Come misurare l’età delle stelle

Uno studio recente su 33 stelle osservate dal satellite Kepler, che presentano delle oscillazioni di tipo solare, ha permesso di determinare con una precisione elevata un insieme di parametri fondamentali che indicano come le stelle persino più vecchie di 11 miliardi possiedono ancora dei pianeti di tipo terrestre. I risultati sono pubblicati su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. «Il nostro gruppo ha già calcolato l’età delle stelle ospiti con simili livelli di accuratezza», spiega l’autore principale di questo lavoro Victor Silva Aguirre del Stellar Astrophysics Centre presso la Aarhus University, in Danimarca. «Ma questo nuovo insieme di stelle che abbiamo attentamente selezionato e che possiede sistemi planetari rappresenta il migliore attualmente disponibile». Misurare l’età delle stelle è un compito assai arduo che gli astronomi moderni devono affrontare. Finora, solo l’età del Sole è stata misurata con una precisione elevata (cioè 4,57 miliardi di anni con una incertezza di più o meno 10 milioni di anni). Oggi, il frutto di una collaborazione internazionale di ricercatori ha portato a determinare con una precisione mai ottenuta prima una serie di parametri quali l’età, il diametro, le densità, la massa e la distanza di ben 33 stelle. In più, questi oggetti possiedono pianeti di tipo terrestre, il che ci fornisce una chiara indicazione che tali pianeti si siano formati nella Via Lattea molto tempo prima della Terra e si stanno ancora formando. Gli astronomi hanno selezionato con cura 33 stelle da un insieme contenente più di 1200 stelle che ospitano esopianeti, così come sono state osservate dal satellite Kepler. Gli oggetti sono stati scelti in modo da essere sufficientemente brillanti per fornire dei risultati con una buona base statistica e con alcune caratteristiche simili a quelle del Sole per permettere un’analisi comparata. Le stelle pulsano, vibrano e risuonano proprio come le onde sonore che si propagano in uno strumento musicale. Questa tecnica avanzata che permette di misurare le “tonalità stellari” è chiamata astrosismologia, un metodo simile a quello utilizzato dai geologi per studiare la struttura interna della Terra per mezzo dei terremoti. Il satellite Kepler ha costantemente misurato minime variazioni di luminosità di 145 mila stelle su un intervallo di tempo pari a poco più di quattro anni. L’analisi di queste variazioni di luce nel corso del tempo fornisce i periodi delle pulsazioni simultanee presenti in ogni stella da cui gli scienziati possono derivare le proprietà basilari delle singole stelle. Conoscere l’età, la dimensione e altri parametri fondamentali delle stelle, è importante se si vuole studiare l’evoluzione su larga scala della nostra galassia e dell’Universo in generale, una disciplina relativamente nuova chiamata “archeologia galattica”, perchè tutti noi vogliamo sapere in definitiva da dove proveniamo. Ad un livello più pratico, potremmo dire che le stelle fungono in gran parte come un reattore di fusione nucleare. Dunque, comprendere meglio quali sono i meccanismi che caratterizzano il motore centrale delle stelle potrebbe aiutarci in futuro a sperimentare nuove tecnologie allo scopo di produrre energia qui sulla Terra. Non è la prima volta che viene determinata con precisione l’età delle stelle. Ma il fatto di utilizzare un insieme così numeroso, osservato con lo stesso strumento (il satellite Kepler), cioè con gli stessi metodi statistici e teorici, ci permette di avere un livello di confidenza più elevato nella precisione dei risultati. Confrontare le stelle potrebbe inoltre rivelarci delle proprietà insolite e finora sconosciute. Quindi con un campione di stelle sempre più grande, almeno così si spera, sarà possibile espandere la nostra conoscenza anche per quegli oggetti che sono troppo deboli per effettuare studi di astrosismologia. Ad esempio, l’elevata precisione con cui è nota l’eta delle stelle può essere correlata alle proprietà della luce: stiamo parlando degli spettri stellari. Ciò ci permette di avere un certo numero di cosiddette “stelle di calibrazione” in modo che gli astronomi possano lavorare a ritroso, partendo cioè dalla spettroscopia delle stelle più deboli fino alla determinazione della loro età. Le 33 stelle selezionate per questo studio non sono tutte simili al Sole, anche se si comportano in gran parte come la nostra stella. Questi oggetti vengono chiamati tecnicamente “oscillatori solari”. «Il termine vuol dire che le stelle esibiscono delle pulsazioni causate dallo stesso meccanismo presente nel Sole: bolle di gas che si muovono su e giù», dice Victor Silva Aguirre. «Queste bolle producono delle onde sonore che si propagano nella struttura interna della stella, rimbalzando avanti e indietro tra gli strati interni più profonde e la superficie, producendo minuscole variazioni della luminosità». I risultati di questo studio hanno fornito dei valori con una precisione senza precedenti. Le proprietà medie sono definite meglio in termini di percentuali: se, ad esempio, una stella ha un’età di 5 miliardi di anni, così come viene calcolato, una percentuale del 14% significa che la sua vera età sarà compresa tra 4,3 e 5,7 miliardi di anni, mentre 1.2% si riferisce al raggio, 1.7% alla densità, 3.3% alla massa e 4.4% alla distanza. Tutte le stelle che sono state studiate da Kepler si trovano in una piccola porzione di cielo vicina alla costellazione del Cigno. Il campione di 33 stelle è distribuito spazialmente tra 100 e 1600 anni luce dal Sole. Se consideriamo che questa piccola area di cielo della Via Lattea è stata analizzata in un breve periodo di tempo, sorge spontanea una domanda: queste 33 stelle sono davvero rappresentative di più di 300 miliardi di stelle della nostra galassia? Secondo gli autori la risposta è “si”. Il satellite Kepler è in grado di fornire due diversi tipi di risultati con lo stesso tipo di misure. Dalle minime variazioni di luminosità della luce stellare si possono dedurre sia i valori astrosismici che l’eventuale presenza di esopianeti in orbita attorno alle stelle. Determinare perciò le proprietà fisiche degli esopianeti sarà possibile solo se conosciamo le caratteristiche fondamentali delle stelle ospiti, ricavati dall’astrosismologia. I due campi dell’astronomia sono strettamente connessi. Certamente, gli astronomi vogliono studiare molte più stelle e per un tempo più lungo, ma per ora si tratta comunque di un grande passo in avanti. In futuro, gli scienziati saranno in grado di studiare insiemi più grandi di stelle con il progetto Kepler2, che esplorerà una regione più grande di cielo, e a partire dal 2017 con il satellite TESS, che osserverà tutto il cielo. Risultati ancora migliori sono attesi dal satellite PLATO che sarà lanciato dall’ESA verso la metà del prossimo decennio. «Uno dei problemi più grandi della ricerca astronomica riguarda la vita extraterrestre: siamo soli? Per iniziare a rispondere a questa domanda, abbiamo bisogno di sapere quanti pianeti come la Terra esistono là fuori e quando si sono formati. Sappiamo che determinare l’età delle stelle, e quindi dei loro pianeti, è estremamente difficile; al momento, abbiamo a disposizione dei valori relativi all’età di una manciata di stelle osservate da Kepler noti con una buona precisione. Ad ogni modo, il nostro lavoro fornisce il primo campione di età stellari determinate con un elevato livello di precisione e in maniera omogenea per una decina di stelle. Le stelle che abbiamo studiato ospitano esopianeti di dimensioni confrontabili con quelle della Terra (tra 0,3 e 15 raggi terrestri) e i nostri risultati ci dicono che per queste stelle ospiti esiste un ampio intervallo di età, ossia più giovani (fino a 0,5 volte l’età del Sole) che più vecchie (fino a 2,5 volte l’età del Sole). Tutto ciò, a parte le dimensioni degli esopianeti, mostra che la formazione di quei corpi celesti di taglia terrestre è avvenuta nel corso della storia della Via Lattea e sta ancora avendo luogo. In realtà, alcuni di questi pianeti avevano un’età pari a quella che ha oggi la Terra, al tempo cioè in cui si formò il nostro pianeta. Di per sé, è un risultato eccezionale», conclude Victor Silva Aguirre.
di Corrado Ruscica (INAF)

 

Piccoli mostri affamati nell’universo vicino

Utilizzando il telescopio Subaru, un gruppo di ricercatori presso lo Special Astrophysical Observatory in Russia e la Kyoto University in Giappone ha dimostrato che le sorgenti enigmatiche chiamate ultra-luminous X-ray sources (ULX, letteralmente “sorgenti di raggi X ultra-luminose”) presentano forti emissioni generate dalla caduta di materia sui loro buchi neri a tassi inaspettatamente alti. Le intense emissioni osservate suggeriscono che le dimensioni dei buchi neri presenti in queste ULX debbano essere molto più piccole del previsto. Curiosamente, questi oggetti sembrano essere “cugini” di SS433, un sistema binario che emette nei raggi X e che è noto per essere uno degli oggetti più esotici nella Via Lattea. Le osservazioni effettuate dal team ci aiutano a far luce sulla natura delle ULX, e a migliorare la nostra comprensione sulla formazione dei buchi neri supermassicci e sul meccanismo di caduta della materia su questi oggetti. Osservando le galassie vicine a noi nella banda dei raggi X è stato possibile rivelare queste fonti eccezionalmente luminose che irradiano un’energia milioni di volte superiore a quella del Sole. Le origini delle ULX sono state per molto tempo oggetto di dibattito. L’idea di base è che una ULX sia un sistema binario costituito da un buco nero e una stella compagna. Con la caduta del materiale proveniente dalla compagna verso il buco nero, si ha la formazione di un disco di accrescimento. L’energia gravitazionale del materiale in caduta viene rilasciata e la parte più interna del disco si riscalda a temperature superiori a 10 milioni di gradi, inducendo l’intensa emissione nei raggi X. La domanda a cui non siamo ancora in grado di rispondere è: a quanto ammonta la massa del buco nero all’interno di questi sistemi? Le ULX hanno generalmente una luminosità oltre un centinaio di volte più intensa di quella osservata nei “canonici” sistemi binari che ospitano buchi neri presenti all’interno della nostra Via Lattea. Per questi oggetti, visibili nel nostro vicinato, sappiamo che il buco nero può contenere una massa pari al massimo a 20 volte quella del Sole Sono stati proposti due diversi scenari per spiegare la natura di questi oggetti. La prima ipotesi prevede che le ULX contengano buchi neri un migliaio di volte più massicci del Sole. In genere i buchi neri con masse che vanno da 100 a 100.000 volte quella del Sole sono chiamati buchi neri di massa intermedia, anche se non esiste una definizione rigorosa per l’intervallo di massa. Una seconda ipotesi suggerisce che si tratti di buchi neri relativamente piccoli, “piccoli mostri” con masse non più di un centinaio di volte quella del Sole, che brillano a luminosità maggiori dei limiti teorici per accrescimento standard, chiamato “accrescimento supercritico” (o super-Eddington). Nel caso di una simmetria sferica la materia non può cadere su un oggetto centrale quando la pressione di radiazione emessa dall’oggetto supera la forza di gravità della materia in caduta. Questa luminosità è detta limite di Eddington, ed è proporzionale alla massa dell’oggetto centrale. Quando la materia accresce a tassi più elevati rispetto al limite di Eddington, si parla di accrescimento supercritico (o super-Eddington). Quando si ha a che fare con una geometria non sferica, come quella di un disco di accrescimento, si può verificare un accrescimento supercritico, e ci aspettiamo di osservare un’intensa emissione dovuta al vento del disco. Per capire quale scenario spieghi più efficacemente il comportamento delle ULX, i ricercatori hanno concentrato le loro osservazioni su quattro oggetti: Holmberg II X-1, Holmberg IX X-1, NGC 4559 X-7 e NGC 5204 X-1, ottenendo spettri ad alta risoluzione di queste sorgenti con lo strumento FOCAS del telescopio Subaru. Nell’immagine in alto è possibile vedere un’immagine della galassia Holmberg II raccolta dall’Hubble Space Telescope. L’oggetto X-1 indicato dalla freccia è circondato da una nebulosa di colore rosso, che con tutta probabilità è composta dal gas riscaldato dalla forte radiazione della ULX. Il team di scienziati ha scoperto una caratteristica importante presente negli spettri ottici di tutte le ULX osservate. Si tratta di una linea di emissione larga dovuta a ioni di elio, che indica la presenza di gas riscaldato a temperature di diverse decine di migliaia di gradi. Inoltre, hanno scoperto che la larghezza della linea dell’idrogeno, che viene emesso da gas a temperature inferiori, pari a circa 10.000° K, è più ampia rispetto a quella dell’elio. La larghezza di una riga spettrale viene prodotta per effetto Doppler ed è causata dalla dispersione di velocità delle molecole di gas predenti nel disco. I risultati suggeriscono che il gas debba essere accelerato verso l’esterno, con un vento proveniente dal disco o dalla stella compagna, e che si stia raffreddando mentre si allontana. Il comportamento di queste ULX è molto simile a quello di un oggetto peculiare della nostra Galassia: SS433. Gli scienziati hanno notato che le stesse linee di emissione si osservano anche in questo misterioso oggetto, un sistema binario stretto costituito da una stella di tipo A e molto probabilmente un buco nero con una massa inferiore a 10 volte quella del Sole. SS433 è una sorgente famosa per i suoi jet persistenti, con velocità pari a 0.26 volte la velocità della luce e per il suo tasso di accrescimento supercritico. Dopo aver esaminato attentamente diverse possibilità, il team ha concluso che l’ipotesi più probabile sia quella che prevede enormi quantità di gas che cadono rapidamente su buchi neri di massa relativamente piccola presenti all’interno di ciascuna di queste ULX. Tale caduta produrrebbe un denso vento da disco che si allontana dalla regione di accrescimento supercritico. Gli scienziati suggeriscono che le ULX con luminosità pari a milioni di volte quella del Sole debbano appartenere ad una classe omogenea di oggetti, e che SS433 sia un esemplare estremo di questa famiglia. In questi sistemi, anche se il buco nero di piccole dimensioni, la caduta del gas sul disco a grandi velocità provoca emissioni di raggi X molto intense. Nell’immagine accanto si vede una rappresentazione schematica delle ULXs e di SS433. Se il sistema viene osservato da una direzione verticale, si vedrà la parte centrale del disco di accrescimento emettere intensi raggi X. Se SS433 venisse osservata nella stessa direzione, sarebbe la sorgente di raggi X più luminosa della Via Lattea. Ciò che accade, in realtà, è che SS433 si mostra a noi quasi lungo il piano del disco, e quindi la nostra visione del disco interno è bloccata dal disco esterno. Il tasso di accrescimento dedotto per SS433 è molto maggiore rispetto a quello delle ULX, il che potrebbe spiegare la presenza di getti persistenti per questa peculiare sorgente. L’accrescimento supercritico potrebbe garantire la formazione dei buchi neri supermassicci al centro delle galassie in intervalli temporali molto brevi (i tempi brevi sono resi necessari dal fatto che tali oggetti si osservano in epoche cosmiche molto antiche). La scoperta di questi fenomeni nell’universo vicino ha un forte impatto sulla nostra comprensione circa la formazione e i meccanismi di emissione dei buchi neri supermassicci. Rimangono ancora alcune questioni in sospeso: quali sono gli intervalli di massa tipici dei buchi neri nelle ULX? Sotto quali condizioni possono formarsi e rimanere stabili dei getti di materia barionica come quelli osservati in SS433? Il dottor Yoshihiro Ueda, membro del team, esprime il suo entusiasmo per il futuro della ricerca in questo settore: «Vogliamo cercare una risposta a queste domande osservano le ULX e SS433 con ASTRO-H, un telescopio a raggi X che verrà lanciato all’inizio del prossimo anno, e con future missioni ad alte energie ancora più sensibili. Ci proponiamo inoltre di accostare queste informazioni a quelle raccolte ad altre lunghezze d’onda, per ottenere un quadro d’insieme completo di questi sistemi».
di Elisa Nichelli (INAF)

Risolto il mistero del litio mancante

E’ stato osservato per la prima volta da un team internazionale di astronomi il Litio prodotto nell’esplosione di una stella nova: un tassello importante per spiegare l’evoluzione chimica della Via Lattea. Il Litio è, infatti, uno degli elementi più leggeri ed enigmatici presenti nell’Universo, è terzo nella tavola periodica degli elementi, dopo Idrogeno ed Elio, e in natura il suo nucleo ospita tre protoni e normalmente quattro neutroni. Il Litio è uno degli elementi primordiali, cioè prodotto nella nucleosintesi del Big Bang durante i famosi “primi tre minuti”. Recentemente l’applicazione del modello cosmologico standard ai dati ricavati dal satellite Planck ha permesso di misurare il valore della sua abbondanza primordiale con grande precisione. Prima di queste misure, si pensava che l’abbondanza di Litio osservata nelle stelle più vecchie, nate cioè poche centinaia di milioni di anni dopo il Big Bang, dovesse riflettere la sua abbondanza primordiale. Ma questo fatto, sorprendentemente, non è stato osservato: le atmosfere delle stelle vecchie, come quelle dell’alone galattico, per esempio, mostrano abbondanze pressoché simili (il famoso Spite plateau) ma con valori del Litio inferiori alle aspettative dei modelli cosmologici. Questa discrepanza ha rappresentato e tuttora rappresenta il problema del Litio primordiale: (http://www.media.inaf.it/2012/09/06/il-problema-del-litio-mancante/) benché si siano suggerite varie soluzioni grazie allo studio dei processi di “mescolamento” (diffusione e mixing turbolento, in linguaggio tecnico) che avvengono all’interno delle stelle e che concorrono a consumare il quantitativo iniziale di Litio dato in dote a ciascuna stella nata dal gas arricchito dalla nucleosintesi del Big Bang. «Negli ultimi 30 anni si è però palesato un secondo problema» – spiega Luca Izzo, primo autore dell’articolo- «l’osservazione delle stelle più giovani mostrava che l’abbondanza di Litio aumentava in modo imprevisto fino a valori dieci volte superiori rispetto a quelli osservati nelle stelle più vecchie e anche superiore rispetto alle abbondanze primordiali. Queste misure, confermate da osservazioni spettroscopiche ripetute negli anni da diversi team di astronomi, rappresentavano un vero rompicapo, in quanto il Litio è un elemento molto “fragile” che oggi sappiamo distruggersi facilmente all’interno delle stelle a temperature relativamente basse (in senso astrofisico) di pochi milioni di gradi». Era quindi evidente che esisteva un altro meccanismo astrofisico, oltre al Big Bang, in grado di produrre il Litio che arricchiva chimicamente il gas della Via Lattea e dal quale successivamente nascevano stelle ricche di questo elemento. Tra i candidati più papabili c’erano innanzitutto le stelle di tipo AGB, i raggi cosmici e le stelle novae, un particolare tipo di esplosioni stellari che avvengono in sistemi binari sulla superficie di una nana bianca che cannibalizza la stella compagna. Mentre nel caso dei raggi cosmici il Litio viene prodotto dalla frammentazione di elementi più pesanti dovuta a protoni accelerati (raggi cosmici per l’appunto), negli altri due meccanismi la formazione del Litio si ha dal decadimento di un isotopo del Berillio (7Be), che è prodotto dalle reazione termonucleari che avvengono nelle stelle. «Modelli di evoluzione chimica della Galassia messi a punto nei primi anni ‘90 assieme a Franca D’Antona e più recentemente con Donatella Romano» – commenta Francesca Matteucci – «hanno mostrato che stelle AGB e raggi cosmici da soli non riuscivano a spiegare la quantità di Litio osservata nelle stelle giovani, per cui il ruolo delle novae, anticipato su base teorica da Sumner Starrfield e collaboratori negli anni ’70 poteva essere la soluzione di questo problema».
Recentemente un team di giapponesi ha riportato la detection di un’abbondanza anomala di 7Be negli spettri della nova V339 Del, che poteva rappresentare una prova, seppure indiretta, della produzione di Litio durante una esplosione di nova (http://www.media.inaf.it/2015/02/18/novae-fabbriche-di-litio-nelluniverso/), ma del Litio, ancora nessuna traccia. «Mancava la smoking gun» – aggiunge Massimo Della Valle – «il nostro team ha invece osservato nei giorni immediatamente successivi all’esplosione della nova V1369 Cen, una riga in assorbimento, che un’analisi dettagliata mostrava corrispondere alla riga del Litio (7Li), spostata verso il blu, per effetto Doppler, di 550 km/s, la stessa velocità misurata per altri elementi come Idrogeno, Ferro, Ossigeno, Sodio e Potassio espulsi dall’esplosione della stella nova. Questa coincidenza non ha lasciato molto spazio ad interpretazioni alternative, che pure sono state prese in considerazione. L’analisi dei dati ha poi permesso di stimare la massa di Litio prodotta dall’intera popolazione delle stelle novae galattiche e risulta essere sufficiente a spiegare l’abbondanza di questo elemento nella Via Lattea». Questo risultato è stato ottenuto grazie all’utilizzo coordinato di diversi telescopi, dislocati nel deserto di Atacama in Cile, dell’ESO/MPI e di università e istituti di ricerca Cileni. Oltre a Luca Izzo post-doc, Sapienza, Roma/ICRANet Pescara, hanno collaborato al lavoro astrofisici provenienti da centri di ricerca italiani e stranieri, tra i quali: Donatella Romano (INAF-Bologna), Elena Mason (INAF-Trieste), Francesca Matteucci (Dipartimento di Fisica, Trieste), Massimo Della Valle (INAF-Napoli), Luca Pasquini (ESO), Leonardo Vanzi (PUC-Chile), Bob Williams (STScI, Baltimore).
Redazione Media Inaf

Il pianeta di diamante che una volta era una stella

Il pianeta orbita così vicino alla sua stella che l’intero sistema potrebbe stare dentro al Sole. Il pianeta costituito interamente di carbonio e ossigeno e denso come un diamante è stato scoperto osservando una stella pulsar superveloce, denominata PSR J1719-1438, situata nella costellazione del Serpente distante 4 mila anni luce dalla Terra. Secondo le stime degli astronomi il nuovo pianeta ha un diametro di 55 mila chilometri, quasi 5 volte quello terrrestre. Matthew Bailes, astronomo dello Swinburne Centre for Astrophysics & Supercomputing di Melbourne, lo descrive così: ”La sua densità è almeno 18 volte quella dell’acqua, quindi non può essere composto da gas come idrogeno ed elio, come la maggior parte delle stelle, ma deve essere per forza fatto di elementi più pesanti, carbonio e ossigeno, presenti allo stato cristallino come un diamante”. Una stella pulsar è un corpo celeste che ruotando vorticosamente su sé stesso con un periodo di pochi millisecondi emette potenti fasci di onde radio dai suoi poli. Quando questi impulsi regolari raggiungono la Terra possono essere captati dai radiotelescopi. Le stelle pulsar si formano quando il nucleo di una stella che esplode in una supernova collassa su sè stesso dando origine appunto a una pulsar. Una pulsar si trasforma in superveloce quando inizia a risucchiare massa dalla stella compagna con la quale orbita in un sistema binario. Questo aumento di massa fa ruotare la pulsar molto più velocemente. Le stelle pulsar superveloci sono molto rare e negli ultimi trent’anni ne sono state scoperte solo un centinaio. La nuova pulsar superveloce PSR J1719-1438 è stata trovata usando dei computer molto potenti che riescono ad elaborare fino a 200 mila gigabyte di dati, abbastanza per riempire quasi 24 mila dvd. Osservando PSR J1719-1438 dall’Osservatorio di Parkes in Australia, gli astronomi hanno calcolato che essa ruota 10 mila volte al minuto. Gli studiosi hanno però notato che le sue pulsazioni erano disturbate da un oggetto orbitante . Una nana bianca diventata diamante Questo non ha stupito subito gli astronomi, visto che circa il 70 per cento delle pulsar superveloci ha un compagno orbitante, in genere un’altra pulsar. Ma PSR J1719-1438 vicino a sè ha un pianeta. Bailes spiega che i pianeti in genere non si formano intorno a delle pulsar superveloci. Secondo la teoria più accreditata, i pianeti si formano nei dischi nebulosi che ruotano attorno alle stelle di neo-formazione. Questi materiali a causa delle interazioni gravitazionali iniziano ad aggregarsi tra di loro, e formano delle masse via via più grandi e dense, fino a diventare dei pianeti veri e propri. Il processo che ha originato il nuovo pianeta ha agito invece al contrario. La pulsar ha sottratto materiale al compagno e ciò che è rimasto è un oggetto con una massa simile a quella di un pianeta. Il nuovo pianeta sarebbe quindi ciò che resta di una nana bianca – il nucleo di una stella morta – privata di materiale dalla sua compagna pulsar. Il nuovo corpo celeste è costituito di appena lo 0,1 per cento della massa originaria della nana bianca. Gli astronomi hanno calcolato che il pianeta impiega 2 ore e dieci minuti a orbitare intorno alla pulsar, a una distanza di 600 mila chilometri. Quanti pianeti pulsar ci sono ancora da scoprire? Bailes e i suoi colleghi adesso vorrebbero capire se veramente questo tipo di pianeti siano così rari. Con tutta probabilità questa particolare modalità con cui si è formato il pianeta richiede che la nana bianca possieda una massa e delle caratteristiche chimiche particolari. Il pianeta diamante potrebbe forse essere il risultato di una particolare serie di eventi, ma secondo Bailes di pianeti così ce ne potrebbero essere molti altri. “La cosa più eccitante è che fino ad ora abbiamo esplorato solo una piccola parte dello spazio, ma adesso con questi supercomputer sempre più potenti potremo fare molte altre scoperte così”, dice Bailes. Il pianeta orbita così vicino alla sua stella che l’intero sistema potrebbe stare dentro al Sole. Un pianeta costituito interamente di carbonio e ossigeno e denso come un diamante è stato scoperto osservando una stella pulsar superveloce, denominata PSR J1719-1438, situata nella costellazione del Serpente distante 4 mila anni luce dalla Terra. Secondo le stime degli astronomi il nuovo pianeta ha un diametro di 55 mila chilometri, quasi 5 volte quello terrrestre. Matthew Bailes, astronomo dello Swinburne Centre for Astrophysics & Supercomputing di Melbourne, lo descrive così: ”La sua densità è almeno 18 volte quella dell’acqua, quindi non può essere composto da gas come idrogeno ed elio, come la maggior parte delle stelle, ma deve essere per forza fatto di elementi più pesanti, carbonio e ossigeno, presenti allo stato cristallino come un diamante”. Una stella pulsar è un corpo celeste che ruotando vorticosamente su sè stesso con un periodo di pochi millisecondi emette potenti fasci di onde radio dai suoi poli. Quando questi impulsi regolari raggiungono la Terra possono essere captati dai radiotelescopi. Le stelle pulsar si formano quando il nucleo di una stella che esplode in una supernova collassa su sè stesso dando origine appunto a una pulsar. Una pulsar si trasforma in superveoloce quando inizia a risucchiare massa dalla stella compagna con la quale orbita in un sistema binario. Questo aumento di massa fa ruotare la pulsar molto più velocemente. Le stelle pulsar superveloci sono molto rare e negli ultimi trent’anni ne sono state scoperte solo un centinaio. La nuova pulsar superveloce PSR J1719-1438 è stata trovata usando dei computer molto potenti che riescono ad elaborare fino a 200 mila gigabyte di dati, abbastanza per riempire quasi 24 mila dvd. Osservando PSR J1719-1438 dall’Osservatorio di Parkes in Australia, gli astronomi hanno calcolato che essa ruota 10 mila volte al minuto. Gli studiosi hanno però notato che le sue pulsazioni erano disturbate da un oggetto orbitante.

Una nana bianca diventata diamante

Questo non ha stupito subito gli astronomi, visto che circa il 70 per cento delle pulsar superveloci ha un compagno orbitante, in genere un’altra pulsar. Ma PSR J1719-1438 vicino a sè ha un pianeta. Bailes spiega che i pianeti in genere non si formano intorno a delle pulsar superveloci. Secondo la teoria più accreditata, i pianeti si formano nei dischi nebulosi che ruotano attorno alle stelle di neo-formazione. Questi materiali a causa delle interazioni gravitazionali iniziano ad aggregarsi tra di loro, e formano delle masse via via più grandi e dense, fino a diventare dei pianeti veri e propri. Il processo che ha originato il nuovo pianeta ha agito invece al contrario. La pulsar ha sottratto materiale al compagno e ciò che è rimasto è un oggetto con una massa simile a quella di un pianeta. Il nuovo pianeta sarebbe quindi ciò che resta di una nana bianca – il nucleo di una stella morta – privata di materiale dalla sua compagna pulsar. Il nuovo corpo celeste è costituito di appena lo 0,1 per cento della massa originaria della nana bianca. Gli astronomi hanno calcolato che il pianeta impiega 2 ore e dieci minuti a orbitare intorno alla pulsar, a una distanza di 600 mila chilometri.

Quanti pianeti pulsar ci sono ancora da scoprire?

Bailes e i suoi colleghi adesso vorrebbero capire se veramente questo tipo di pianeti siano così rari. Con tutta probabilità questa particolare modalità con cui si è formato il pianeta richiede che la nana bianca possieda una massa e delle caratteristiche chimiche particolari. Il pianeta diamante potrebbe forse essere il risultato di una particolare serie di eventi, ma secondo Bailes di pianeti così ce ne potrebbero essere molti altri. “La cosa più eccitante è che fino ad ora abbiamo esplorato solo una piccola parte dello spazio, ma adesso con questi supercomputer sempre più potenti potremo fare molte altre scoperte così”, dice Baile.
Tratto da un articolo pubblicato on line del National Geographic Italia

Incontro ravvicinato tra Giove e Venere

La congiunzione Venere-Giove è uno spettacolo ogni anno atteso con trepidazione da astronomi e amatori perché regala una visione diversa dei due corpi celesti. Quest’anno, rispetto al nostro punto di vista, si avvicinano fino ad una distanza inferiore al diametro della Luna.

Nell'illustrazione vedete il percorso apparente dei due pianeti rispetto all’orizzonte. Crediti: Coelum

L’anno scorso il fenomeno si era verificato il 18 agosto prima dell’alba, domani invece l’ “abbraccio” tra i due pianeti potrà essere osservato dopo il tramonto, anche se il massimo avvicinamento si verificherà alle 6 ora italiana del primo luglio. Venere e Giove saranno ben visibili dall’Italia domani sera alle 22, basterà puntare i vostri telescopi verso ovest. Si tratta dei due oggetti più brillanti nel nostro cielo dopo il Sole e la Luna e già da un mese il processo di congiunzione è sotto attenta osservazione. A inizio mese i due pianeti erano separati di 20° (circa il doppio della larghezza del vostro pugno tenuto a braccio teso verso il cielo) e in poche settimane si sono avvicinati sempre di più. Tra la notte del 30 giugno e del primo luglio Venere e Giove saranno distanti solo 1/3 °: se allungate un braccio verso il cielo, sarete in grado di coprire entrambi i pianeti con la sola punta del vostro mignolo. La mezzaluna di Venere apparirà molto più luminosa rispetto al più “opaco” Giove. Gli esperti affermano che i due insieme sembreranno formare una stella binaria, proprio perché appariranno.o tanto vicini, anche se solo per poche ore. Oltre alle lune di Giove, sarà visibile anche Regolo, la stella della costellazione del Leone. Pensate che durante la famosa congiunzione del 17 maggio 2000, Giove e Venere si sono trovati alla distanza minima di soli 0,01°, ma erano entrambi troppo vicini al Sole per essere visti dalla Terra. L’anno prossimo, il 27 agosto 2016, torneranno a mostrarsi a braccetto durante una congiunzione serale, separandosi di soli 0,1°. Anche se i due pianeti sembreranno molto vicini alla Terra, in realtà li separerà comunque una grande distanza: Venere si trova a 77 milioni di chilometri e Giove a 909 milioni di chilometri. Visti da un telescopio amatoriale i due oggetti sembreranno della stessa dimensione, ma in realtà è un’illusione ottica, perché Giove, anche se molto più lontano, è decisamente più grande di Venere. Se siete appassionati di fotografia, o meglio di astrofotografia, prendete il vostro cavalletto, la vostra macchina fotografica e non perdetevi questo spettacolo. Uno speciale di Media INAF verrà dedicato proprio alla congiunzione Venere-Giove mercoledì 1 luglio.
di Eleonora Ferroni (INAF)

L’Universo si espande oscillando

Secondo due fisici dell’University of Southern Mississippi, Lawrence Mead e Harry Ringermacher  il nostro Universo non solo si sta espandendo ma allo stesso tempo starebbe oscillando. I risultati di questo studio, pubblicati su Astronomical Journal, suggeriscono che l’Universo sia passato da una fase di espansione rallentata ad una fase di espansione accelerata non una volta bensì 7 volte nel corso di 13,8 miliardi di anni. Naturalmente si tratta di una conclusione che secondo gli stessi autori dovrà essere provata o smentita raccogliendo ulteriori dati osservativi in particolare dalle supernovae distanti. Tutti abbiamo sentito parlare della “teoria del Big Bang”. Esiste persino un’importante serie televisiva che ha come titolo questa teoria. Secondo questa “teoria”, la storia dell’Universo inizia circa 13-14 miliardi di anni fa quando un evento singolare, il Big Bang, generò lo spazio, il tempo, la materia e l’energia nella forma di tutto ciò che osserviamo oggi come particelle, pianeti, stelle e galassie, inclusa la vita stessa. Il Big Bang indica quel particolare istante che i cosmologi identificano per descrivere l’evento iniziale da cui ha avuto origine l’Universo, una sorta di gigantesca “esplosione dello spazio”, e non nello spazio, un evento singolare che rimane ancora un mistero e dove le leggi della fisica vengono meno. Anche se il Big Bang viene accettato oggi come il quadro teorico più adeguato per descrivere con buona approssimazione l’evoluzione dell’Universo, tuttavia questo modello non permette di spiegare in maniera definitiva né l’origine dell’Universo né cosa c’era eventualmente prima. Infatti, le leggi della fisica, così come noi le conosciamo, non sono in grado di descrivere esattamente la storia dell’Universo ma ci permettono di avvicinarci al momento iniziale e di comprendere la realtà fisica solo attraverso una serie di eleganti approssimazioni. Una volta originatosi, l’Universo si espanse fino a raggiungere le dimensioni attuali, nonostante la gravità dovuta a tutta la materia (materia visibile e materia oscura) tenderebbe a rallentare l’espansione, almeno così si pensava qualche tempo fa. Intanto, nel 1978, Arno Allan Penzias e Robert Woodrow Wilson ricevettero il Premio Nobel per la Fisica per la loro importante scoperta della radiazione cosmica di fondo, cioè la radiazione primordiale o la “eco” della grande esplosione iniziale, che essi rivelarono per caso nel 1964 e che rappresenta una chiara evidenza a favore del modello del Big Bang. Nel frattempo, l’acquisizione di una quantità enorme di dati astronomici, grazie soprattutto al progresso tecnologico che ha fornito strumenti sempre più sofisticati, ha permesso di verificare il modello cosmologico con una straordinaria accuratezza. «Poi nel 1998, un’altra fondamentale scoperta dell’espansione accelerata dell’Universo divenne un risultato scioccante quando venne confermata indipendentemente da due gruppi di ricercatori», spiega Mead. «Una nuova forma di energia, detta energia oscura, di natura repulsiva, si ritiene sia responsabile dell’espansione accelerata. Nel 2011, i due gruppi, guidati da Saul Perlmutter, Adam Riess e Brian Schmidt vinsero il Premio Nobel per la Fisica». Si ritiene che il passaggio dalla fase di espansione rallentata alla fase di espansione accelerata, cioè il periodo in cui è avvenuta la transizione, risalga approssimativamente a 6 o 7 miliardi di anni fa.

bigbang_expansion_Fig1

Nella figura 1 è mostrato un diagramma realizzato dalla NASA che rappresenta l’evoluzione dell’Universo. Sono illustrati gli eventi principali dall’inizio del tempo fino ad oggi, così come viene descritto dall’attuale modello cosmologico “standard” o “ΛCDM” (Lambda Cold Dark Matter) dove la lettera greca Λ sta ad indicare la famosa costante cosmologica di Einstein, responsabile dell’espansione accelerata dello spazio. La forma a “campana” visualizza l’espansione dello spazio. Il momento della transizione è dato dal punto in cui la forma a campana si apre, dall’interno verso l’esterno, proseguendo da sinistra a destra. «Ciò che abbiamo trovato suggerisce che l’Universo sia passato da una fase di espansione rallentata ad una fase di espansione accelerata non una volta bensì 7 volte nel corso di 13,8 miliardi di anni», dice Mead. «Queste oscillazioni sono equivalenti a un ‘suono’ che si sta ormai esaurendo e ora è molto debole, un po’ come quando viene emesso un suono smorzato di un cristallo di vetro quando viene colpito».

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La figura 2 mostra i risultati di questo studio sovrapposti al modello ΛCDM della figura 1. L’ampiezza dell’oscillazione è stata esagerata ma la sua frequenza è indicativamente corretta. Ringermacher e Mead hanno trovato che tale oscillazione non è esattamente un’onda che si propaga attraverso l’Universo, come ad esempio può essere un’onda gravitazionale, piuttosto è essa stessa “l’onda dell’Universo”. «La scoperta è stata fatta per caso quando, grazie ad una collaborazione con altri colleghi che studiano i modelli di materia oscura relativi alla formazione galattica, essi trovarono un nuovo modo di disegnare un grafico, così come viene riportato nei libri di testo, che descrive la variazione delle dimensioni dell’Universo in funzione della sua età e che non dipende dalla scelta a priori dei modelli dell’Universo, come era stato fatto in maniera tradizionale», aggiunge Ringermacher. «Il grafico espresso in termini della variazione delle dimensioni dello spazio in funzione del tempo, cioè il diagramma di Hubble, è stato costruito determinando la distanza delle supernovae di tipo Ia che servono come ‘candele standard’ per misurare le distanze cosmologiche e quindi l’espansione dell’Universo», dice Ringermacher. «Se analizziamo più attentamente la nostra simulazione per localizzare il periodo della transizione, si vede che ce ne stato più di uno, cioè si notano almeno tre massimi e tre minimi, con una frequenza di quasi 7 cicli nel corso della vita dell’Universo. In altre parole, è lo spazio stesso che ha accelerato la sua espansione seguita da una fase di espansione rallentata per ben 7 volte da quando si è originato».

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Mead e Ringermacher concludono affermando che questi risultati dovranno certamente essere verificati da ulteriori studi indipendenti, meglio se provengono da nuove osservazioni di supernovae distanti, per confermare o meno la loro veridicità. Figura 1. Grafico che illustra l’evoluzione del cosmo secondo il modello del Big Bang. Credit: NASA; Figura 2. L’Universo ‘oscilla’ mentre si espande. I risultati di questo studio sono sovrapposti al modello ΛCDM della figura 1. Credit: H. I. Ringermacher e L. R. Mead 2015; Il grafico illustra il diagramma di Hubble che descrive l’andamento del fattore scala a(t) in funzione del tempo per le supernovae distanti. In basso sono mostrate le derivate del fattore scala e il best-fit (linea blu) che evidenzia le oscillazioni. Si notano tre massimi (a t= 0.87, 0.71 e 0.56) e tre minimi (a t=0.78, 0.63 e 0.47). Credit: H. I. Ringermacher e L. R. Mead, 2015.
di Corrado Ruscica (INAF)

L’Atlas Coelestis di John Flamsteed

L’Atlas Coelestis è una carta celeste pubblicata postuma nel 1729, sulla base delle osservazioni fatte dal primo Astronomo reale John Flamsteed.


L’Atlante – il più grande mai pubblicato – contiene ventisei mappe delle principali costellazioni visibili da Greenwich, con disegni realizzati in stile rococò di James Thornhill. Presenta inoltre due planisferi progettato da Abraham Sharp.
Prima carta stellare basata sull’osservazione compiuti tramite il telescopio, l’Atlas Coelestis è stato pubblicato dalla sua vedova solo dieci anni dopo la morte di Flamsteed; la donna nell’opera fu assistita da Joseph Crosthwait e Abraham Sharp. Nel 1725 venne preceduto dalla pubblicazione dell’opera intitolata “Stellarum inerrantium Catalogus Britannicus” (chiamato anche più semplicemente “British Catalogue”, con 2919 stelle).
Una delle motivazioni principali di Flamsteed nel produrre l’Atlante era quello di correggere la rappresentazione delle figure delle costellazioni, come fatto da Johann Bayer nel suo “Uranometria” (1603). Bayer rappresentava le figure viste da dietro (non dalla parte anteriore, come era stato fatto fin dai tempi di Tolomeo), e questo aveva invertito la posizione delle stelle e aveva creato una confusione non necessaria.
La pubblicazione ha avuto immediato successo, diventando il riferimento standard per gli astronomi professionisti per quasi un secolo. Anche così, gli sono state sollevate tre obiezioni in merito: il prezzo elevato, il grande formato che lo rendeva difficile da utilizzare e la bassa qualità artistica (molte critiche sono state apportate al disegno di James Thornhill, in particolare per quanto riguardava la rappresentazione dell’Acquario).
Questo ha portato il dottor John Bevis a cercare di migliorare l’Atlante. Nel 1745 l’uomo elaborò la “Uranographia Britannica”, con dimensioni più piccole, aggiornato con nelle osservazioni e nelle rappresentazioni artistiche. Tuttavia, questo atlante non è mai stato pubblicato ufficialmente e ad oggi ci sono solo 16 copie conosciute.
Alla fine i cambiamenti nelle posizioni delle stelle (osservazioni originali erano state fatte nel 1690), hanno portato ad un aggiornamento compiuto nel 1770 dall’ingegnere francese Nicolas Fortin, sotto la supervisione del astronomi Le Monnier e Messier dell’Accademia Reale delle Scienze a Parigi.
La nuova versione, denominata Atlas Fortin-Flamsteed, aveva un terzo delle dimensioni di quella originale, ma conserva la medesima struttura della tabella. A ciò è stata aggiunta anche qualche ritocco artistico alle illustrazioni, per lo più Andromeda, Vergine ed Acquario). I nomi delle costellazioni sono in francese (non in latino) e includono alcune nebulose scoperte dopo la morte di Flamsteed.
Nel 1795 è stata pubblicata una versione aggiornata, prodotto da Méchain e Lalande, con nuove costellazioni e molte nebulose in più.

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