante lampo nei raggi gamma di tutti i tempi, con più di 50 articoli pubblicati su questo evento eccezionale che potrebbe rappresentare la Stele di Rosetta dei gamma-ray burst, Universi approfondisce il Boat grazie a Ruben Salvaterra, che ripercorre la storia della scoperta, la campagna osservativa e le caratteristiche dell’evento.
Completa la cinquina degli approfondimenti il contributo sul “percorso” dei dati scientifici della missione spaziale Euclid lanciata dall’Esa il 1 luglio di quest’anno, preparato da Paola Maria Battaglia, Fabio Pasian e Andrea Zacchei. La missione, che studierà l’universo plasmato dalla presenza della materia oscura e della energia oscura, ha una grande rilevanza scientifica e Inaf ha un ruolo fondamentale nel trattamento e sfruttamento scientifico dei dati.
A Euclid è dedicata anche una delle due interviste del numero, quella ad Anna Maria Di Giorgio, Responsabile delle attività italiane per la missione Euclid finanziate dall’Asi, sulle prime cinque immagini a colori di Euclid, rilasciate dall’Agenzia spaziale europea il 7 novembre scorso. La seconda intervista è dedicata alla mostra dell’Inaf “Macchine del Tempo”, che potete visitare al Palazzo delle Esposizioni di Roma fino a marzo 2024. Cosa aspettarsi dalla mostra ve lo spiega la curatrice, Caterina Boccato.
Nella rivista troverete anche un servizio fotografico ai laboratori di Palermo, numerose rubriche e una infografica dedicata a un progetto che appassiona tutti noi, aiutandoci in una delle cacce al tesoro più avvincenti di sempre: quella ai meteoriti. Si tratta di Prisma, il progetto di ricerca e di citizen science promosso e coordinato dall’Inaf, descritto in coda agli articoli dal bravissimo Daniele Gardiol.
Infine, dal sito della rivista è ora possibile abbonarsi alla versione cartacea… almeno fino a esaurimento delle nostre scorte. Per chi invece preferisce il digitale, sul sito sono presenti tutti gli articoli.
A tutti, buona lettura.
Concerto di dodicimila stelle per Gaia
Gli scienziati usano la parallasse per calcolare la distanza delle stelle. Crediti: Esa
Probabilmente non c’è nessuno tra noi che, almeno una volta, non abbia guardato un cielo stellato. Ma quanti possono dire di aver ascoltato le stelle? Gli innumerevoli punti luminosi nel cielo notturno, in realtà, non sono tutti stelle: alcuni possono essere pianeti, altri addirittura intere galassie situate a miliardi di anni luce di distanza. Per distinguerli, molto dipende dalla loro distanza dalla Terra: ecco perché misurare l’esatta distanza degli oggetti celesti è un obiettivo fondamentale per gli astronomi e una delle sfide più grandi da affrontare.
È con questo obiettivo che, esattamente dieci anni fa, l’Agenzia spaziale europea (Esa) ha lanciato la missione Gaia, i cui dati raccolti finora hanno già aperto una finestra sull’universo vicino, fornendo misure astronomiche – posizione, distanza dalla Terra e movimento – su quasi due miliardi di stelle. Per stimare con un metodo alternativo quanto le stelle siano effettivamente lontane dalla Terra e per verificare le informazioni fornite da Gaia, un team di astronomi, fra i quali alcuni dell’Istituto nazionale di astrofisica, ha ora analizzato le frequenze delle “oscillazioni stellari“.
Alla guida dello studio, i cui risultati sono stati pubblicati su Astronomy & Astrophysics, c’è il gruppo di ricerca diretto da Richard Anderson del Politecnico federale di Losanna (Epfl), in Svizzera, che sta cercando di misurare l’attuale espansione dell’universo utilizzando il satellite Gaia. «Rispetto al suo predecessore, il satellite Hipparcos, Gaia ha aumentato di un fattore 10mila – grazie a un enorme guadagno in precisione – il numero di stelle di cui possiamo misurare la parallasse», dice Anderson. Le parallassi stellari sono usate dagli scienziati per calcolare la distanza delle stelle: questo metodo prevede la misurazione degli angoli, appunto, di parallasse con l’aiuto del satellite, attraverso una forma di triangolazione tra la posizione di Gaia nello spazio, il Sole e la stella osservata.
Più una stella è lontana, però, più la misurazione è difficile, perché la parallasse diminuisce con l’aumentare della distanza. Nonostante il clamoroso successo della missione Gaia, la misurazione della parallasse è dunque ancora una questione complessa, e rimangono piccoli effetti sistematici che devono essere controllati e corretti affinché le parallassi fornite dal satellite risultino esatte.
Su questo tipo di correzioni e verifiche stanno, appunto, lavorando i ricercatori dell’Epfl, dell’Università di Bologna e dell’Inaf, attraverso calcoli eseguiti su oltre 12mila giganti rosse oscillanti – il campione più grande e le misurazioni più accurate ottenute fino ad oggi. Il team ha utilizzato l’astrosismologia – ovvero lo studio delle pulsazioni e degli spettri stellari – per misurare con precisione la distanza di migliaia di stelle, facendo poi il confronto con i dati forniti da Gaia. «Abbiamo misurato i bias di Gaia confrontando le parallassi stellari riportate dal satellite con quelle che abbiamo determinato attraverso l’astrosismologia», spiega la prima autrice dello studio, Saniya Khan, dell’Epfl.
Rappresentazione artistica che illustra come le singole onde sonore si propagano all’interno di stelle come il Sole: alcune si propagano lungo gli strati superficiali, mentre altre attraversano il centro della stella. Crediti: Esa
Come i geologi indagano la struttura della Terra utilizzando i terremoti, gli astronomi utilizzano l’astrosismologia per studiare i terremoti stellari, o starquakes: particolari oscillazioni delle stelle che consentono di determinare informazioni sulle loro proprietà fisiche e stimarne la grandezza, il grado di evoluzione e l’età di un corpo celeste. Queste oscillazioni vengono misurate come minuscole variazioni dell’intensità luminosa e tradotte in onde sonore, dando origine a uno spettro di frequenza di queste oscillazioni. In pratica, è un po’ come ascoltare una vera e propria “musica stellare”. «Lo spettro di frequenza ci permette di determinare la distanza di una stella, consentendoci di ottenere parallassi astrosismiche», continua Khan. «Nel nostro studio, abbiamo ascoltato la “musica” di un vasto numero di stelle, alcune delle quali distanti 15mila anni luce!».
Per trasformare i suoni in misure di distanza, il team è partito da una considerazione: la velocità con cui le onde sonore si propagano nello spazio dipende dalla temperatura e dalla densità dell’interno della stella. «Analizzando lo spettro di frequenza delle oscillazioni stellari, possiamo stimare le dimensioni di una stella, un po’ come si può intuire la dimensione di uno strumento musicale dal tipo di suono che emette. Si pensi alla differenza di tonalità tra un violino e un violoncello», spiega uno dei coautori dello studio, Andrea Miglio dell’Università di Bologna.
Mappa del cielo in coordinate galattiche. Sono mostrate la posizione e la copertura risultanti dal crossmatch tra i vari campi astrosismici considerati in questo studio. Crediti: S. Kahn et al., A&A, 2023 (l’immagine di sfondo proviene da Esa/Gaia/Dpac)
Dopo aver calcolato le dimensioni di una stella, gli astronomi ne determinano la luminosità e la confrontano con quella percepita qui sulla Terra. Associano poi queste informazioni alle letture della temperatura e della composizione chimica ottenute dalla spettroscopia, e sottopongono questi dati a sofisticate analisi per calcolare la distanza del corpo celeste. Distanza che poi confrontano con quella riportate da Gaia, per verificare l’accuratezza delle misure del satellite. «L’astrosismologia è l’unico modo per verificare l’accuratezza della parallasse di Gaia nell’intero cielo – ovvero per le stelle a bassa e ad alta intensità», osserva Anderson.
Il futuro di questo campo di ricerca è molto promettente. «Le missioni spaziali come Tess e Plato, progettate per l’individuazione e il rilevamento di esopianeti, impiegheranno l’astrosismologia e forniranno i dati necessari per regioni sempre più ampie del cielo», conclude Khan. «Metodi simili al nostro avranno un ruolo cruciale nel migliorare le misure di parallasse di Gaia e ci aiuteranno a individuare con più precisione il nostro posto nell’universo».
Per saperne di più:
- Leggi l’articolo su Astronomy & Astrophysics “Investigating Gaia EDR3 parallax systematics using asteroseismology of cool giant stars observed by Kepler, K2, and TESS” di S. Khan, R. I. Anderson, A. Miglio, B. Mosser e Y. P. Elsworth
Il superammasso Westerlund 1 ai raggi X
Due immagini Rgb di Westerlund 1: in alto, ai raggi X ottenuta dalle osservazioni di Chandra/Acis; in basso, in infrarosso ottenuta con l’Hubble Space Telescope
Gli ammassi stellari sono oggetti di grande interesse nello studio di vari aspetti dell’evoluzione stellare e, nel caso degli ammassi più giovani, per la ricerca sui prodotti del processo di formazione stellare e planetaria. La nostra galassia ospita una ricca popolazione di ammassi stellari giovani, i quali tipicamente presentano una massa di alcune centinaia di masse solari. Nell’intorno solare, ad esempio, si trovano solo pochi ammassi stellari giovani con una massa di alcune migliaia di masse solari, come il Trapezio nella Nebulosa di Orione o Ngc 2264 nella Nebulosa Cono.
Quali sono gli ammassi stellari giovani più massicci nella Via Lattea? Attualmente, la nostra galassia ospita davvero pochi ammassi con una massa superiore ad alcune decine di migliaia di masse solari, come ad esempio gli ammassi stellari Westerlund 1 e 2, Ngc 3603, o l’Arches e il Quintuplet Cluster – questi ultimi situati vicino al centro della Via Lattea. Questi rari “ammassi stellari supermassicci” costituiscono, in realtà, oggetti di notevole interesse scientifico. Essi infatti rappresentano un ambiente di formazione stellare estremo, caratterizzato da intensi campi di radiazione ultravioletta e raggi X, nonché da particelle relativistiche, prodotti da ricche e compatte popolazioni di stelle di grande massa. Questa radiazione influisce su tutti gli aspetti del processo di formazione stellare e planetaria, che quindi si svolge negli ambienti supermassicci in modo diverso rispetto agli ambienti di piccola massa. Inoltre, gli ammassi stellari supermassicci sono comunemente osservati nelle galassie che attraversano epoche di intensa formazione stellare, come le galassie interagenti e quelle dell’universo primordiale. Perfino nella Via Lattea, durante i principali episodi di fusione con le galassie nane circostanti, la formazione stellare in ambienti supermassicci era più frequente rispetto alla situazione attuale.
L’ammasso stellare giovane più massiccio nella Via Lattea è proprio Westerlund 1, con una massa attuale superiore alle centinaia di migliaia di masse solari, una distanza di circa 14mila anni luce da noi (è l’ammasso supermassiccio più vicino al Sole) e un’età inferiore ai 10 milioni di anni. Grazie a queste caratteristiche, Westerlund 1 rappresenta l’oggetto ideale per studiare i risultati del processo di formazione stellare e planetaria in ambienti di formazione stellare supermassiccia. Inoltre, Westerlund 1 ospita la più ricca popolazione di stelle di grande massa mai osservata in un ammasso stellare della Via Lattea, e alcuni oggetti compatti generati dall’esplosione delle stelle più massicce formate nell’ammasso. Questo ha motivato il progetto Ewocs (Extended Westerlund 1 and 2 Open Clusters Survey), guidato dall’astrofisico Mario Giuseppe Guarcello dell’Inaf di Palermo e mirato a studiare i due superammassi stellari Westerlund 1 e 2.
Alcuni dei ricercatori dell’Inaf – Osservatorio astronomico di Palermo che hanno preso parte al progetto. Da sinistra: Francesco Damiani, Sara Bonito, Giusi Micela, Daniele Locci, Mario Guarcello, Loredana Prisinzano e Salvatore Sciortino. Crediti: Inaf Oa Palermo
«Ammassi stellari supermassicci come Westerlund 1 e 2», spiega Guarcello a Media Inaf, «permettono di studiare le condizioni più estreme in cui stelle e, forse, anche i pianeti, si formano. Si tratta di ambienti dominati da ricche e dense popolazioni di stelle massicce, che inondano l’ambiente circostante di radiazione ultravioletta, raggi X, e particelle ad altissima energia. Il progetto Ewocs – grazie alle osservazioni condotte con il James Webb Space Telescope e con Chandra, a dati di archivio, ed a un’estesa collaborazione che conta più di 50 ricercatori e ricercatrici esperti in campi quali la formazione stellare, i dischi protoplanetari, le stelle massicce, le nane brune e gli oggetti compatti – mira proprio a comprendere nel dettaglio come il processo di formazione stellare e planetaria avvenga in ambienti così estremi, e quale sia il ruolo degli ambienti di formazione stellare supermassicci nell’evoluzione di una galassia come la nostra».
Il progetto si basa principalmente su osservazioni in infrarosso ottenute, appunto, da Jwst e su una lunga osservazione ai raggi X (311 ore) di Westerlund 1 ottenuta con lo strumento Acis a bordo di Chandra. L’osservazione ai raggi X è necessaria per selezionare le stelle giovani associate all’ammasso stellare, grazie all’elevato livello di emissione di raggi X tipico delle stelle di pochi milioni di anni di età, e per studiare i processi ad alta energia che avvengono in queste stelle, nelle stelle di grande massa, negli oggetti compatti e all’interno dell’ammasso. Il primo studio prodotto dal progetto Ewocs, guidato da Guarcello e già accettato per la pubblicazione su Astronomy & Astrophysics, presenta l’analisi delle osservazioni ai raggi X di Westerlund 1 e l’identificazione di 5963 sorgenti di raggi X, per lo più stelle dell’ammasso. La sorgente più luminosa ai raggi X in Westerlund 1 è la pulsar Cxo J164710.20-455217, una stella a neutroni generata da una supernova avvenuta circa 700mila anni fa. La pulsar è seguita da alcune stelle di grande massa e stelle di Wolf-Rayet in sistemi binari, dove i raggi X sono prodotti principalmente nella regione in cui i venti delle stelle massicce collidono a centinaia di km/s, riscaldandosi a milioni di gradi. Il catalogo sarà utilizzato nella maggior parte degli studi futuri associati al progetto Ewocs.
Per saperne di più:
- Leggi su Astronomy & Astrophysics l’articolo “EWOCS-I: The catalog of X-ray sources in Westerlund 1 from the Extended Westerlund 1 and 2 Open Clusters Survey”, di M. G. Guarcello, E. Flaccomio, J. F. Albacete-Colombo, V. Almendros-Abad, K. Anastasopoulou, M. Andersen, C. Argiroffi, A. Bayo, E. S. Bartlett, N. Bastian, M. De Becker, W. Best, R. Bonito, A. Borghese, D. Calzetti, R. Castellanos, C. Cecchi-Pestellini, S. Clark, C. J. Clarke, F. Coti Zelati, F. Damiani, J. J. Drake, M. Gennaro, A. Ginsburg, E. K. Grebel, J. L. Hora, G. L. Israel, G. Lawrence, D. Locci, M. Mapelli, J. R. Martinez-Galarza, G. Micela, M. Miceli, E. Moraux, K. Muzic, F. Najarro, I. Negueruela, A. Nota, C. Pallanca, L. Prisinzano, B. Ritchie, M. Robberto, T. Rom, E. Sabbi, A. Scholz, S. Sciortino, C. Trigilio, G. Umana, A. Winter, N. J. Wright e P. Zeidler
Plasma bollente tutt’attorno alla Via Lattea
L’intero emisfero galattico occidentale osservato dal telescopio eRosita nei raggi X molli. Tracciano l’emissione dovuta all’ossigeno altamente ionizzato, rivela la distribuzione del gas caldo intorno alla Via Lattea. Crediti: J. Sanders, Mpe/eRosita
Una nuova mappa a tutto cielo prodotta dal telescopio eRosita mostra i raggi X emessi dal plasma caldo presente all’interno e tutt’attorno alla Via Lattea. Analizzando questi dati, un team del Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (Mpe) tedesco, guidato da Nicola Locatelli dell’Istituto nazionale di astrofisica, ha scoperto che il gas – molto caldo, circa un milione di gradi, e ionizzato – mostra una distribuzione a disco simile a quella del disco stellare, ed è probabilmente parte di un alone sferico molto più grande. Il risultato è stato pubblicato su Astronomy & Astrophysics.
Per comprendere la portata di questa scoperta, occorre anzitutto ricordare che le stelle si formano dal gas in un processo senza fine – processo che si nutre sia di materiale cosmico incontaminato sia di gas riciclato da precedenti generazioni di stelle. Le galassie a spirale come la Via Lattea, tuttavia, hanno troppe stelle e troppo poco gas visibile per sostenere a lungo l’attuale livello di formazione stellare. Pertanto, gli astronomi ipotizzano l’esistenza di una grande riserva di gas – estesa forse per un diametro pari a dieci volte quello del disco stellare – distribuita tutt’attorno alla nostra galassia.
«Le galassie a spirale sono caratterizzate da una distribuzione di stelle su un piano piuttosto sottile, a forma di disco», spiega Locatelli a Media Inaf. «Nello spazio tra una stella e l’altra è presente gas a temperature anche molto diverse, un ambiente chiamato mezzo interstellare. Similmente, ma in volume mille volte maggiore, una massa almeno altrettanto grande di gas è distribuita al di fuori dal disco stellare. Tale gas, comunque attratto dalla gravità della galassia stessa, è chiamato “mezzo circumgalattico”, e la maggior parte della sua massa è finora sfuggita alle osservazioni dei telescopi in quasi tutte le bande di luce. Ne consegue che la sua precisa distribuzione geometrica nello spazio attorno alla nostra galassia non fosse ben nota, fino a oggi».
I dettagli sulla forma, le dimensioni e la quantità di materia in questo cosiddetto mezzo circumgalattico sono infatti ancora oggetto di dibattito. Ciò che è chiaro è che finora è sfuggito alla rilevazione con telescopi ottici, infrarossi o radio: pertanto, la maggior parte del gas nel mezzo circumgalattico deve essere molto caldo e a densità molto bassa, meno di mille particelle per metro cubo. A causa di queste alte temperature, il gas dovrebbe emettere raggi X, ma a causa della sua bassa densità si tratta di un’emissione debole. Più debole di quanto sia stato possibile osservare finora.
Una caratteristica distintiva che conferma l’esistenza di un gas così “sottile” e caldo è la presenza di righe d’emissione, osservabili nei raggi X, di atomi d’ossigeno altamente ionizzati: per esempio, la riga atomica “O VIII”. Il telescopio eRosita, costruito interamente presso l’Mpe, ha effettuato la prima scansione del cielo alla ricerca di emissioni di raggi X “molli” (quelli con lunghezza d’onda superiore a 0,1 nm). La mappa risultante dell’intero emisfero galattico occidentale è stata generata e convalidata all’Mpe. «La mappa non solo rivela ovunque la presenza di gas caldo intorno a noi, ma fornisce anche dettagli sufficienti per esplorare la sua geometria a un livello di dettaglio senza precedenti», dice uno degli autori dello studio, Xueying Zheng dell’Mpe, il cui lavoro fornisce la base per l’analisi della distribuzione del plasma caldo.
Distribuzione del gas caldo attorno alla Via Lattea, con le componenti principali identificate: una struttura a disco per il gas caldo al centro e una componente più grande che si estende nell’alone galattico. A titolo di confronto, viene mostrata anche la dimensione del disco stellare spesso. Crediti: Mpe
«Vediamo l’emissione di O VIII da tutte le direzioni nel cielo in raggi X molli», sottolinea Nicola Locatelli, che ha guidato l’analisi dei dati di eRosita all’Mpe. «Questo conferma la natura diffusa del gas caldo, e ora possiamo anche sondare la sua distribuzione intorno a noi».
In particolare, il team dell’Mpe ha scoperto che la geometria del gas può essere descritta da due componenti: un alone molto grande, più o meno sferico, e una componente più vicina che assomiglia al disco stellare. L’alone caldo è circa quattro volte più grande (oltre 300mila anni luce) della dimensione ottica della Via Lattea, mentre la componente vicina si estende fino alle dimensioni del disco spesso (circa 23mila anni luce, con un’altezza di tremila anni luce). A causa del suo enorme volume, l’alone caldo comprende la maggior parte della massa, ma la componente discoidale più vicina produce la maggior parte dei fotoni osservati da eRosita, essendo circa dieci volte più luminosa dell’alone.
In linea di principio, l’alta temperatura del gas può essere spiegata dall’energia iniettata nel mezzo circumgalattico dalle esplosioni di supernove provenienti dal disco di formazione stellare della Via Lattea. In uno scenario alternativo, invece, l’accrezione incontaminata da regioni ancora più lontane – il cosiddetto mezzo intergalattico, appunto – fornisce la materia prima, che viene riscaldata durante la caduta e forma così l’alone sferico.
«Quello che trovo particolarmente interessante di questo lavoro», conclude uno degli autori dello studio, Gabriele Ponti, ricercatore all’Inaf di Brera, «sono le sue implicazioni per studi futuri. Le stelle, quando esplodono, producono una buona quantità di gas caldo, che in molti casi rimane legato alla galassia stessa, seguendo proprio una distribuzione simile a quella osservata. Quindi è possibile che il gas caldo che osserviamo sia generato dalle stelle stesse. Altrimenti, il fatto che la maggior parte di questo gas si distribuisca come le stelle nel disco della nostra Via Lattea potrebbe volerci dire che una parte del segnale che noi attribuiamo a questo gas sia in realtà prodotto da una miriade di stelle deboli, che eRosita non è ancora riuscito a risolvere individualmente. Sarà interessante, in futuro, provare a capire quale di questi due scenari è quello corretto».
Per saperne di più:
- Leggi su Astronomy & Astrophysics l’articolo “The warm-hot circumgalactic medium of the Milky Way as seen by eROSITA”, di N. Locatelli, G. Ponti, X. Zheng, A. Merloni, W. Becker, J. Comparat, K. Dennerl, M. J. Freyberg, M. Sasaki e M. C. H. Yeung
Guarda l’animazione 3D del Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics:
I dottor Jekyll e mister Hyde di una nuova fisica
Rappresentazione artistica di un lampo di raggi gamma (Grb). Crediti: Eso/A. Roquette
È un singolo fotone, un’infinitesimale particella di luce, la sostanza più impalpabile che si possa immaginare. E sta mettendo a soqquadro la fisica. Non ha un nome proprio – non ancora, almeno – ma l’evento nel quale è stato osservato sì: lo hanno chiamato Boat, acronimo per brightest of all time, ovvero il più luminoso di tutti i tempi. Parliamo del lampo di raggi gamma (Grb, dall’inglese gamma-ray burst) Grb 221009A, emesso da una galassia a oltre due miliardi di anni luce da noi e rivelato – da terra e nello spazio – il 9 ottobre 2022. Un Grb eccezionalmente energetico, come ne capitano non più di una volta ogni secolo. Troppo energetico, come vedremo. Energetico al punto da mettere in crisi i modelli che descrivono questi fenomeni. Energetico al punto da richiedere una nuova fisica, propone ora uno studio interamente italiano con autori Giorgio Galanti, Lara Nava, Marco Roncadelli, Fabrizio Tavecchio e Giacomo Bonnoli, pubblicato oggi su Physical Review Letters, con primo autore Giorgio Galanti dell’Istituto nazionale di astrofisica.
Torniamo a quel 9 ottobre dell’anno scorso. Gli astrofisici avevano intuito fin da subito di trovarsi innanzi a un evento eccezionale. Su Media Inaf ne avevamo dato notizia dopo qualche giorno, il 15 ottobre 2022, definendolo appunto il lampo gamma del secolo e sottolineando che, tra i fotoni gamma ad altissima energia intercettati dal rivelatore cinese Lhaaso, ce n’era uno addirittura di 18 TeV: l’energia più elevata mai registrata da un Grb. Ma addirittura il giorno stesso dell’evento il team italiano era già entrato in azione.
«Pochi minuti dopo aver avuto notizia dell’esplosione», ricorda ora Galanti a Media Inaf, «abbiamo realizzato che questo Grb non solo poteva essere un evento astrofisico straordinario ma poteva anche rappresentare un’opportunità unica per studi di fisica fondamentale, in particolare riguardo alle axion-like particles». Forti di un’esperienza pluriennale sull’argomento, in poche ore sono riusciti a buttare giù la prima bozza dell’articolo nel quale illustrano la loro ipotesi e a caricarla su arXiv, diventando così i primi in assoluto a parlare – in relazione a quel lampo gamma – di nuova fisica.
Qual è, dunque, quest’ipotesi alla quale la fisica canonica sembra stare stretta? Molto in breve, è che quel fotone non sia solo il più luminoso mai osservato da un Grb, ma anche che sia un “fotone trasformista”: capace cioè di cambiare natura, oscillando da una “personalità” all’altra mentre viaggia verso di noi alla velocità della luce. E le Alp – le axion-like particles di cui parla Galanti, ipotetiche particelle previste dalla teoria delle stringhe e ottime candidate per la materia oscura fredda, simili ad altre particelle altrettanto ipotetiche, gli assioni – sarebbero una di queste personalità. Un po’ come Mr. Hyde, una Alp è infatti in grado di compiere azioni che un fotone, il Dr. Jekyll di questa strana storia, non riuscirebbe mai a portare a termine: attraversare indenne la cosiddetta Ebl – l’extragalactic background light, la luce di fondo extragalattica, ovvero la luce emessa da tutte le stelle durante l’intera evoluzione dell’universo.
Giorgio Galanti, ricercatore all’Inaf Iasf di Milano e primo autore dello studio su Grb 221009A appena pubblicato su Physical Review Letters. Crediti: Inaf
«Quando un fotone di alta energia — diciamo superiore a 100 GeV — urta un fotone dell’Ebl», spiega infatti Galanti, «c’è una probabilità che si formi una coppia elettrone-positrone, che quindi fa scomparire il fotone di alta energia. E questo effetto diventa progressivamente più importante al crescere sia dell’energia che della distanza. Ritornando al nostro Grb 221009A, abbiamo dimostrato che – secondo la fisica convenzionale – fotoni di energia superiore a circa 10 TeV verrebbero completamente assorbiti».
Detto altrimenti: considerando il redshift della sorgente, e dunque l’enorme distanza percorsa dal lampo gamma, i fotoni a energie più elevate in teoria non sarebbero mai stati in grado di giungere fino a noi. Come è dunque possibile che Lhaaso, unico strumento per la rivelazione dei lampi gamma a non essere andato in saturazione quel 9 ottobre di un anno fa, abbia osservato fotoni del Grb 221009A a energie comprese fra 500 GeV e 18 TeV? È qui che entrano in gioco, appunto, le Alp.
«Secondo la nostra ipotesi, in presenza di campi magnetici, i fotoni si tramutano in Alp e viceversa», spiega uno dei coautori dell’articolo, Marco Roncadelli, ricercatore associato all’Infn e all’Inaf, «rendendo così possibile raggiungere la Terra a un maggior numero di fotoni, perché le Alp sono invisibili ai fotoni del fondo extragalattico».
«Entrando un po’ più nel dettaglio», aggiunge Galanti, «le Alp si accoppiano a due fotoni, ma non a un singolo fotone. Questo fatto implica che in presenza di un campo magnetico esterno – che come è ben noto è costituito da fotoni – si possono avere “oscillazioni fotone-Alp”. Queste sono molto simili alle oscillazioni dei neutrini massivi di tipo diverso, con la sola differenza che per le Alp l’esistenza del campo magnetico è essenziale al fine di garantire la conservazione del momento angolare, in quanto il fotone ha spin 1 mentre le Alp hanno spin 0: lo spin mancante o eccedente è compensato dal campo magnetico esterno».
Questa dell’oscillazione tra fotoni e Alp per aggirare l’opacità del fondo extragalattico ai fotoni di energia elevata non è un’idea inedita: è una soluzione proposta per la prima volta, nel 2007, da Alessandro De Angelis, Oriana Mansutti e dallo stesso Roncadelli. Ed è una soluzione a un problema più generale di quello posto da questo gamma-ray burst. Oltre ai lampi di raggi gamma, ci sono infatti altre sorgenti distanti che emettono fotoni a energie elevatissime eppure in grado di giungere fino a noi, in barba alla fisica standard. Sorgenti come i quasar di tipo Fsrq (flat spectrum radio quasar), ricorda Galanti, dove la componente “opaca” che intralcia la corsa dei fotoni ad alta energia, fino a renderne teoricamente impossibile la fuoriuscita, non è la Elb ma qualcosa di molto simile: un campo di radiazione ultravioletta all’interno della sorgente stessa. O i blazar di tipo Bl Lac, il cui spettro – come mostrato da uno studio pubblicato nel 2020 dagli stessi Galanti, Roncadelli e De Angelis insieme a Giovanni F. Bignami – sarebbe in alcuni casi inspiegabile senza ricorrere a un meccanismo che consenta di aumentare la “trasparenza cosmica”, riducendo quindi l’assorbimento prodotto dall’Ebl.
Fotoni da quasar Fsrq, fotoni da blazar Bl Lac e ora fotoni da questo lampo gamma “Boat”, dunque. Tutt’e tre apparentemente inconcepibili entro il perimetro della fisica standard. Ma tutt’e tre spiegabili se al posto di “semplici” fotoni ci fossero particelle “Jekyll-Hyde” che oscillano da fotone ad Alp e viceversa. “Un indizio è un indizio, due indizi sono una coincidenza, ma tre indizi fanno una prova”, scriveva Agatha Christie. In questo caso parlare di “prova di nuova fisica” è ancora prematuro: in fin dei conti le Alp rimangono ancora particelle ipotetiche che assomigliano ad altre particelle ipotetiche. Serviranno altre osservazioni, e saranno per questo di grande aiuto i nuovi osservatori astrofisici per alte energie – primi fra tutti Cta e l’italiano Astri – pronti a entrare in funzione nei prossimi anni.
Per saperne di più:
- Leggi su Physical Review Letters l’articolo “Observability of the very-high-energy emission from GRB 221009A”, di Giorgio Galanti, Lara Nava, Marco Roncadelli, Fabrizio Tavecchio e Giacomo Bonnoli
Va a Paolo Simonetti il premio “Ernesto Capocci”
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Da sinistra: Maurizio Capocci, pronipote del celebre astronomo; Paolo Simonetti, vincitore del premio; Marcella Marconi, direttrice dell’Inaf di Napoli. Crediti: Enrico Cascone/Inaf
Destinato a giovani ricercatori impegnati nello studio del Sistema solare, l’Ernesto Capocci Scientific Award è stato conferito a Paolo Simonetti, assegnista di ricerca all’Osservatorio astronomico dell’Inaf di Trieste, per l‘articolo “Seasonal thaws under mid-to-low pressure atmospheres on Early Mars”, già accettato per la pubblicazione da The Astrophysical Journal. La giuria dell’edizione 2023 del premio – composta da Zelia Dionnet dell’Istitut d’Astrophysique Spatiale di Parigi, da Vincenzo Della Corte dell’Inaf di Napoli e da Laura Inno dell’Università di Napoli Parthenope – ha scelto l’articolo di Simonetti “per la qualità del lavoro, l’originalità dell’argomento trattato e il potenziale impatto scientifico anche relativamente a possibili studi di abitabilità planetaria”.
Una delle sfide della planetologia moderna è accordare la temperatura superficiale marziana con la presenza di acqua sul Pianeta rosso in epoche remote. Un problema noto con il nome di “paradosso del Sole giovane debole”, ovvero come conciliare la presenza di tracce d’acqua liquida nel periodo iniziale della storia marziana, tra 4 e 3 miliardi di anni fa, quando il pianeta riceveva ancora meno calore dal Sole rispetto a oggi e la sua temperatura media era inferiore a quella attuale, pari a circa -64 °C. Molte teorie sono state proposte per risolvere questo apparente paradosso e lo studio premiato fa un significativo passo in avanti nella risoluzione di questo paradosso, utilizzando un nuovo approccio basato sull’analisi delle tracce lasciate da piccoli disgeli stagionali e localizzati avvenuti in un lungo lasso di tempo. Usando modelli climatici in grado di simulare in dettaglio le condizioni locali, sono state realizzate circa diecimila simulazioni climatiche del Marte primitivo, variando uno o più parametri, per identificare le combinazioni capaci di dar luogo a condizioni favorevoli alla presenza di acqua liquida sulla superficie marziana. Lo studio mette in evidenza come, su periodi lunghi fino a tre mesi marziani, tali disgeli siano effettivamente possibili senza dover invocare la presenza di un’atmosfera troppo spessa o di grandi quantità di altri gas serra, difficili da spiegare.
Dopo i suoi studi universitari a Trieste con Francesca Matteucci, prima, e dal 2018 con Giovanni Vladilo e Marco Fulle, nel 2022 Paolo Simonetti ha ottenuto un assegno di ricerca – finanziato dall’Inaf, dall’Ogs e dal Cineca – per lo sviluppo di nuovi metodi numerici per il calcolo dell’assorbimento e dello scattering in atmosfere planetarie, cercando di rispondere alla domanda “siamo soli nell’Universo?”. «Sono molto felice e onorato di aver ricevuto questo premio», dice emozionato il giovane astronomo di Zoppè di Cadore, un grazioso paesino di montagna tra la Val di Zoldo e il Cadore bellunese, «e spero che questo lavoro possa aiutare a comprendere meglio il passato di Marte nonché i meccanismi nascosti che regolano il clima dei pianeti terrestri. Ringrazio il Comitato scientifico del Premio e l’erede del professor Capocci per la splendida opportunità che viene offerta ai giovani ricercatori, e che quest’anno è toccata a me. Ringrazio poi la giuria per le parole di apprezzamento per il mio lavoro. Credo che un atto di scoperta in grado di suscitare l’interesse dei colleghi, e in special modo quelli con più esperienza, sia una delle massime soddisfazioni della nostra professione».
Alla cerimonia di premiazione – che si è tenuta all’Osservatorio astronomico di Capodimonte, a Napoli, nell’auditorium nazionale dell’Istituto nazionale di astrofisica – hanno partecipato anche gli eredi dell’astronomo Ernesto Capocci che hanno sostenuto l’istituzione del premio a vantaggio di giovani ricercatori che in Italia si distinguano con studi di punta nel campo dei corpi del Sistema solare, attività di ricerca a cui lo stesso Capocci aveva dedicato gran parte delle sue energie scientifiche e divulgative, spese proprio a Capodimonte. Importanti furono i suoi studi sulle comete – tanto da meritarsi il titolo di “Encke d’Italia”, in riferimento all’astronomo tedesco Johann Franz Encke – e sulla natura della fascia principale degli asteroidi.
La serata di gala all’Osservatorio astronomico di Capodimonte, patrocinata dalla Regione Campania e dal Comune di Napoli, è stata arricchita dal concerto della Topside Brass Band della U.S. Naval Forces Europe and Africa Band, che ha eseguito un ricco repertorio di musiche jazz e rhythm and blues. Prima di lasciare spazio alle osservazioni con i telescopi, la direttrice dell’Osservatorio Marcella Marconi ha rivolto un commosso saluto alla folta platea per le prossime festività natalizie e per la conclusione dei suoi due mandati alla guida dell’Osservatorio. Sei anni intensi per la crescita scientifica di Capodimonte e per una rilevante proiezione della più antica istituzione scientifica napoletana verso il territorio cittadino e regionale con attività culturali e didattiche di forte impatto.
Su Encelado, biomolecole ed energia a gogò
Immagine di Encelado e dei suoi pennacchi ottenuta dalla sonda Cassini il 30 novembre 2010. Crediti: Nasa/Jpl-Caltech/Space Science Institute
Acido cianidrico (HCN), acetilene (C2H2) e propilene (C3H6). E ancora: idrocarburi ossidati, metanolo (CH3OH) e ossigeno (O2). Tutte molecole che sul nostro pianeta sono, a vario titolo, alla base dell’origine della vita come la conosciamo. È quanto ha rilevato un team di ricercatori guidati dall’Università di Harvard sulla piccola luna di Saturno, Encelado. I risultati dello studio, pubblicati ieri su Nature Astronomy, aggiungono ulteriori prove a favore dell’abitabilità di questo mondo ghiacciato.
I ricercatori hanno scoperto le specie chimiche spulciando nei dati della missione Nasa/Esa/Asi Cassini, che dal 2004 al 2017 ha condotto un’estesa indagine del sistema di Saturno, studiando in dettaglio il pianeta, i suoi anelli e le sue lune, Encelado compresa. Più in dettaglio, il team di ricerca, composto dal biofisico dell’Università di Harvard, Jonah Peter, dallo scienziato planetario del Jet Propulsion Laboratory (Jpl), Tom Nordheim, e dall’astrobiologo, anch’esso del Jpl, Kevin Hand, si sono concentrati sui dati raccolti dallo strumento Ion and Neutral Mass Spectrometer (Inms), che durante la missione ha analizzato la composizione chimica della luna ghiacciata. Passando al setaccio gli spettri di massa ottenuti dallo strumento, e confrontando questi dati con con una libreria di spettri di massa noti, gli autori sono stati in grado di evidenziare sottili differenze nel modo in cui i diversi composti chimici spiegano i dati di Cassini.
«Ci sono molti potenziali pezzi del puzzle che possono essere incastrati quando si cerca di far combaciare i dati osservati», dice a questo proposito Peter, autore principale dello studio. «Abbiamo utilizzato la modelli matematici statistici per capire quale combinazione di pezzi del puzzle corrisponde meglio alla composizione del pennacchio e sfrutta al massimo i dati, cercando di non sovra-interpretarli».
La prima molecola individuata nello studio è l’acido cianidrico. La forte evidenza della sua presenza è stata trovata nei pennacchi di Encelado, enormi geyser che sparano nello spazio particelle di ghiaccio provenienti dall’oceano di acqua liquida sottostante. L’acido cianidrico è un composto chimico formato da un atomo di idrogeno, uno di carbonio e uno di azoto. È una sostanza il cui ruolo per lo sviluppo della vita sulla Terra è stato cruciale. Il rilevamento nei pennacchi di Encelado, oltre ad avere un significato rilevante sull’abitabilità della luna, è particolarmente intrigante per la sua rilevanza per la chimica prebiotica. La polimerizzazione della molecola è infatti implicata in una serie di potenziali vie sintetiche che portano alla formazione di nucleo-basi e amminoacidi, i mattoni per la costruzione di Dna e proteine, le macromolecole biologiche alla base della vita.
«La scoperta dell’acido cianidrico è stata particolarmente emozionante, perché è il punto di partenza per la maggior parte delle teorie sull’origine della vita», sottolinea Peter. «La vita come la conosciamo richiede mattoni di costruzione come gli amminoacidi, e l’acido cianidrico è una delle molecole più importanti e versatili necessarie per formarli. Nella ricerca, più cercavamo di mettere in discussione i nostri risultati testando modelli alternativi, più le prove diventavano forti. Alla fine è emerso chiaramente che non c’è modo di far coincidere i dati sulla composizione dei pennacchi di Encelado senza includere l’acido cianidrico».
Nel riquadro a, illustrazione artistica dell’attività dei pennacchi su Encelado. L’attività crio-vulcanica della luna alimenta i getti contenenti molecole organiche con diversi stati di ossidazione emessi dalle fessure presenti al polo Sud della luna. Nel riquadro b, lo stato di ossidazione del carbonio nei composti organici presenti nei pennacchi. Crediti: Jonah S. Peter et al., Nature Astronomy, 2023
Come anticipato, oltre all’acido cianidrico i ricercatori hanno trovato anche prove dell’esistenza di diverse fonti chimiche di energia. Molecole molto più performanti rispetto a quelle individuate sulla luna da altri studi. Sono idrocarburi parzialmente ossidati, metanolo e ossigeno molecolare, specie chimiche che implicano l’esistenza di un ambiente ossidante in cui può esserci produzione di energia. Energia utile a sostenere potenzialmente la vita.
Precedenti studi hanno portato alla scoperta nei pennacchi di Encelado di metano (CH4) e idrogeno molecolare (H2), supportano l’ipotesi che la luna possa essere oltre che idro-termicamente attiva anche una fonte di molecole riducenti biologicamente utili. In questi studi la metanogenesi attraverso la riduzione dell’anidride carbonica (CO2) è stata proposta come un potenziale percorso che potrebbe supportare le comunità microbiche eventualmente presenti nell’oceano sotterraneo. Tuttavia, senza molecole ossidanti, i riducenti sarebbero di scarsa utilità biochimica, poiché nessun meccanismo di trasferimento di elettroni oltre la metanogenesi sarebbe disponibile per produrre un cambiamento nell’energia disponibile. La presenza di ossigeno molecolare e di composti del carbonio parzialmente ossidati scoperti in questo studio potrebbe risolvere questo problema, poiché implica la possibilità che nella luna possano avvenire una moltitudine di processi redox altamente esoergonici – cioè processi che liberano energia – che potrebbero aiutare ad alimentare la vita sotterranea della luna.
«Se in termini di capacità di produrre energia paragoniamo la metanogenesi a una piccola batteria d’un orologio, i nostri risultati suggeriscono che l’oceano di Encelado potrebbe offrire qualcosa di più simile alla batteria di un’auto, in grado di fornire una grande quantità di energia a qualsiasi forma di vita eventualmente presente», osserva Hand.
Questo lavoro fornisce ulteriori prove del fatto che Encelado ospita alcune delle molecole più importanti per la creazione dei mattoni della vita e per il suo sostentamento attraverso le reazioni metaboliche, concludono i ricercatori. Grazie a questo studio ora non solo sappiamo che Encelado sembra soddisfare i requisiti di base per l’abitabilità, ma abbiamo anche un’idea di come potrebbero formarsi molecole biologiche complesse e in che tipo di percorsi chimici potrebbero essere coinvolte.
Per saperne di più:
- Leggi su l’articolo “Detection of HCN and diverse redox chemistry in the plume of Enceladus” di Jonah S. Peter, Tom A. Nordheim & Kevin P. Hand
Conversando con Twain, intelligenza non umana
Un gruppo di 15 megattere pesca con la rete di bolle in Alaska. Crediti: Wikipedia
L’incontro ravvicinato per questa questa volta non è stato con un alieno, ma con un’intelligenza acquatica: una megattera (Megaptera novaeangliae). Dopo un periodo passato tra acqua e terraferma, le balene sono tornate definitivamente a vivere negli oceani più di 60 milioni di anni fa, eppure, anche se così ancestralmente lontane da Homo sapiens, sono riuscite a dialogare con noi. E noi con loro.
Un team di scienziati del Seti Institute, dell’Università della California a Davis e dell’Alaska Whale Foundation ha studiato i sistemi di comunicazione delle megattere nel tentativo di capire come potremmo interagire con un’eventuale civiltà extraterrestre. Il raro e affascinante scambio acustico con Twain, una femmina adulta di megattera, è avvenuto nel sud-est dell’Alaska ed è stato riportato il mese scorso in un artiocolo sulla rivista Peer J. I ricercatori hanno diffuso in mare, tramite un altoparlante subacqueo, un “segnale di saluto” e Twain si è avvicinata nuotando intorno all’imbarcazione del team e rispondendo al richiamo – non solo in modo colloquiale, ma anche adattando la risposta di volta in volta. Durante lo scambio sonoro, durato diversi minuti, la megattera ha reagito a ogni singolo richiamo prodotto, adattandosi alle variazioni di intervallo tra un segnale e l’altro. «Per quanto ne sappiamo», dice Brenda McCowan di UC Davis, autrice principale dello studio, «questo è stato il primo scambio comunicativo tra esseri umani e megattere nel “linguaggio” delle megattere».
Comprendere i segnali e i versi degli animali è una sfida antica che oggi alimenta anche la curiosità scientifica e la ricerca sulle forme di intelligenza non umane, da quella artificiale a quelle extraterrestri. La diversità dell’intelligenza non umana esistente sulla Terra è stata rivelata da una moltitudine di studi scientifici, sia osservativi che sperimentali, condotti negli ultimi decenni e si osserva in tante specie animali, dai polpi ai corvi, dagli elefanti alle balene. «Le megattere sono estremamente intelligenti, hanno sistemi sociali complessi, costruiscono strumenti – ad esempio, reti di “bolle” per catturare i pesci – e comunicano ampiamente sia con canti che con richiami sociali», spiega Fred Sharpe dell’Alaska Whale Foundation, coautore della ricerca.
Tracciamento di Twain durante l’esperimento. Lo schema indica la posizione e il comportamento della megattera intorno alla barca del team di ricerca. Sono indicati gli idrofoni e il posizionamento degli altoparlanti. Crediti: McCowan et al., Peer J, 2023
Per questo studio di bioacustica interattiva, le analisi sono state effettuate su uno scambio acustico di 20 minuti, intervallo di tempo in cui alla trasmissione di un richiamo di contatto registrato, noto come “whup/throp” seguivano le risposte da parte di Twain, come in una vera e propria interazione acustica e comportamentale intenzionale tra uomo e balena. Sul ponte superiore della nave da ricerca erano contemporaneamente presenti quattro osservatori con una visuale a 360 gradi per raccogliere foto, video e appunti sul comportamento dell’animale. E tutti e quattro erano “osservatori ciechi”, nel senso che non erano a conoscenza del meccanismo di richiamo-risposta. «I nostri risultati mostrano che Twain ha partecipato sia fisicamente che acusticamente a tre fasi di interazione – coinvolgimento, agitazione, disimpegno – determinate in modo indipendente da osservatori esterni che hanno riferito il comportamento di superficie e l’attività respiratoria della balena», sottolineano a questo proposito gli scienziati del team, composto anche da Josie Hubbard, Lisa Walker e Jodi Frediani, specializzate rispettivamente in intelligenze animali, analisi dei canti delle megattere e fotografia e comportamento delle megattere.
Spettrogrammi rappresentativi di (A) periodo di controllo di base (pre), (B) periodo di riproduzione sperimentale (durante) e (C) periodo di controllo successivo (post). Non sono stati registrati richiami “whup” durante i periodi pre e post. (D) Spettrogrammi e forme d’onda esemplificative dei whup dei ricercatori e della risposta di Twain. Si noti l’affascinante “botta e risposta” tra E (esemplare, segnale emesso dai ricercatori) e T (balena Twain) nel grafico B. Crediti: immagine dalla rivista Peer J.
L’idea alla base di questo tipo di ricerche è quella di sondare attivamente i sistemi di comunicazione non umani al di là delle osservazioni tradizionali, per comprendere meglio il significato dei segnali e mettere in campo diversi strumenti di interpretazione. Analogamente allo studio dell’Antartide come ambiente simile a Marte, il team Whale-Seti sta studiando sistemi di comunicazione intelligenti, terrestri e non umani, per sviluppare filtri da applicare a qualsiasi eventuale segnale da intelligenza extraterrestre. Il ricorso alla matematica della teoria dell’informazione, in particolare, consente poi di quantificare la complessità comunicativa, ad esempio la struttura delle regole incorporate in un messaggio ricevuto.
Per comunicare con gli alieni, però, non basterà saper capire il balenese, come il pesce Dory nel film Alla ricerca di Nemo. «A causa delle attuali limitazioni tecnologiche, un presupposto importante della ricerca di intelligenza extraterrestre è che gli alieni siano interessati a stabilire un contatto e quindi si rivolgano ai ricevitori umani», ricorda Laurance Doyle, coautore dell’articolo e astronomo al Seti Institute.
Per saperne di più:
- Leggi su Peer J l’articolo “Interactive bioacoustic playback as a tool for detecting and exploring nonhuman intelligence: “conversing” with an Alaskan humpback whale”, di Brenda McCowan, Josephine Hubbard, Lisa Walker, Fred Sharpe, Jodi Frediani e Laurance Doyle
All’origine delle supernove povere di idrogeno
Impressione artistica di una stella binaria che sperimenta il trasferimento di massa. Crediti: Ylva Götberg
Alcune stelle non si limitano a spegnersi, ma esplodono sprigionando una luminosità che potrebbe superare quella di intere galassie. Questi fenomeni cosmici, conosciuti come supernove, diffondono luce, elementi chimici, energia e radiazioni nello spazio e generano onde d’urto che propagandosi riescono a comprimere le nubi di gas e a generare nuove stelle. In altre parole, le supernove plasmano il nostro universo. Tra queste, le supernove povere di idrogeno hanno lasciato a lungo perplessi gli astrofisici, poiché non sono ancora riusciti a individuare le loro stelle progenitrici. È quasi come se queste supernove apparissero dal nulla.
Ora, un gruppo di astronome e astronomi dell’Università di Toronto ha scoperto una popolazione di stelle massicce in sistemi binari che sono state private del loro involucro di idrogeno dalle loro compagne. Le definiscono stripped stars, stelle spogliate. La scoperta, pubblicata oggi su Science, sembra fare luce proprio su quelle stelle che si ritiene siano all’origine delle supernove povere di idrogeno, nonché sulle fusioni di stelle di neutroni.
«Ci sono molte più supernove povere di idrogeno di quanto i nostri modelli attuali possano spiegare», commenta Elva Götberg, pioniera di questo lavoro insieme a Maria Drout del Dunlap Institute for Astronomy & Astrophysics dell’Università di Toronto, in Canada. «O non riusciamo a individuare le stelle che maturano lungo questa strada, oppure dobbiamo rivedere tutti i nostri modelli», continua Götberg. «Tipicamente, le singole stelle esplodono come supernove ricche di idrogeno. Il fatto che siano povere di idrogeno indica che la stella progenitrice deve aver perso il suo spesso involucro ricco di idrogeno. Questo accade naturalmente in un terzo di tutte le stelle massicce attraverso la spogliazione dell’involucro da parte di una stella compagna binaria».
Impressione artistica di una stella che viene spogliata da una compagna binaria. Il terzo pannello raffigura la fase in cui queste stelle vengono osservate nel presente lavoro. Sul sito web dell’Eso è possibile vedere un filmato che mostra l’evoluzione del sistema binario. Crediti: Eso/L. Calçada/M. Kornmesser/S.E. de Mink
Per dare la caccia a queste stelle mancanti, Götberg e Drout hanno unito le loro competenze nella modellazione teorica e nell’osservazione astronomica. E la loro ricerca ha dato i frutti sperati, avendo loro trovato una popolazione di stelle unica nel suo genere, che finalmente colma una grande lacuna nella conoscenza e fa luce sull’origine delle supernove povere di idrogeno.
Le stelle che Götberg e Drout hanno cercato vivono in coppia, vincolate in un sistema stellare binario. Alcuni sistemi binari sono ben noti: ad esempio la stella più luminosa del nostro cielo notturno, Sirio A, e la sua tenue compagna Sirio B. Il sistema binario di Sirio si trova a soli 8,6 anni luce di distanza dalla Terra, un tiro di schioppo in termini cosmici.
Gli astrofisici si aspettano che queste stelle si siano inizialmente formate in sistemi binari massicci. In un sistema binario, le stelle orbiterebbero l’una intorno all’altra fino a quando lo spesso involucro di idrogeno della stella più massiccia si espande. Alla fine, l’involucro in espansione risente dell’attrazione gravitazionale della stella compagna, più forte di quella che lo trattiene verso il suo nucleo. Questo provoca un trasferimento di massa, che alla fine porta l’intero involucro ricco di idrogeno a migrare verso l’altra stella, spogliando la stella originale di cui rimane esposto il nucleo caldo e compatto di elio, oltre 10 volte più caldo della superficie del Sole.
Esiste un importante divario di massa tra le classi di stelle di elio conosciute: le stelle Wolf-Rayet (Wr) più massicce hanno più di 10 volte la massa del Sole, mentre le stelle subnane a bassa massa potrebbero avere circa la metà della massa del Sole. Tuttavia, i modelli hanno previsto che i precursori delle supernove povere di idrogeno abbiano una massa tra 2 e 8 masse solari, dopo lo stripping.
Prima dello studio di Götberg e Drout, era stata trovata solo una stella in grado di soddisfare i criteri di massa e composizione previsti ed era stata chiamata Quasi-WR (o Quasi Wolf-Rayet). «Eppure, le stelle che seguono questo percorso hanno una durata di vita così lunga che molte devono essere sparse in tutto l’universo osservabile», sostiene Götberg. È possibile che gli scienziati non le abbiano “viste”?
Le survey condotte dal telescopio Swift-Uvot della Nasa forniscono le panoramiche più dettagliate mai catturate nella luce ultravioletta della Grande e della Piccola Nube di Magellano, le due galassie più grandi più vicine alla nostra. I ricercatori hanno utilizzato questo set di dati ultravioletti per identificare i sistemi candidati che hanno preso in considerazione in questo lavoro. Crediti: Nasa/Swift/S. Immler (Goddard) and M. Siegel (Penn State)
Con l’aiuto della fotometria Uv e della spettroscopia ottica, i ricercatori hanno identificato una popolazione di 25 stelle, che si trovano in due galassie vicine ben studiate, la Grande e la Piccola Nube di Magellano. Hanno condotto lo studio pilota su questi oggetti, ottenendo spettroscopie ottiche con i telescopi Magellano dell’Osservatorio di Las Campanas tra il 2018 e il 2022. Grazie a queste osservazioni hanno dimostrato che le stelle erano calde, piccole, povere di idrogeno e appartenenti a sistemi binari, il tutto in linea con le previsioni del loro modello. «Le forti linee di elio ionizzato ci dicono due cose importanti: in primo luogo, confermano che gli strati più esterni delle stelle sono dominati dall’elio e, in secondo luogo, che la loro superficie è molto calda. Questo è ciò che accade alle stelle che lasciano un nucleo esposto, compatto e ricco di elio in seguito allo stripping», spiega Götberg.
Tuttavia, entrambe le stelle di un sistema binario contribuiscono agli spettri osservati: questa tecnica ha quindi permesso ai ricercatori di classificare la popolazione candidata in base alla stella che contribuisce maggiormente allo spettro. «Questo lavoro ci ha permesso di trovare la popolazione mancante di stelle di massa intermedia, prive di elio, le progenitrici previste di supernove povere di idrogeno. Queste stelle ci sono sempre state e probabilmente ce ne sono molte altre là fuori. Dobbiamo semplicemente inventarci delle vie per trovarle», dice Götberg. «Il nostro lavoro potrebbe essere uno dei primi tentativi, ma dovrebbero essere possibili altre strade».
«In futuro, saremo in grado di fare una fisica molto più dettagliata con queste stelle», commenta Drout. «Per esempio, le previsioni sul numero di fusioni di stelle di neutroni che dovremmo vedere dipendono dalle proprietà delle stelle, come la quantità di materiale che si stacca da esse nei venti stellari. Ora, per la prima volta, saremo in grado di misurarlo, mentre prima lo si estrapolava».
Le autrici dello studio presso i telescopi Magellano all’Osservatorio Las Campanas, in Cile: Bethany Ludwig, Anna O’Grady, Maria Drout e Ylva Götberg. Crediti: Y. Götberg
Le scienziate ritengono che alcuni oggetti del loro campione attuale siano stelle spogliate aventi come compagne stelle di neutroni o buchi neri. Questi oggetti si trovano nella fase immediatamente precedente alla trasformazione in stelle di neutroni doppie o in sistemi di stelle di neutroni e buchi neri, che potrebbero eventualmente fondersi.
Attualmente, stanno continuando a studiare le stelle identificate in questo articolo e stanno espandendo la loro ricerca per trovarne altre. Le ricerche saranno condotte sia all’interno delle galassie vicine, sia all’interno della Via Lattea, con programmi approvati dal telescopio spaziale Hubble, dal telescopio a raggi X Chandra, dal telescopio Magellano e dal telescopio Anglo-Australiano. Nell’ambito di questa pubblicazione, tutti i modelli teorici e i dati utilizzati per identificare queste stelle sono stati resi pubblici e sono disponibili alla comunità di scienziati.
Per saperne di più:
- Leggi su Science l’articolo “An observed population of intermediate mass helium stars that have been stripped in binaries” di M. R. Drout, Y. Götberg, B. A. Ludwig, J. H. Groh, S. E. de Mink, A. J. G. O’Grady e N. Smith
Stelle di neutroni in un laboratorio quantistico
I gas quantistici ultrafreddi composti da atomi dipolari costituiscono una piattaforma ideale per simulare i meccanismi in atto all’interno delle stelle di neutroni. Crediti: University of Innsbruck
Oggetti affascinanti e misteriosi come pochi altri nel cosmo, le stelle di neutroni presentano numerose caratteristiche insolite. I lampi periodici di radiazione elettromagnetica che, ruotando rapidamente, emettono come pulsar consentono di misurarne con elevatissima precisione la velocità di rotazione. In questo modo gli astrofisici hanno scoperto un comportamento anomalo e del tutto controintuitivo, detto in gergo glitch: una stella di neutroni talvolta accelera improvvisamente la sua rotazione.
Com’è possibile? Le teorie non mancano, ma per verificarle l’ideale sarebbe averne una a disposizione, di queste stelle, e studiarla da vicino. Un sogno impossibile? Non è detto: se ci accontentiamo di una versione ridotta e semplificata, forse potremmo averne qualcuna non troppo lontano da casa. Occorre attraversare il passo del Brennero, entrare in Austria e guidare ancora verso nord per un’oretta circa, direzione Innsbruck, avendo impostato sul navigatore Technikerstrasse. È l’indirizzo del Centro per lo studio degli atomi ultrafreddi e dei gas quantistici dell’Università di Innsbruck: un luogo in cui il gruppo guidato dalla napoletana Francesca Ferlaino ha ormai da parecchi anni affinato come nessun altro tecniche che consentono di domare e intrappolare atomi dai nomi esotici – atomi altamente magnetici, come l’erbio e il disprosio – in “gabbie” le cui sbarre sono fatte di luce laser e in cui la temperatura si misura in microkelvin.
È nel gelo assoluto di queste trappole quantistiche che possiamo incontrare quanto di più simile esista sulla Terra a una stella di neutroni. Ed è lì che abbiamo raggiunto la ricercatrice veneziana (è originaria del comune di Spinea) Elena Poli, prima autrice di uno studio – pubblicato due settimane fa su Physical Review Letters e realizzato in collaborazione tra il gruppo teorico di Francesca Ferlaino, qui a Innsbruck, e quello di Massimo Mannarelli ai Laboratori nazionali del Gran Sasso – che, attraverso simulazioni numeriche, è riuscito a riprodurre l’enigmatico fenomeno delle glitches.
Elena Poli, cosa ci fa una stella di neutroni – seppur simulata – in un centro di fisica quantistica come il vostro?
«Una stella di neutroni è un oggetto che ha una massa comparabile a quella del Sole ma confinata in un raggio di circa 10 km, la grandezza media di una città. Quindi ha la proprietà di essere un oggetto molto denso. Per capirci, la densità della parte interna della stella di neutroni è oltre cento miliardi di volte più grande di quella dell’acqua, e cresce sempre più man mano che ci si addentra verso l’interno. Oltre a questo, la temperatura di una stella di neutroni è tipicamente dell’ordine di grandezza di dieci milioni di gradi – una temperatura enorme, certo, ma molto più piccola di quella tipica della materia nucleare. Per questi due motivi – altissima densità e bassa temperatura – la stella di neutroni può essere considerata come un sistema in cui gli effetti quantistici non sono trascurabili. E il fatto che nel nostro lavoro riusciamo a replicarne la fenomenologia delle glitches con un sistema quantistico di atomi ultrafreddi ne è la prova».
Elena Poli, ricercatrice veneziana oggi all’Università di Innsbruck (Austria) e prima autrice dello studio pubblicato su Physical Review Letters sulla simulazione di stelle di neutroni con atomi ultrafreddi. Crediti: Università di Innsbruck
Ecco, le glitches, queste irregolarità nella loro velocità di rotazione: sapete cosa le produce?
«Le stelle di neutroni si presentano come oggetti rotanti che emettono radiazione, e per questo decelerano la loro velocità di rotazione nel tempo. Ogni tanto però accelerano improvvisamente, originando – appunto – una glitch, e si crede che tutto ciò sia dovuto alla dinamica interna di piccoli vortici quantizzati. Questi vortici sono dei piccoli tornado che contengono tutti la stessa quantità di momento angolare e si formano ogni volta che un oggetto con proprietà superfluide – nel caso delle stelle di neutroni, la crosta interna – viene messo in rotazione. I piccoli vortici, durante il processo di decelerazione, sono principalmente intrappolati dalla struttura cristallina della crosta interna, fino a quando il sistema raggiunge un punto in cui deve per forza espellere l’energia in più. E lo fa emettendo i vortici, il cui momento angolare viene assorbito dalla crosta esterna. La crosta esterna assorbe questo momento angolare proveniente dall’interno della stella e, per questo, aumenta la velocità di rotazione: da qui nasce la glitch che misuriamo dalla Terra».
Crosta interna, crosta esterna… Com’è fatta, una stella di neutroni? Cosa incontreremmo, se potessimo atterrarci sopra e scendere al suo interno?
«Le teorie più accreditate descrivono la struttura interna della stella di neutroni come una serie di diversi strati che hanno proprietà strutturali estremamente diverse. L’atmosfera esterna è fatta principalmente da idrogeno, elio e carbonio, ma è uno strato molto piccolo. Lo strato esterno della stella di neutroni viene chiamato crosta esterna ed è di natura solida: è costituito da un reticolo di nuclei pesanti di diversi elementi ricchi di neutroni disposti in maniera regolare. Mano a mano che ci addentriamo all’interno della stella, i nuclei si addensano sempre di più, fino a quando i neutroni iniziano a uscire dai rispettivi nuclei e formano un unico fluido che mantiene la stessa struttura cristallina dei nuclei ma allo stesso tempo ha proprietà superfluide – ovvero, scorre senza attrito. La regione in cui lo incontriamo è chiamata crosta interna, manifesta le proprietà di un solido e quelle di un superfluido allo stesso momento. Sembra uno stato paradossale, ma queste sono le stesse proprietà che negli ultimi anni sono state osservate in laboratorio in un sistema quantistico di atomi ultrafreddi, chiamato appunto supersolido. Infine, procedendo ancora più verso l’interno della stella, troviamo il suo nucleo, dove incontriamo materia ancora più densa la cui composizione è perlopiù sconosciuta».
Anche nel vostro laboratorio avete visto un supersolido?
«Sì, qui ad Innsbruck, nel gruppo di Francesca Ferlaino, siamo stati tra i primi a osservare questo nuovo stato della materia in laboratorio. Ed è proprio grazie all’analogia tra la struttura della crosta interna della stella di neutroni e del supersolido ultrafreddo che, nel nostro lavoro, siamo riusciti a riprodurre in quest’ultimo il fenomeno delle glitches: delle improvvise accelerazioni della stella di neutroni che si crede siano dovute a dinamiche nella crosta interna. Anche un supersolido ultrafreddo, infatti, quando viene messo in rotazione – essendo superfluido – crea i vortici, e questi vortici – essendo solido – sono intrappolati nella sua struttura cristallina. Nel nostro lavoro, implementando un processo di decelerazione, siamo riusciti a simulare il fenomeno delle glitches anche in un supersolido ultrafreddo».
Come in una stella di neutroni…
«Sì, in questo modo abbiamo trovato un sistema analogo alla crosta interna delle stelle di neutroni. Un sistema che è accessibile sulla Terra e può essere usato come laboratorio per studiarne la dinamica. Quindi, attraverso lo studio del comportamento rotatorio di un supersolido fatto di atomi ultrafreddi, e grazie alla possibilità di replicare il fenomeno delle glitches in questo sistema, abbiamo certificato alcune teorie di natura astrofisica sulla rotazione delle stelle di neutroni».
Per saperne di più:
- Leggi su Physical Review Letters l’articolo “Glitches in rotating supersolids”, di Elena Poli, Thomas Bland, Samuel J. M. White, Manfred J. Mark, Francesca Ferlaino, Silvia Trabucco e Massimo Mannarelli
La nana bruna fluttuante campione dei pesi piuma
A sinistra, l’immagine ottenuta dallo strumento Nircam di Jwst che mostra la porzione centrale dell’ammasso stellare Ic 348. Nei riquadri a destra, le tre nane brune scoperte da Luhman et al. nel loro studio. La più piccola, Source 3, ha una massa che è circa tre volte quella di Giove. Crediti: Nasa, Esa, Csa, StscI, Kevin Luhman/Penn State, Catarina Alves de Oliveira/Esa
Nell’articolo che la descrive, pubblicato ieri su The Astronomical Journal, gli astronomi la chiamano source 3, che tradotto in italiano significa sorgente 3. È quasi certamente una nana bruna. Una nana bruna da record, però. Con una massa di circa tre volte quella di Giove, è infatti la più piccola mai scoperta fino a oggi.
Source 3 è stata identificata da un team di ricercatori guidati dalla Pennsylvania State University grazie al telescopio spaziale James Webb. Gli astronomi ne hanno rilevato le tracce puntando l’occhio placcato oro del telescopio verso Ic 348, un “giovane” ammasso stellare (l’età stimata è di circa 5 milioni di anni) situato a circa 1.000 anni luce dalla Terra all’interno della nube molecolare di Perseo.
La strategia di ricerca utilizzata da Kevin Luhman, autore principale della pubblicazione, e colleghi per individuare la nana bruna è stata la seguente. Utilizzando lo strumento Nircam di Jwst, l’imager principale del telescopio, i ricercatori hanno prima osservato il centro dell’ammasso alla ricerca di candidate nane brune sulla base della luminosità e della temperatura. Hanno quindi selezionato le sorgenti più promettenti facendo un follow-up con lo spettrografo NirSpec, uno dei quattro strumenti scientifici del telescopio. Per fare ciò, la sensibilità agli infrarossi di Jwst è stata cruciale. Il telescopio, infatti, non solo ha consentito al team di rilevare oggetti molto deboli, ma ha anche permesso di discriminare sorgenti puntiformi da galassie di background.
L’indagine così condotta ha portato all’individuazione di tre candidate nane brune con temperature superficiali comprese tra 830 e 1.500 gradi Celsius: source 1, source 3 e source 4. Ma è con le analisi per stimare la massa che è arrivata la sorpresa. Una delle tre nane brune, source 3, ha una massa piccola, talmente piccola da portare i ricercatori a definire la sorgente come la nana bruna fluttuante meno massiccia che sia mai stata osservata direttamente fino a oggi. Detto in altri termini, con una massa di circa tre volte quella di Giove, source 3 è la nana bruna fluttuante più piccola mai scoperta finora.
Le nane brune sono corpi celesti a metà strada tra stelle e pianeti. Nascono come tutte le stelle, ma non diventano mai abbastanza massicce da innescare al loro interno la fusione nucleare. Sono dunque corpi troppo grandi per essere considerati pianeti, ma troppo piccoli per essere vere e proprie stelle. All’estremo inferiore della scala delle loro masse, tuttavia, alcune nane brune sono paragonabili ai pianeti giganti, con masse solo poche volte quella di Giove. Source 1, 3 e 4, come abbiamo visto, sono tra queste nane brune. Un’altra caratteristica delle tre sorgenti scoperte nello studio è che sono corpi fluttuanti, oggetti cioè non legati gravitazionalmente a nessun altro corpo celeste.
Poiché questa peculiarità è comune anche a un’altra classe di oggetti che gli astronomi chiamano pianeti erranti o pianeti “canaglia”, si pone il dubbio se le tre sorgenti siano davvero nane brune o piuttosto pianeti erranti. Sebbene quest’ultima ipotesi non possa essere esclusa, secondo i ricercatori è molto più probabile la prima. Che si tratti di un pianeta gigante espulso dal suo sistema solare è improbabile per due motivi, spiegano i ricercatori. Il primo motivo è che i pianeti erranti sono generalmente rari tra i pianeti con masse più piccole. Il secondo è che la maggior parte delle stelle sono astri di piccola massa e all’interno dei loro sistemi solari i pianeti giganti sono particolarmente rari. Di conseguenza, continuano i ricercatori, è molto improbabile che le stelle dell’ammasso Ic 348 (che sono stelle di piccola massa) siano in grado di produrre pianeti così massicci. Inoltre, poiché l’ammasso ha solo 5 milioni di anni, probabilmente non c’è stato abbastanza tempo perché i pianeti giganti si formassero e poi venissero espulsi dai loro sistemi.
La scoperta di questi tre oggetti celesti non è l’unico risultato di questo studio. Nelle atmosfere di due delle tre nane brune identificate in questa indagine, source 1 e 3, i ricercatori hanno identificato la firma spettrale della presenza di idrocarburi. La caratteristica spettrale è una riga di assorbimento a 3,4 micrometri. Riga che, insieme ad altre caratteristiche spettrali, è associata alla presenza di metano e altri idrocarburi come acetilene ed etilene. La riga è stata rilevata dalla missione Cassini nell’atmosfera di Saturno e della sua luna Titano, ma mai prima d’ora nell’atmosfera di un corpo fuori dal Sistema solare.
«Questa è la prima volta che rileviamo questa firma nell’atmosfera di un corpo al di fuori del nostro sistema solare. I modelli per le atmosfere delle nane brune non ne prevedono l’esistenza», sottolinea Catarina Alves de Oliveira, ricercatrice all’Esa, componente del team dello strumento Nirspec di Jwst e co-autrice dello studio. «Stiamo guardando agli oggetti celesti più giovani e meno massicci mai osservati» aggiunge la ricercatrice, «e stiamo vedendo qualcosa di nuovo e inaspettato».
La scoperta di altri oggetti simili, concludono i ricercatori, aiuterà a stabilire con certezza lo status delle tre sorgenti e a identificare gli idrocarburi presenti nelle loro atmosfere.
Per saperne di più:
- Leggi su The Astronomical Journal l’articolo “A JWST Survey for Planetary Mass Brown Dwarfs in IC 348*” di K. L. Luhman, C. Alves de Oliveira, I. Baraffe, G. Chabrier, T. R. Geballe, R. J. Parker, Y. J. Pendleton e P. Tremblin
Einstein Telescope, 950 milioni di euro dal governo
Un momento dell’evento svoltosi il 6 giugno 2023 presso la Sede Centrale dell’Inaf a Roma nel quale il governo ha ufficializzato la candidatura italiana per ospitare l’Einstein Telescope in Sardegna. Crediti: Mur
Il governo italiano è pronto a sostenere l’impegno finanziario per ospitare nel nostro paese l’Einstein Telescope (Et), la grande infrastruttura di ricerca per lo studio delle onde gravitazionali che l’Italia si è candidata a realizzare in Sardegna, nell’area di Sos Enattos, a Lula.
Il governo ha indirizzato ad Antonio Zoccoli, presidente dell’Istituto nazionale di fisica nucleare (Infn), ente coordinatore della candidatura italiana per Et, una lettera con la quale conferma l’impegno, istituzionale e economico, perché la proposta sia quella vincente in sede europea.
«La volontà di realizzare Einstein Telescope in Italia è stata fortemente sostenuta dal governo. Si tratta di una scelta strategica per un Paese che vogliamo sempre più ambizioso. L’Italia è leader in Europa per la fisica, con la presenza di molte eccellenze scientifiche. Siamo convinti che Et contribuirà a rafforzare in modo decisivo la realizzazione di un ecosistema della ricerca e dell’innovazione sempre più attrattivo», ha detto il ministro dell’Università e della Ricerca, Anna Maria Bernini.
Per ottenere l’assegnazione europea, il governo ha deciso di programmare un piano di “diplomazia scientifica” che coinvolgerà le nostre eccellenze universitarie e di ricerca, tra cui il Premio Nobel Giorgio Parisi. Sarà affidato loro un ruolo di coordinamento e divulgazione, perché sia resa nota nell’Unione la qualità della proposta italiana e quanto questa sappia rappresentare al meglio gli interessi comunitari.
«L’Istituto nazionale di astrofisica accoglie con entusiasmo la notizia dell’impegno del nostro governo a sostenere la candidatura dell’Italia a ospitare il rivelatore di onde gravitazionali Einstein Telescope», commenta Marco Tavani, presidente dell’Istituto nazionale di astrofisica (Inaf). «L’astrofisica è una componente essenziale del progetto, e l’Inaf in collaborazione con Infn e altri enti e università è in prima linea a sostenere la ricerca e lo sviluppo di strumentazione per osservazioni astrofisiche da terra e dallo spazio. L’Italia gode infatti di una comunità scientifica molto attiva da decenni nel campo dello studio di sorgenti cosmiche che possono produrre onde gravitazionali rivelabili dall’Einstein Telescope (come stelle di neutroni e buchi neri in sistemi binari). Si tratta di potenziare l’Einstein Telescope con telescopi radio e ottici da terra e a raggi X e raggi gamma dallo spazio; l’Italia può e potrà mettere in campo risorse scientifiche straordinarie per il progetto con una configurazione unica nel panorama europeo. Lo studio dell’universo lontano e dei fenomeni fisici primordiali si arricchirà di un potentissimo strumento quale l’Einstein Telescope, con l’Italia che si propone a svolgere un ruolo di leadership mondiale dell’astrofisica delle sorgenti delle onde gravitazionali».
Il sito di Sos Enattos, candidato dall‘Italia a ospitare l’Einstein Telescope. Crediti: Einstein Telescope Italy
Nella lettera del sottosegretario di Stato alla presidenza del Consiglio dei ministri, Alfredo Mantovano, inviata al presidente Infn Zoccoli, si certifica tra l’altro l’importante impegno finanziario che il governo è pronto ad assumere in caso di assegnazione dell’infrastruttura. Si tratta di circa 950 milioni di euro complessivi per i nove anni previsti per la costruzione (dal 2026 al 2035). In particolare, le spese serviranno alla realizzazione e all’acquisto di beni, materiali e tecnologie. La dotazione è stata prevista tenendo conto anche dell’elevato impatto occupazionale e di indotto atteso e del ritorno in termini di coesione territoriale.
«Ringraziamo il presidente del Consiglio Giorgia Meloni per il significativo sostegno del nostro governo al progetto Einstein Telescope, sostegno fondamentale per la candidatura italiana della Sardegna a ospitare il futuro grande rivelatore di onde gravitazionali» commenta Antonio Zoccoli, presidente dell’Infn. «Ringraziamo il ministro Anna Maria Bernini per la grande risolutezza con cui il ministero dell’Università e della Ricerca ha sostenuto fin da subito e promuove, a livello sia nazionale sia internazionale, questa grande impresa scientifica, che rivoluzionerà lo studio del nostro universo, permettendo di raggiungere luoghi e tempi ad oggi inesplorati e inesplorabili. Einstein Telescope è un’opportunità unica non solo per la scienza e per la conoscenza, ma anche per il nostro Paese. Se riusciremo a vincere la dura competizione internazionale, e oggi la candidatura italiana è davvero la più solida, per realizzare questa grande infrastruttura scientifica in Italia, la Sardegna sarà al centro della ricerca mondiale sulle onde gravitazionali, e potrà attrarre sul proprio territorio risorse e ricercatori e ricercatrici da tutta Europa, con esiti positivi in termini di innovazione e crescita industriale, economica, sociale e culturale che interesseranno il territorio e l’intero Sistema Paese. Per disegnare il futuro ci vogliono visione e determinazione. Einstein Telescope è un investimento strategico per il futuro della Sardegna, dell’Italia, di tutti noi e, è bello dirlo, soprattutto delle nostre giovani e dei nostri giovani».
Einstein Telescope sarà un osservatorio internazionale di terza generazione all’avanguardia assoluta nella ricerca fisica e astronomica. L’Italia ha ufficializzato la sua candidatura nello scorso mese di giugno. Il sito scelto per l’infrastruttura, e cioè nell’area della miniera dismessa a Sos Enattos a Lula (in provincia di Nuoro), è considerata ottimale per le eccellenti condizioni geologiche e ambientali che può garantire.
Guarda su MediaInaf Tv il servizio sul meeting dell’11 e 12 dicembre 2023: