Il mistero del terzo anello, una sorpresa tra le fasce di Van Allen

Che diavolo era, quel terzo anello comparso per qualche settimana tra le fasce di Van Allen, che nessuno si aspettava e che invece gli strumenti della missione NASA RBSP hanno rivelato? Se lo chiedono su Science di questa settimana Dan Baker dell’Università del Colorado e i suoi colleghi. Tutti membri del team che ha sviluppato gli strumenti Relativistic Electron-Proton Telescope (REPT) a bordo delle due sonde gemelle della missione Radiation Belt Storm Probes, lanciate la scorsa estate per studiare le fasce di Van Allen. Scoperte nel 1958 grazie ad alcune delle prime sonde NASA (Pioneer  ed  Explorer), la fasce si presentano come due “ciambelle” distinte, fatte di elettroni ad alta energia, che circondano il pianeta Terra. “Le fasce di Van Allen proteggono dalle radiazioni lo spazio esterno della Terra” spiega Ilaria Ermolli dell’Osservatorio Astronomico di Roma dell’INAF. “Fasce di radiazione simili alle fasce di Van Allen sono osservate attorno ad altri pianeti del sistema solare, sostenute dai rispettivi campi magnetici planetari. Si ritiene che le due fasce siano generate da processi diversi. La fascia più interna, costituita principalmente da protoni energetici, è il prodotto del decadimento di neutroni che derivano da collisioni di raggi cosmici nell’alta atmosfera. La fascia più esterna è invece formata principalmente da elettroni iniettati nella regione da tempeste geomagnetiche”. Ma quando i ricercatori americani hanno acceso gli strumenti delle loro sonde, le prima destinate a studiare quelle strutture da vicino, non hanno letteralmente creduto ai loro occhi. Se all’inizio le fasce erano due, come si è sempre saputo, ai primi di settembre ne è apparsa una terza: l’anello esterno è sembrato comprimersi verso il basso, mentre un anello di elettroni aggiuntivo, meno compatto, si formava al di sopra di esso, più lontano dalla superficie terrestre. L’anello  “magazzino” intermedio è rimasto intatto nelle settimane successive, mentre quello più lontano ha iniziato presto a dissolversi. Durante la terza settimana di settembre, una potente onda d’urto interplanetaria, proveniente dal Sole, ha spazzato via tanto l’anello intermedio quanto quello più esterno. Dopodiché, gradualmente, si è riformata l’abituale struttura a due anelli. “Lo spazio tra le due fasce, chiamato zona di sicurezza, non è popolato di particelle” spiega ancora Ermolli. “Esplosioni solari dovute all’evoluzione del campo magnetico nell’atmosfera della stella e processi legati alla propagazione del vento solare possono tuttavia iniettare particelle in questa regione. Le misure effettuate dalle sonde RBSP mostrano la creazione di una terza fascia di radiazione tra quella esterna e interna, popolata di elettroni relativistici, che persistono nella nuova regione per alcune settimane, con un decadimento progressivo. L’evoluzione delle caratteristiche del plasma nella nuova fascia di radiazione osservata dalle sonde è risultata dipendere dall’evoluzione delle proprietà delle particelle nella fascia di radiazione più esterna a seguito di cambiamenti nella velocità del vento solare, nel campo magnetico interplanetario e nell’attività geomagnetica. Le misure effettuate dalle sonde RBSP hanno mostrato una struttura delle fasce di radiazione che circondano la Terra inattesa, che non può ancora essere spiegata con le teorie attuali”. E in effetti, “Non abbiamo idea di quanto spesso possa accadere questo fenomeno” ammette Dan Baker. “Forse è molto frequente ma non abbiamo mai avuto gli strumenti per osservarlo”. Ci è voluta pure una certa fortuna per osservarlo: lo strumento REPT doveva in teoria essere acceso un mese dopo il lancio, quando sarebbe stato troppo tardi per osservare la terza fascia. Ma Baker e i suoi colleghi si erano battuti con i responsabili della missione per accenderlo prima degli altri strumenti, in modo da sfruttare al meglio le sinergie con un altro strumento a bordo delle sonde (si chiama SAMPEX) che raccoglie dati simili. “Ora possiamo offrire queste osservazioni ai teorici che provano a costruire modelli di quello che succede nelle fasce di Van Allen” dice Shri Kanekal, deputy mission scientist della missione al Goddard Space Flight Center della NASA. “Perché la terza fascia è durata per quattro settimane? Perché la struttura cambia? Tutte informazioni che ci insegneranno qualcosa di più su quanto accade nello spazio attorno a noi”. Conclude Ilaria Ermolli: “La comprensione dei fenomeni che hanno luogo nelle fasce di radiazione della Terra ha  importanti ricadute pratiche ed economiche negli ambiti dell’operatività e progettazione dei satelliti artificiali e della programmazione delle missioni spaziali umane e robotiche, anche ai fini della sicurezza degli astronuati e del funzionamento della strumentazione a bordo dei satelliti. Con il programma ESA SSA (Space Situational Awarness) e vari progetti finanziati dalla Commissione Europea  -ai quali partecipano attivamente anche vari ricercatori INAF-  dedicati allo studio e al monitoraggio della meteorologia e del clima spaziali, anche l’Europa sta acquisendo la capacità di studiare e monitorare i fenomeni che potrebbero danneggiare i satelliti lanciati in orbita o le infrastrutture a terra, a causa degli effetti della variabilità del Sole  nell’eliosfera e nello spazio circumterrestre.
di Nicola Nosengo (INAF)

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Nascita di un protopianeta

Usando il Very Large Telescope dell’ESO gli astronomi hanno scoperto quello che potrebbe essere un protopianeta ancora “incubato” in un disco di gas e polvere stellare. Il team internazionale di ricercatori guidato da Sascha Quanz (ETH Zurich – Svizzera) ha studiato questo disco di gas che circonda la giovane stella HD 100546, a 335 anni luce dalla Terra. A sorprenderli è stato il fatto di scoprire che molto probabilmente si tratta di un pianeta in via di formazione: se così fosse sarebbe un pianeta gigante, vale a dire un pianeta gassoso come Giove. Il neo-pianeta orbita sei volte ad una distanza pari a circa sei volte quella della Terra dal Sole. «Sarebbe la prima volta che gli scienziati possono studiare realmente la nascita di un pianeta dalla A alla Z», senza ricorrere a simulazioni al computer, ha detto Quanz. Il candidato pianeta intorno a HD 100546 è stato rivelato come una piccola macchia nel disco circumstellare, grazie allo strumento NACO ad ottica adattiva montato sul VLT dell’ESO, in combinazione con tecniche pionieristiche di analisi dati. Le osservazioni sono state fatte con il coronografo di NACO, che opera nel vicino infrarosso e occulta la luce brillante proveniente dalla stella nella posizione del candidato protopianeta. Alcune strutture nel disco di polvere circumstellare, probabilmente causate dall’interazione tra il pianeta e il disco, sono state individuate nella zona del possibile protopianeta. Inoltre ci sono indicazioni che i dintorni del protopianeta possano essere riscaldati dal processo di formazione. «La ricerca di nuovi esopianeti è una delle frontiere più interessanti  dell’astronomia – ha detto Asam Amara, membro del team di ricercatori – ed è possibili ottenere immagini del genere solo grazie alle nuove strumentazioni e tecnologie sviluppate nella ricerca cosmologica». Anche se il protopianeta è la spiegazione più probabile di questa osservazione, sono necessarie ulteriori osservazioni più approfondite per confermare l’esistenza del pianeta e scartare altri scenari plausibili. Tra le altre spiegazioni è possibile, anche se improbabile, che il segnale rivelato possa provenire da una sorgente di fondo. È anche possibile che il nuovo oggetto possa essere non un protopianeta ma un pianeta completamente formato che è stato espluso dalla sua orbita originale vicino alla stella. Se si confermerà che il nuovo oggetto intorno a HD 100546 è un pianeta in formazione avvolto nel disco di gas e polvere della stella madre, questo diventerà un laboratorio unico in cui studiare il processo di formazione di un nuovo sistema planetario.
Redazione Media Inaf

Da nane bianche a supernove

L’osservazione di due nuove supernove migliora il “metro astronomico” che gli scienziati utilizzano per calcolare l’accelerazione dell’espansione dell’universo.
Nelle settimane scorse, la luce di due stelle esplose centinaia di milioni di anni fa ha raggiunto la Terra, e in entrambi i casi l’evento è stato identificato come una supernova.
La prima, scoperta il 6 febbraio è esplosa circa 450 milioni di anni fa, ha spiegato Ferrante Farley, uno studente laureato alla Southern Methodist University, Dallas, che ha fatto l’osservazione iniziale. La stella è esplosa in una porzione relativamente vuota del cielo, in una galassia  identificata come 2286144.
Un’altra supernova era stata scoperta il 20 novembre ed è esplosa circa 230 milioni di anni fa in una delle molte galassie della costellazione della Vergine.
Entrambe le supernove sono state avvistate con ROTSE3b il telescopio robotico della Robotic Optical Search Transient Experiment. ROTSE3b è ubicato presso l’Osservatorio McDonald nelle montagne di Davis del West Texas vicino a Fort Davis.
La supernova che è esplosa circa 450 milioni di anni fa è stata ufficialmente designata Supernova  2013X, soprannominata “Everest” da Govinda Dhungana, un laureando della SMU che ha partecipato alla scoperta.
La supernova esplosa circa 230 milioni di anni fa è stata ufficialmente designata Supernova 2012ha. La luce creata dalla sua esplosione ha viaggiato verso la Terra sin dal periodo Triassico, quando i dinosauri vagavano sul pianeta. Dhungana ha dato il soprannome di “Sherpa” per la Supernova 2012ha.
“Everest e Sherpa non sono degne di nota per essere le supernove più giovani, più antiche, più vicine, più lontane o più grandi mai osservate,” ha detto Ferrante. “Ma entrambe sono importanti perché ci forniscono informazioni per fare ulteriori ricerche”.
Everest e Sherpa sono il risultato di esplosioni di nane bianche, ha affermato Robert Kehoe, professore di fisica e leader del team di astronomia SMU presso il Dipartimento di Fisica SMU. Una nana bianca è una stella morente, che ha bruciato tutta la sua energia. La nana bianca cresce circa una volta e mezzo la dimensione del sole e incapace di sostenere il suo peso si avvia verso un rapido il collasso che porta all’esplosione. Il risultato è una supernova di tipo 1A.
“Noi chiamiamo queste supernove di tipo 1A candele standard”, ha detto Ferrante. “Dal momento che le supernove di tipo 1A hanno origine da questo processo standard, la loro luminosità intrinseca è molto simile. Così esse diventano un dispositivo che gli scienziati usano per misurare la distanza cosmica”. Più appaio brillanti, più sono vicine a noi.
Come altre supernove di Tipo 1A, Everest e Sherpa forniscono agli scienziati un piccolo pezzo al puzzle di uno dei più grandi misteri dell’universo ovvero che cos’è l’energia oscura. Ogni supernova di Tipo 1A fornisce agli astronomi informazioni indirette sull’energia oscura, che costituisce il 73 per cento della massa-energia dell’universo.
“Ogni stella che esplode permette agli astronomi di calibrare con maggior precisione la velocità crescente con cui il nostro universo è in espansione e quindi ci aiuta a comprendere meglio l’energia oscura”, ha detto Ferrante.
di Antonio Marro (INAF)

Arrivano la Vergine ed il Leone in attesa della Panstarrs

Il mese di marzo vede ancora come protagoniste le costellazioni invernali. Tuttavia, rispetto al mese precedente, si noterà uno spostamento delle stesse verso sud-ovest. Da notare invece che, già dalle prime ore della notte, si affacciano ad oriente le costellazioni del Leone e della Vergine (nei pressi della quale troviamo Saturno). I fortunati abitanti di luoghi con poco inquinamento luminoso, potranno scorgere persino la debole costellazione del Cancro, che separa il Leone dai Gemelli.
Proseguendo verso occidente spicca ancora la stupenda Orione, con le tre stelle della cintura a formare una linea quasi retta (da sinistra: AlnitakAlnilam Mintaka), ed i 3 luminosissimi astri Betelgeuse (gigante rossa), Rigel (azzurra) e Bellatrix (in alto a destra). Sotto la cintura troviamo un gruppo di stelle in cui giace la Grande nebulosa di Orione (M42) osservabile anche ad occhio nudo. Una perla del cielo boreale.
Nella stessa zona di cielo troviamo le costellazioni del Toro (dalla caratteristica forma a Y) con la stella rossa Aldebaran, la costellazione dell’Auriga con la brillante stella Capella, i Gemelli con le stelle principali Castore e Polluce. A sinistra in basso rispetto ad Orione, nella costellazione del Cane Maggiore, risplende Sirio, la stella più luminosa del cielo. Poco al di sotto dei Gemelli, si può facilmente riconoscere un’altra stella luminosa, Procione, del Cane Minore.
Proseguiamo il nostro tour con il cielo settentrionale, dove l’Orsa Maggiore domina incontrastata. Con il suo aiuto sarà un gioco da ragazzi trovare la stella polare. A Nord-Ovest troviamo Cassiopea con la sua caratterisitica forma a “W”; tra Cassiopea e il Toro troviamo la costellazione del Perseo. Da notare che anche la costellazione del Perseo può fungere da comodo riferimento per giungere alle Pleiadi, infatti basta congiungere con una linea immaginaria a forma di “arco” alcune stelle per arrivare al famosissimo ammasso aperto.
Chiudiamo la rassegna segnalando la costellazione di Bootes (il Bifolco), sotto l’Orsa Maggiore e a sinistra della Vergine, caratterizzata dalla particolare forma ad aquilone, con la sua brillante e rossastra Arturo.
Il mese di marzo favorisce l’osservazione della tanto attesa cometa C/2011 L4 PanSTARRS!  Le ultime analisi stimano una luminosità molto ridotta rispetto a quanto si auspicava.
Non demordiamo però! Ricordiamo il famoso outburstdel 2007 della cometa 17/P Holmes oppure quello dell’anno prima della cometa McNaughts, che è divenuta visibile ad occhio nudo anche di giorno!
Dal 5 marzo la cometa tramonterà appena dopo il Sole ma le condizioni osservative saranno talmente critiche che dovrebbe essere luminosissima per farsi notare tra l’intensa luminosità.
Il 10 marzo, giorno del perielio, (cometa a 45 milioni di km. dal Sole e 165 milioni di km. dalla Terra) sarà alta una decina di gradi sull’orizzonte al momento del tramonto del Sole e brillerà al massimo delle sue potenzialità.
Che valore raggiungerà? Le ultime osservazioni fanno pensare a una magnitudinenon oltre la +3. Fosse così difficilmente risulterebbe visibile.
Nei giorni immediatamente seguenti la luminosità dovrebbe mantenersi sui valori massimi e le condizioni osservative migliorare leggermente.
Il 12 e il 13 marzo un sottilissimo falcetto lunare nelle vicinanze potrebbe aiutarci nel rintracciarla. Arrivati a metà mese – ammesso che la PanSTARRS si dimostrasse una cometa “normale” – si entra nel periodo più favorevole per l’avvistamento.
Astronomia.com

Che trottola quel buco nero!

Che il buco nero al centro della galassia NGC 1365 fosse un tipo piuttosto speciale gli astrofisici lo sapevano già da diverso tempo. La sua massa è infatti di quelle che non passano certo inosservate, dato che dovrebbe aggirarsi attorno ai due milioni di volte quella del nostro Sole. Quello che però emerge da uno studio presentato nell’ultimo numero della rivista Nature e guidato da Guido Risaliti, dell’Osservatorio Astrofisico di Arcetri dell’INAF è anche la suastraordinaria velocità di rotazione. Tanto elevata che per spiegare le caratteristiche della radiazione X emessa bisogna chiamare in causa la Teoria della Relatività Generale di Einstein. Un risultato fondamentale ottenuto grazie alle osservazioni di due degli osservatori spaziali oggi più avanzati per lo studio dell’astrofisica dell’estremo, XMM-Newton dell’Agenzia Spaziale Europea e NuSTAR della NASA, in orbita dal giugno scorso.
“Prima di queste osservazioni combinate, non potevamo dire con certezza se la deformazione dei profili della radiazione X dei buchi neri già osservati con XMM-Newton fossero dovuti a fenomeni relativistici legati a rapidissima rotazione o invece a nuvole di gas e polveri presenti attorno ad essi” spiega Guido Risaliti. “I modelli teorici che descrivono e riproducono l’andamento dello spettro dei raggi X nei due diversi scenari fornivano, per entrambi, risultati in grado di spiegare piuttosto bene gli andamenti registrati”.
A superare questa incertezza hanno contribuito le prime osservazioni del nuovo telescopio spaziale NuSTAR lanciato dalla NASA nel giugno scorso. Come ‘bersaglio’ iniziale NuSTAR ha puntato la galassia NGC 1365, distante  circa 60 milioni di anni luce che ospita nel suo centro un buco nero di grande massa, già scandagliato nei raggi X da XMM-Newton. Poiché NuSTAR è in grado di registrare radiazione in una frequenza più alta rispetto a XMM, è riuscito ad aggiungere il “colore mancante” nello spettro di emissione X del buco nero, decisivo per ottenere una spiegazione univoca di quanto osservato. “Le osservazioni di NuSTAR del buco nero al centro della galassia NGC 1365, insieme a quelle di XMM ci hanno permesso di affermare con certezza che quel ‘mostro’ ruota a una velocità elevatissima, vicina a quella massima consentita dalla Teoria della Relatività Generale di Einstein” prosegue Risaliti.
Un risultato, quello ottenuto per NGC 1365, di primaria importanza per migliorare la comprensione della fisica dei buchi neri e per poter testare le predizioni fornite dalla Teoria della Relatività, ma non solo. I buchi neri supermassicci, che possiedono masse di milioni o addirittura miliardi di volte quella del Sole, hanno infatti raggiunto questa ‘stazza’ nel tempo, secondo processi molto diversi tra loro: per accrescimento continuo e ordinato, ‘risucchiando’ progressivamente materiale da stelle e gas circostanti oppure in modo più violento, dallo scontro e fusione di buchi neri più piccoli. In base a queste differenti storie evolutive, si può prevedere una differente velocità di rotazione del buco nero risultante. Quindi, misurare la vorticosità di un buco nero fornisce informazioni fondamentali sulla storia del suo accrescimento e quindi di tutta la galassia che lo ospita.
“Nel caso di NGC 1365 riteniamo che questo accrescimento sia avvenuto in modo continuo, tramite il progressivo accrescimento di materiale che spiraleggiando attorno al buco nero gli trasferisce energia, accelerandone la sua rotazione” prosegue Risaliti. “Adesso ci aspetta ancora tanto lavoro e non vediamo l’ora di sfruttare questa tecnica su altri buchi neri, forti dei risultati precedentemente acquisiti dal solo satellite europeo XMM-Newton di cui adesso ci possiamo fidare di più, in quanto abbiamo verificato che l’interpretazione basata sulla Relatività Generale è quella corretta”.
di Marco Galliani (INAF)

Un oceano di magma per Mercurio

Il roccioso e arido Mercurio. Così appare oggi il pianeta più vicino al Sole del nostro sistema planetario. Sotto osservazione ora della sonda della NASA Messenger e, tra qualche anno, della sonda europea Bepi Colombo, il piccolo pianeta potrebbe ave avuto un passato decisamente meno arido, anche se sempre molto caldo.
Infatti, la sonda della NASA ha evidenziato due tipologie di rocce che compongono la crosta del pianeta e, almeno fino a questo momento, gli scienziati non sono stati in grado di spiegare.
Esperimenti di laboratorio e simulazioni condotti al Massachusets Institute of Technology (MIT) sembrano ora fornire una spiegazione, che risale a molti anni fa, quattro miliardi e mezzo di anni addietro, alla fase iniziale di formazione del nostro sistema solare. In quell’epoca probabilmente Mercurio è coperto da un oceano di magma rovente.
“Lo straordinario è che questo non è accaduto ieri”, spiega Timothy Grove, professore di geologia al MIT. “La crosta risale a più di quattro miliardi di anni, quindi quest’oceano di magma è una caratteristica molto antica”. La sonda Messenger ha identificato i due tipi di roccia grazie al suo spettrometro a raggi X, che è stato in grado di distinguerne la composizione chimica. Gli scienziati hanno riprodotto il più fedelmente possibile queste due tipologie di roccia in laboratorio, per poi sottoporle a temperature e pressioni che potrebbero aver caratterizzato Mercurio nella sua fase evolutiva. Questo esperimento ha portato alla conclusione che vi sia una sola origine comune per i due tipi di roccia. L’oceano di magma avrebbe, infatti, creato due cristalli, solidificatesi e poi, una volta rifusi, distribuiti sulla superficie del pianeta Mercurio attraverso le eruzioni vulcaniche. I ricercatori ammettono che vi sono ancora alcune lacune e che i successivi approfondimenti permetteranno di avere risultati più completi, ma che comunque siamo di fronte ad un quadro di riferimento su cui aggiungere nuovi dati, utile a mettere insieme una storia più completa per il più piccolo pianeta del sistema solare. I risultati di questo lavoro sono stati descritti sul numero del primo febbraio della rivista Earth and Planetary Science Letters.
di Francesco Rea (INAF)

Whirlpool, la galassia che ipnotizza

A guardarla troppo a lungo si rischia di rimanere ipnotizzati. La Galassia Whirlpool (NGC 5194) è una classica galassia a spirale alla quale, però, gli astronomi sono particolarmente affezionati. Si trova a circa 30 milioni di anni luce dalla Terra nella costellazione boreale dei Cani da Caccia. Nota anche come Messier 51A, la Galassia Vortice è una delle più luminose del cielo, tant’è vero che è visibile anche con un binocolo, in notti non nuvolose, e con piccoli telescopi amatoriali dalla Terra.  Whirlpool, scoperta dall’astronomo Charles Messier nel 1773. è ampia da 50mila  a 100 mila anni luce ed è anche il membro dominante di un piccolo gruppo di galassie, chiamato gruppo di M51.
La prima foto (vedi sito INAF) è una combinazione di un’immagine digitale scattata dalla Terra con il telescopio da 0.9-metri dal Kitt Peak National Observatory e un’immagine del telescopio spaziale Hubble della NASA/ESA, che evidenzia anche tratti normalmente troppo rossi per essere visti. Hubble rivela anche un disco di polvere nel nucleo che potrebbe alimentare un buco nero.
La seconda immagine (sempre sul sito INAF) è la migliore mai scattata di M51A da Hubble con l’Advanced Camera for Surveys: risale a gennaio del 2005. È possibile notare i bracci a spirale e le nubi di polvere stellare, luogo di nascita di stelle massicce e luminose, ma anche il suo nucleo centrale giallo, sede di stelle più vecchie. Nella galassia Whirlpool, il processo di formazione stellare inizia proprio in queste nubi di gas al centro, spostandosi poi verso le regioni dal colore rosa brillante e termina all’esterno della spirale negli ammassi di stelle blu.
Alcuni ricercatori credono che i bracci della spirale siano così definiti e imponenti a causa della vicinanza con NGC 5195 (M51B), la piccola galassia gialla a destra dell’immagine con cui interagisce e che a prima vista sembra quasi “tirare” uno dei bracci di M51A. Dai dati di Hubble, però, si evince chiaramente che NGC 5195 sta passando dietro Whirlpool ed è parzialmente coperta da uno dei bracci più esterni di Whirlpool.
Per saperne di più:

  • Visita il sito della NASA

di Eleonora Ferroni (INAF)

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