Il trio galattico all’alba dell’Universo

Un gruppo di galassie primitive a 13 miliardi di anni luce di distanza circondate da un involucro di gas caldo ionizzato. E’ quanto scoperto da un team di astronomi utilizzando l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) e il telescopio spaziale Hubble.
Si tratta di un sistema triplo estremamente raro ed è stato fotografato nel momento in cui l’Universo aveva “solo” 800 milioni di anni. Proprio per questo motivo fornisce importanti nuove informazioni su quella che comunemente è chiamata l’alba cosmica, quindi la prima fase della formazione delle galassie.
Il trio, ribattezzato col nome di Himiko (in onore di una leggendaria regina del Giappone di quasi duemila anni fa) è stato avvistato per la prima volta nel 2009: sembrava una gigante bolla di gas ionizzato ad altissime temperature. Successivamente i ricercatori hanno indagato più affondo utilizzando il telescopio spaziale Spitzer, scoprendo che poteva trattarsi, invece, di una singola grande galassia. A incuriosire gli astronomi è stata proprio la sua grandezza, 10 volte più grande delle galassie di quel periodo e comparabile per dimensioni alla nostra Via Lattea.
Solo di recente gli esperti hanno capito che si tratta, invece, di un trio di galassie, le cui stelle in via di formazione riscaldano il gas circostante. Queste aree dovrebbero essere ricche di elementi pesanti come il carbonio, silicio e ossigeno, che alimentano la combustione delle giovani e voraci stelle. “Le osservazioni con ALMA hanno invece dimostrato l’assenza completa di carbonio”, ha detto Masami Ouchi, professore associato presso l’Università di Tokyo, la cui ricerca verrà pubblicata su The Astrophysical Journal. “E questo è uno dei tanti misteri di Himiko”. Per questo gli esperti ipotizzano che gran prate del gas presente attorno a Himiko potrebbe essere una miscela primordiale di elementi leggeri come idrogeno ed elio, che sono stati creati durante il Big Bang. Uno dei risultati più importanti dello studio, quindi, è proprio la scoperta dell’assenza di molti elementi pesanti in questa galassia.
Richard Ellis, professore all’Istituto di Tecnologia della California e membro del team di ricerca ha detto che la scoperta è “ancora più interessante perché queste galassie sembrano sul punto di fondersi in una singola galassia molto massiccia, che potrebbe eventualmente evolvere in qualcosa di simile alla Via Lattea”.
di Eleonora Ferroni (INAF)

Chandra svela il getto di Sgr A*

L’osservatorio orbitante a raggi X della NASA Chandra ci stupisce con una nuova scoperta. Un gruppo di ricercatori, utilizzando anche il radio telescopio Very Large Array (VLA), ha finalmente trovato prove quasi certe della presenza di un potente getto proveniente da Sagittarius A* (Sgr A*), il massiccio buco nero al centro della nostra Via Lattea (almeno 4 milioni di volte più massiccio del Sole). Le scrupolose ricerche sono andate avanti per decenni, usando anche altri strumenti, ma mai finora erano riuscite a confermare tale ipotesi. Come nascono questi getti? Gli scienziati ritengono che si formino quando del materiale galattico cade al centro del buco nero, che lo respinge all’esterno. Sgr A* è un buco nero che si trova a 26 mila anni luce dalla Terra e, almeno negli ultimi secoli, è poco attivo (vuol dire che ingloba poco materiale) ed è per questo che il getto non è molto visibile ed è debole. Lo studio è stato effettuato dal settembre 1999 al marzo del 2011, con un totale di 17 giorni di esposizione. I getti di particelle ad alte energie sono stati studiati già in passato e si trovano in tutto l’Universo e sono prodotti da giovani stelle o da buchi neri anche migliaia di volte più grande della nostra galassia. A cosa servono? Trasportano grandi quantità di energia dal centro dell’oggetto e regolano così, in certo senso, la formazione delle nuove stelle in zone limitrofe. Dalle ultime osservazioni si nota che l’asse di rotazione di Sgr A* punta nello stesso verso dell’asse di rotazione della Via Lattera. Questo suggerisce agli studiosi che gas e polvere sono migrati costantemente nel buco nero negli ultimi 10 miliardi di anni. Il getto produce raggi X rilevati da Chandra e le emissioni radio, invece, sono state catturate dal VLA. Le due prove maggiori dell’esistenza del getto sono una linea retta di raggi X che emette gas puntando verso Sgr A * e un’onda d’urto vista nei dati di VLA, dove il getto sembra scontrarsi col gas. Inoltre, lo spettro di Sgr A * assomiglia a quella dei getti provenienti da buchi neri supermassicci in altre galassie.
di Eleonora Ferroni (INAF)

Le nonne brune

Sono piccole, veloci e molto, molto antiche. Le due stelle appena individuate dal gruppo di astronomi guidati da David Pinfield dell’Università di Hertfordshire potrebbero essere tra le più vecchie nane brune della nostra Galassia. Visibili nelle costellazioni dei Pesci e dell’Idra, le nuove scoperte si muovono a circa 100-200 chilometri al secondo, molto più veloci delle stelle normali o delle altre nane brune conosciute. E probabilmente si sono formate più di dieci miliardi di anni fa, quando la Galassia era ancora molto giovane.
Ma la cosa più affascinante è che le due stelle nane potrebbero essere parte di una vasta popolazione di oggetti celesti mai osservati prima d’ora: in questo caso si tratterebbe solo della “punta di un iceberg”, secondo le parole di David Pinfield. Lo scienziato aggiunge: “Le due nane brune sono un intrigante pezzo di archeologia astronomica. Siamo stati in grado di trovarle solo cercando i più freddi e tenui oggetti possibili individuati da WISE”.
WISE sta per Wide-field Infrared Survey Explorer, un osservatorio della NASA che è stato in orbita dal 2010 al 2011, fornendo agli astronomi una miniera preziosa di informazioni. Per questo le due nuove scoperte hanno preso il suo nome: sono state battezzate rispettivamente WISE 0013+0634 e WISE 0833+0052, e la loro presenza è stata confermata anche da diversi telescopi a terra (Magellano, Gemini, VISTA e UKIRT).
La ricerca, pubblicata su Monthly Notices della Royal Astronomical Society, ha coinvolto astronomi di varie parti del mondo. Tra le firme compare anche Catia Cardoso, ricercatrice dell’Osservatorio Astronomico di Torino dell’INAF. “Abbiamo utilizzato alcuni dati provenienti dal telescopio italiano TNG che sono serviti per la classificazione iniziale delle due stelle”, ha detto Cardoso. “Le stelle si muovevano molto velocemente nel cielo, e così abbiamo capito che appartenevano a popolazioni diverse da quelle che osservavamo normalmente.”
Individuare le due nane brune era infatti impresa tutt’altro che scontata: il cielo infrarosso, in cui si muoveva WISE, è pieno di gas nebulosi, polveri e altre galassie molto lontane dalla Via Lattea. Per questo la squadra di Pinfield ha messo a punto un nuovo metodo, che trae vantaggio dal modo con cui WISE scansionava diverse volte la stessa porzione di cielo. Questo ha permesso agli astronomi di individuare le stelle nane, più fredde e dalla luce più tenue degli altri oggetti celesti rilevati. Analizzando gli spettri infrarossi emesse dalle nane brune si è potuta così stabilire l’età della loro atmosfera, composta quasi interamente da idrogeno e non da altri elementi più pesanti, presenti nelle stelle più giovani.
La veneranda età delle due nuove stelle ha confermato una volta di più come il tempo non abbia un valore univoco nell’Universo: “A quanto pare gli abitanti più vecchi della Galassia si muovono più velocemente di quelli giovani”, ha commentato Pinfield.
di Giulia Bonelli (INAF)

Il mistero della Grande macchia rossa

Uno dei misteri più affascinanti del pianeta Giove è la sua Grande macchia rossa, la grande tempesta anticiclonica (abbastanza potente da inglobare la Terra e altri due pianeti simili) che durerebbe da centinaia di anni. Ciò che si domandano i ricercatori è proprio perché la tempesta è ancora in atto, dato che avrebbe dovuto placarsi alcuni decenni dopo il suo inizio. Pdram Hassanzadeh, un ricercatore di Harvard, e Philip Marcus, un professore della Berkeley, California, avrebbero sviluppato un modello per spiegare il mistero che da anni interroga la comunità scientifica, e lo presenteranno all’American Physical Society’s Division of Fluid Dynamics il prossimo 25 novembre. Molti processi creano vortici come la Macchia Rossa. Hassanzadeh ha spiegato che le turbolenze e le onde limitrofe alla Grande macchia rossa fiaccano l’energia dei suoi venti. Il vortice perde molta energia anche dal calore radiante e, se non bastasse, la Macchia Rossa si trova tra due forti correnti a getto che scorrono in direzioni opposte. Tutto questo non l’ha fermata nel corso dei secoli, anzi. Alcuni ricercatori credono che sono proprio questi piccoli vortici ad alimentare la grande tempesta. “Alcuni modelli computerizzati hanno dimostrato che i grandi vortici sopravvivono più a lungo se sono circondati da altri di più piccole dimensioni, anche se questo non accade così spesso da poterne trarre una teoria”, ha spiegato Marcus. I due ricercatori, allora, hanno sviluppato un nuovo modello per provare, sperano, la loro teoria una volta per tutte. I due esperti sostengono che è diverso dagli altri perché è a 3 dimensioni e ad altissima risoluzione e questo cambierebbe le carte in gioco. Molti modelli si concentrano solo sui venti orizzontali del vortice, dove risiede la maggior parte dell’energia. I vortici, però, hanno anche deiflussi verticali, ma questi hanno molta meno energia e, in passato, sono stati ignorati proprio per questo motivo. Eppure il movimento verticale si rivela la chiave per la persistenza della Grande macchia rossa. Mentre il vortice perde energia, il flusso verticale trasporta gas caldi dall’alto e gas più freddi dal basso verso il centro, ripristinando parte della sua energia perduta. È come una batteria che si rigenera. Il modello prevede anche un flusso radiale, che risucchia venti dalle correnti esterne ad alta velocità verso il centro del vortice: questo porta moltissima energia nuova nel vortice che gli consente di durare più a lungo. Questo modello potrebbe anche essere utilizzato sulla Terra per studiare e spiegare alcuni vortici che si formano nei nostri oceani, come quelli nei pressi dello Stretto di Gibilterra, che spesso durano anni e anni. E non solo. I vortici posso anche influenzare (nello spazio) la formazione di stelle e pianeti aggregando materiale stellare e gas.
di Eleonora Ferroni (INAF)

La vita ha il colore viola

Un gruppo di ricercatori avrebbe trovato un indizio fondamentale nella ricerca di vita aliena nell’Universo: trovare i pianeti viola. I primi “terrestri” che abitavano sul nostro pianeta 3 miliardi di anni fa erano, secondo gli esperti, dei batteri di color violaceo. Gli scienziati ipotizzano che simili batteri possano esistere anche su pianeti extra-solari e quindi possano essere riconosciuti proprio dal loro colore. Di recente una ricercatrice della NASA ha raccolto gli spettri dei diversi tipi di pigmenti fotosintetici terrestri che, assorbendo specifiche lunghezze d’onda della radiazione solare, danno una “colorazione” tipica alla luce riflessa dal pianeta. Un’impronta inconfondibile che può teoricamente essere rilevata anche su mondi alieni. E poi altri recenti studi andrebbero alla ricerca dei gas presenti nelle atmosfere di altri pianeti per provare la vita aliena. Il gruppo di ricercatori guidato da Esther Sanromá, dell’Istituto di Astrofisica delle Canarie, ha centrato la nuova ricerca sui batteri alieni, perché sulla Terra sono sopravvissuti a lungo prima dell’arrivo della vita intelligente e sopravvivranno anche dopo. La ricerca punta sul cercare un segno, una “firma” visibile della presenza di questi batteri al di fuori del nostro Sistema Solare. Per fare ciò gli studiosi hanno creato un modello della Terra nei primi momenti di vita, scoprendo che se i microbi viola fioriscono sulla terra ferma o lungo le coste ricche di nutrienti, producono un segnale visibile grazie alla luce totale riflessa dal pianeta. Se vivono solo negli oceani, il colore è più difficile da vedere. Tutte queste e future teorie potrebbero essere confermate o smentite dopo il lancio del James Webb Space Telescope nel 2018, che potrebbe misurare il segnale all’infrarosso, sempre che il pianeta in questione non sia troppo lontano. La stella madre, inoltre, non dovrebbe essere troppo grande e luminosa tanto da eclissare il pianeta.
di Eleonora Ferroni (INAF)

365 giorni all’alba… dei tempi

365 giorni all’alba. Non si tratta del servizio militare, ma di quanto manca alla sonda Rosetta e al lander Philae per atterrare sul nucleo della cometa Churyumov-Gerasimenko, di fatto un atterraggio all’alba del nostro sistema solare. Le comete, come gli asteroidi, rappresentano il nostro sistema come era alle origini, quando si è formato, cinque miliardi di anni fa. Mettersi all’inseguimento di una cometa non è un gioco da ragazzi. Ma la navicella Rosetta, missione Cornerstone del programma Esa Horizon 2000 dedicata all’esplorazione dei corpi minori del Sistema Solare, lanciata nel 2004, sta per portare a casa questo importante risultato. Affiancherà la cometa il prossimo gennaio e la scorterà nel suo avvicinamento al Sole fino alla fine del 2015. Inizia così il countdown per la discesa del lander Philae sulla superficie della cometa. Dopo dieci mesi di “cammino” insieme  Rosetta sgancerà il lander sul nucleo della cometa per effettuare misure in-situ e campionare materiale, sia in superficie che sotto, per una analisi chimico-mineralogica dettagliata.  Le zone esterne del Sistema Solare contengono materiale ricco di sostanze volatili che non è stato processato nelle zone interne caratterizzate da alte temperature. Capire come sono fatte le comete ci aiuta a definire meglio la loro origine e stabilire la loro composizione in relazione alla materia interstellare. I minerali intrappolati nel loro nucleo possono fornirci informazioni preziose sulla composizione della nebulosa che si pensa sia stata all’origine del Sistema Solare. È l’ultimo miglio per una delle missioni più seguite degli ultimi anni. Rosetta, entrata in ibernazione a 800 milioni di chilometri dal Sole, quando si trovava vicino all’orbita di Giove, dovrebbe risvegliarsi il 20 gennaio 2014 alle ore 11 (ora italiana). Riscaldati e riavviati tutti gli strumenti (11 a bordo e 10 sul lander) prenderà contatto con la Terra non prima delle 18.45. Restiamo in ascolto desiderosi di sentire la sua “voce”. Rosetta è un’importante missione dell’ESA alla quale l’Italia partecipa attraverso l’Agenzia Spaziale Italiana, in particolare con gli strumenti di bordo  VIRTIS  (Visible and Infrared Thermal Imaging Spectrometer) e GIADA (Grain Impact Analyser and Dust Accumulator) realizzati dall’Istituto Nazionale di Astrofisica e la telecamera WAC dello strumento OSIRIS ideata dall’Università di Padova. Inoltre sul lander Philae, costituito da un Consorzio Internazionale di cui l’Agenzia Spaziale Italiana, l’Italia ha contributo alla realizzazione del sistema di acquisizione e distribuzione dei campioni e dei Solar Array e alla realizzazione del drill SD2 che compirà le operazioni di carotaggio del nucleo.
di Davide Coero Borga (INAF)

Il campo magnetico salverà la Nube di Smith

Sembrerebbe quasi la scena di un film fantascientifico/apocalittico: una nube interstellare di idrogeno che sta per scontrarsi con la Via Lattea. Ma tiriamo un sospiro di sollievo: i terrestri non corrono alcun pericolo, anche perché l’impatto è previsto fra 30 milioni di anni e anche nelle peggiore delle ipotesi non dovrebbero verificarsi eventi catastrofici. Nel 1963 l’astronomo Gail Bieger scoprì quella che oggi viene la Nube di Smith, una nube di gas magnetici, grande all’incirca 2 milioni di volte il nostro Sole (è lunga 11 mila anni luce, larga 2500 anni luce). Viaggia verso la nostra Galassia oltre 200km/secondo e si trova a “soli” 8 mila anni luce. Un team di astronomi ha usato il Very Large Array (VLA) e il Green Bank Telescope (GBT) per studiare il campo magnetico che tiene insieme la nube, preservando la sua composizione chimica e fisica. La scoperta potrà aiutare gli esperti a studiare nel dettaglio le high velocity clouds (HVCs), vale a dire le nubi ad alta velocità, e come siano rimaste intatte durante i loro impatti con le galassie, fornendo di volta in volta “carburante” per la formazione di nuove stelle. L’impatto causerà, infatti, una “spettacolare” esplosione con conseguente formazione stellare: la nube contiene una quantità di idrogeno molecolare che sarebbe sufficiente per formare oltre un milione di stelle come il nostro Sole. Prima, però, dovrà sopravvivere al passaggio attraverso l’atmosfera del gas caldo ionizzato che circonda la Via Lattea. Quando la Smith Cloud  (così è chiamata in inglese) si fonderà con la Via Lattea si potrebbe produrre un anello brillante di stelle simile a quello relativamente vicino al nostro Sole noto come la Cintura di Gould: si tratta di un gruppo di stelle molto giovani distribuite proprio a forma di anello, il cui diametro è approssimativamente di 3000 anni luce, e formato probabilmente in questo modo fra i 30 e i 50 milioni di anni fa. «L’atmosfera superiore della Galassia raggiunge temperature altissime (milioni di gradi) e dovrebbe distruggere queste nubi di idrogeno prima di raggiungere il disco in cui la maggior parte delle stelle si formano», dice Alex Hill, un astronomo del Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization (CSIRO) in Australia e autore dello studio pubblicato su Astrophysical Journal. «Nuove osservazioni hanno rivelato che una di questa nube ha cominciato a sgretolarsi ma gli scudi magnetici potrebbero proteggerla dall’impatto». Ci sono milioni di nubi ad alta velocità che gironzolano attorno alla Via Lattea, ma la loro orbita di rado incrocia quella della nostra Galassia. Questo porta gli astronomi a ritenere che le HVCs siano formate dal materiale residuato dalla formazione della Via Lattea, oppure siano state sottratte dalla nostra Galassia o a una vicina compagna. Nonostante quella scoperta dai ricercatori sia la migliore prova di un campo magnetico all’interno di una nube ad alta velocità, l’origine del campo della Smith Nube rimane ancora un mistero. «Il campo che osserviamo oggi è troppo grande per essere esistito nel suo stato attuale quando si è formata la nuvola», specifica Hill. «Il campo è stato probabilmente amplificato dal movimento della nube attraverso l’alone galattico». Osservazioni precedenti dimostrano che la nube è già sopravvissuta a un incontro con la Via Lattea e adesso, a ottomila anni luce di distanza, ci riprova ancora. Secondo gli esperti la Smith Cloud è unica nel suo genere, soprattutto se si pensa all’interazione con la nostra Galassia. «Ormai sembra quasi una cometa, proprio perché sente l’influenza della Galassia», ha detto Felix J. Lockman, astronomo del National Radio Astronomy Observatory (NRAO) a Green Bank.  La sua forma allungata è l’effetto delle forze mareali della Via Lattea che potrebbero portare alla sua frammentazione. Proprio per questo i ricercatori sono sicuri che si stia avvicinando e non allontanando da noi.
di Eleonora Ferroni (INAF)

A quando la prossima supernova nella Via lattea?

Calcoli alla mano, è praticamente sicuro. Secondo un gruppo di astronomi della Ohio State University, la probabilità che nei prossimi 50 anni una supernova esploda nella nostra galassia e si renda visibile da Terra sfiora il 100 per cento. Ci sono arrivati partendo dal numero di stelle presenti nella nostra galassia, applicando simulazioni al computer basate su quanto sappiamo dei processi di invecchiamento delle stelle e della dinamica dell’esplosione di una supernova, e tenendo in conto quello che è forse il principale problema che rende così difficile osservarle: il fatto che la polvere presente nella regione centrale della via Lattea offusca la luce visibile proveniente dalle stelle in quelle regioni, riducendone la luminosità di quasi un milione di miliardi prima che arrivi a noi. La luce infrarossa, tuttavia, è meno influenzata da questo processo e viene bloccata solo di un fattore venti. Per questo, Christopher Kochanek e Scott Adams, autori dello studio pubblicato su The Astrophysical Journal, hanno concluso che chi osserva il cielo in luce infrarossa potrà vedere almeno una supernova entro i prossimi 50 anni. La cosa sarebbe di enorme interesse scientifico. Di supernove esplose in altre galassie ne abbiamo osservate parecchie, negli ultimi decenni. Ma la quantità di informazioni che si possono raccogliere su un processo così distante è per forza di cose limitata. Osservare una supernova nella nostra galassia, potendone seguire tutte le fasi, sarebbe l’unico modo di convalidare definitivamente o correggere i modelli teorici che attualmente descrivono questo processo, per esempio misurando con precisione come cambia l’emissione di energia della supernova in tutte le fasi dell’esplosione. Lo studio dice che quell’osservazione si potrà fare in tempi brevi, non a occhio nudo né con telescopi ottici ma nell’infrarosso. A patto, naturalmente, di sapere in tempo dove cercare. E qui la chiave sono i neutrini, perché da quello che sappiamo una supernova inizia a sparare nello spazio neutrini non appena inizia l’esplosione, ma diventa luminosa in luce infrarossa e visibile solo alcuni minuti, ore o addirittura giorni dopo. I rivelatori per neutrini presenti nel mondo, come Super Kamiokande in Giappone o gli esperimenti presenti al laboratorio del Gran Sasso in Italia, dovranno essere in grado di allertare per tempo gli strumenti che funzionano nell’infrarosso (come Keck e VLT a terra, o Spitzerin orbita). Il problema è che i neutrini che attraversano i rivelatori possono provenire da diverse sorgenti, inclusi il Sole o lo stesso nucleo terrestre. Come distinguere con certezza quelli provenienti da una supernova appena esplosa? Sulla carta un criterio c’è: l”emissione di neutrini proveniente da una supernova dovrebbe (secondo le teorie) essere costituita da treni di neutrini a pochi secondi di distanza uno dall’altro. Ma occasionali scariche elettriche nel rivelatore possono produrre lo stesso effetto e confondere gli scienziati. Per risolvere il problema, gli autori dello studio propongono di arricchire gli attuali esperimenti sul neutrino con un particolare tipo di rivelatore chiamato EGADS (Evaluating Gadolinium’s Action on Detector Systems). Questi rivelatori sono costituiti da taniche d’acqua arricchite da piccole quantità di gadolinio, un elemento chimico in grado di assorbire neutroni e rimettere energia dopo averli assorbiti. Ogni neutrino che interagisce con un atomo nell’acqua causa l’emissione di un neutrone e di una certa quantità di energia. Il neutrone verrebbe poi assorbito dal gadolinio causando una seconda emissione di energia a brevissima distanza, in sostanza una sorta di ripetitore. In questo modo, ogni vera detection di un neutrino si tradurrebbe in due segnali a brevissima distanza e non uno solo, riducendo drammaticamente la quantità di falsi allarmi. Gli esperimenti sui prototipi di EGADS stanno andando bene, spiegano gli autori, e il team di Super Kamiokande potrebbe aggiungere questo rivelatore all’esperimento già dal 2016. “Con appena uno o due di questi eventi ogni secolo, le probabilità di vedere una supernova nella Via Lattea sono basse, ma sarebbe una tragedia perderla. Questo lavoro ha lo scopo di aumentare le probabilità di farsi trovare pronti all’appuntamento scientifico di una vita” spiega John Beacom, un altro degli autori. Le prospettive per chi spera di vedere una supernova a occhio nudo dal balcone di casa, invece, sono molto meno rosee: la probabilità di veder ripetersi nel prossimo mezzo secolo un evento come quello del 1604, quando una supernova divenne rapidamente la stella più brillante del cielo e rimase visibile per 18 mesi, sono nell’ordine del 5 per cento.
di Nicola Nosengo (INAF)