Ma quanto è grande il Sistema Solare?

La notizia della possibile presenza ben oltre l’orbita di Nettuno di un nono pianeta con la “p” maiuscola, ovvero uno che soddisfi tutti i requisiti riformulati qualche anno fa dalla IAU, quelli stessi che invece ‘declassarono’ Plutone, sta rimbalzando un po’ ovunque in tutto il mondo. L’articolo dei ricercatori del Caltech Konstantin Batygin e Mike Brown, tutto teorico e basato su simulazioni al calcolatore, sostanzialmente afferma che ‘non può non esserci’ un oggetto celeste della massa pari a dieci Terre e che si possa trovare a una distanza dal Sole di circa 20 volte superiore a quella che compete a Nettuno. Tradotto in altri termini, il nono pianeta orbiterebbe a 90 miliardi di chilometri dal Sole. Dunque, il nostro Sistema solare è diventato di colpo più grande? Per capire meglio come stanno le cose abbiamo rivolto qualche domanda a Giovanni Valsecchi, ricercatore dell’INAF presso l’Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali di Roma, esperto di meccanica celeste.

Dunque, partiamo dall’inizio ovvero dall’articolo dei due ricercatori del California Institute of Technology…

L’articolo, molto tecnico, descrive le idee, le simulazioni e i risultati dello studio teorico portato avanti da Konstantin Batygin e Mike Brown. Da un paio di anni, nella comunità scientifica che si occupa della parte esterna del Sistema solare si sta cercando di capire se una certa concentrazione di alcuni dei parametri (che descrivono le orbite degli oggetti più esterni della cosiddetta Fascia di Kuiper, al di là della regione palentaria) abbia una causa fisica o no. La filosofia generale del lavoro è simile a quella che ha portato alla scoperta di Nettuno. L’idea che sta dietro l’articolo è quella di incitare la comunità astronomica a cercare il pianeta di cui loro parlano. Se questo pianeta esistesse veramente, avrebbe anche delle conseguenze su quello che noi conosciamo riguardo alla parte più interna della Nube di Oort, perché questo pianeta si troverebbe fra la zona di confine della regione planetaria e la Nube di Oort interna.

Sappiamo già che ci sono diversi corpi celesti oltre l’orbita di Nettuno e Plutone. Ma sembrava difficile che potessero essercene di grandi come quello annunciato nel lavoro di Batygin e Mike Brown.

In effetti i ricercatori parlano di un pianeta di una decina di masse terrestri. Un valore interessante perché nel Sistema solare abbiamo 4 pianeti interni (di cui il più grande è la Terra) e che hanno masse terrestri (come la Terra e Venere) o inferiori (come Mercurio e Marte), e 4 pianeti esterni, con i 2 giganti gassosi (Giove e Saturno che hanno fino a 300 masse terrestri e sono composti soprattutto da gas concentrati attorno a un nucleo solido) e poi Urano e Nettuno, ben più piccoli di Saturno e Giove, ma comunque molto più grandi della Terra (intorno alla ventina di masse terrestri). Nel Sistema solare sembra esserci un vuoto in questo intervallo di masse. E’ curioso, invece, che nei sistemi extrasolari che si stanno scoprendo, questa regione di masse è tutt’altro che vuota, anzi sono stati scoperti moltissimi oggetti con masse dalle 5 alle 10 volte quella della Terra. Se anche il Sistema solare avesse un pianeta di 10 masse terrestri e in un’orbita così curiosa e così diversa da quelle dei pianeti che siamo abituati a considerare, certo sarebbe una scoperta non da poco.

Ma allora, se c’è veramente un oggetto di questa taglia, seppure a distanze così elevate, come è possibile che nonostante i nostri super telescopi da terra e dallo spazio non lo abbiamo ancora scovato, e dobbiamo affidarci a predizioni per aiutarci per immortalarlo definitivamente?

La copertura del cielo da parte di telescopi potenti è oggi molto più accurata e più completa, ma non bisogna trascurare vari aspetti. Ad esempio questo oggetto potrebbe esistere già, magari è stato già osservato e anche scartato in passato. Oggi c’è una grande copertura del cielo, sia per scoprire oggetti fuori dal Sistema solare che per scoprire asteroidi che posso passare vicino alla Terra. Di solito dietro il telescopio non c’è un uomo, bensì una macchina e quindi un calcolatore abituato a filtrare tutta una serie di individuazioni di oggetti che non sono l’obiettivo della ricerca in corso. Potrebbe succedere in futuro, nel caso venisse confermata l’esistenza del pianeta, di ritrovare la sua posizione su immagini prese ed archiviate senza notarlo.

Dalla teoria però, bisognerà passare alla pratica, ovvero confermare o smentire l’esistenza del pianeta. In che modo?

Su questo fondamentale aspetto vedo tre possibili linee d’azione. La più ovvia è quella di andare a cercare il pianeta, perché, per quanto vaga sia l’indicazione fornita dall’articolo, comunque c’è una striscia di cielo dove si potrebbe trovare questo oggetto. Si potrebbe poi riesaminare la stessa linea di cielo in tutte le immagini già prese negli scorsi decenni. Infine, è necessario capire se l’esistenza di questo nono pianeta ha delle conseguenze finora mai immaginate su ciò che conosciamo del Sistema solare esterno, quindi sugli oggetti transnettuniani e sulle comete della Nube di Oort. Bisognerebbe rivedere i calcoli e le simulazioni fatti finora.
di Marco Galliani (INAF)

Planet Nine: tracce d’un nono pianeta (10 volte la massa della Terra)

Nessuno l’ha mai visto, non ancora. Ma i due ricercatori che hanno firmato lo studio,Konstantin Batygin e Mike Brown del Caltech – il Californian Institute of Technology – assicurano che le prove, questa volta, ci sono. Prove di cosa? Dell’esistenza, niente meno, d’un nuovo pianeta ai confini del Sistema solare. Battezzato in fretta e furia “Planet Nine”, il nuovo arrivato – se davvero ne sarà confermata l’esistenza, il condizionale è più che mai d’obbligo – non sarebbe un oggettino in bilico fra grosso asteroide e pianeta nano, tutt’altro: se i calcoli sono corretti, parliamo di un mondo extra-large, un gigante con una massa pari a grosso modo 10 volte quella della Terra. Insomma, un mondo la cui stazza è assai più simile a quella d’Urano o Nettuno che non a quella del declassato Plutone. «Questo sarebbe un vero e proprio nono pianeta. Dall’antichità a oggi sono stati scoperti solo due veri nuovi pianeti», sottolinea Brown, «e questo sarebbe il terzo. Si tratta di un tassello piuttosto importante del nostro Sistema solare che ancora ci sfugge, il che è alquanto eccitante». Un mondo remoto in tutti i sensi, questo Planet Nine: la sua orbita sarebbe circa 20 volte più lontana dal Sole di quanto non sia quella di Nettuno (che pure viaggia alla bellezza di circa quattro miliardi e mezzo di km di distanza dalla nostra stella), e un anno, lassù, durerebbe fra i 10 e i 20 mila anni terrestri. Ma se ancora nessun telescopio è riuscito a individuarlo, di che prove stiamo parlando? Dei risultati di modelli matematici e simulazioni al computer, spiegano i due ricercatori. Modelli messi a punto per spiegare le orbite anomale di alcuni oggetti osservati nella Fascia di Kuiper, sei in particolare (vedi immagine qui sopra). Costretti via via a escludere ipotesi meno rivoluzionarie (come, per esempio, la presenza di un corpo di dimensioni minori), a Batygin e Brown, per far tornare i conti, non è rimasto che prendere in considerazione l’ipotesi di un pianeta gigante. E i conti hanno cominciato a tornare. «Benché all’inizio fossimo alquanto scettici circa la possibilità che questo pianeta potesse esistere, continuando a indagare la sua orbita e a valutare cosa significherebbe per il Sistema solare esterno, ci siamo sempre più convinti che sia proprio là fuori», dice Batygin. «Per la prima volta in oltre 150 anni, ci sono prove solide secondo le quali il censimento planetario del Sistema solare è incompleto». Lo studio è uscito oggi su Astronomical Journal, e la palla passa ora ai telescopi, a partire dai giganti hawaiiani della classe 10 metri, Keck e Subaru. «Certo, sarei entusiasta di trovarlo», confida Brown a proposito del “suo” pianeta, «ma sarei comunque felicissimo anche se a trovarlo fosse qualcun altro. È per questo che abbiamo pubblicato il nostro articolo: speriamo che altre persone ne traggano ispirazione per mettersi a cercare». Lo studio, come dicevamo, è appena uscito. Promettiamo di approfondirlo meglio domani, sempre qui su Media INAF, con qualche dettaglio in più e con l’aiuto di esperti dell’INAF.
Guarda l’animazione sull’orbita di Planet Nine sul sito INAF
di Marco Malaspina (INAF)

Il secondo buco nero più massivo della Via Lattea

Grazie ad una serie di osservazioni realizzate con il radiotelescopio di 45m Nobeyama, gli astronomi hanno rivelato dei segnali riconducibili alla presenza di un buco nero localizzato in prossimità del centro galattico la cui massa è pari a 100 mila volte quella del Sole. I ricercatori ipotizzano che questo possibile oggetto di “massa intermedia” rappresenti la chiave per comprendere la nascita dei buchi neri supermassicci che risiedono nei nuclei delle galassie. I risultati di questo studio sono pubblicati su Astrophysical Journal Letters. Gli astronomi, guidati da Tomoharu Oka della Keio University in Giappone, hanno identificato una enigmatica nube di gas, denominata con la sigla CO-0.40-0.22, che si trova ad appena 200 anni luce dal centro della Via Lattea. Ciò che rende insolita la nube è la sua dispersione di velocità sorprendentemente elevata: in altre parole, la nube contiene delle componenti di gas caratterizzate da un ampio intervallo di velocità. I ricercatori hanno misurato questo parametro grazie a una serie di osservazioni che sono state condotte con due radiotelescopi, lo strumento di 45m di Nobeyama in Giappone e il telescopio ASTE situato in Cile, entrambi affiliati al National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ). Per analizzarla più da vicino, i ricercatori hanno osservato di nuovo la nube di gas con il radiotelescopio di Nobeyama per ricavare 21 righe di emissione associate a 18 molecole. I dati mostrano che la nube ha una forma ellittica e consiste di due componenti: una più compatta e di bassa densità, caratterizzata da una dispersione di velocità molto ampia, dell’ordine di 100 Km/sec, e un’altra più densa che si estende per circa 10 anni luce e la cui dispersione di velocità risulta più contenuta. La domanda è: che cosa rende così ampia la dispersione di velocità? Non ci sono buchi neri all’interno della nube di gas e, inoltre, le osservazioni in banda X e infrarossa non hanno rivelato alcun oggetto compatto. Questi risultati implicano che la dispersione di velocità non è dovuta ad una sorta di rifornimento di energia locale, come potrebbe derivare ad esempio nel caso delle esplosioni stellari. Gli astronomi hanno perciò eseguito un calcolo numerico simulando delle nubi di gas soggette all’interazione da parte di una forte sorgente di gravità. Nella simulazione, le nubi di gas sono attratte inizialmente dalla sorgente e le loro velocità aumentano man mano che si avvicinano, raggiungendo il valore massimo nel punto più vicino all’oggetto. Successivamente, le nubi superano l’oggetto e quindi le loro velocità diminuiscono. Dunque, se si considera un modello in cui la sorgente di gravità è un oggetto di massa pari a 100 mila volte la massa del Sole e si trova localizzato all’interno di una regione il cui raggio è eguale a 0,3 anni luce, allora si ottiene la migliore descrizione delle osservazioni. «Se consideriamo il fatto che le osservazioni in banda X o infrarossa non ci rivelano alcun oggetto compatto, per quanto ne sappiamo finora il miglior candidato deve essere un buco nero», spiega Oka. Se davvero questo è il caso, potrebbe trattarsi della prima identificazione di un buco nero di massa intermedia. È noto che i buchi neri si possono suddividere in due grandi categorie: glioggetti di massa stellare, che si formano a seguito di gigantesche esplosioni di stelle molto massive, e i buchi neri supermassicci che risiedono nei nuclei delle galassie e la cui massa può assumere valori che vanno da qualche milione a qualche miliardo di masse solari. Gli astronomi hanno già identificato un certo numero di buchi neri supermassicci ma nessuno sa come essi hanno origine. Esiste, però, un’idea secondo cui i buchi neri supermassicci potrebbero formarsi dalla fusione (merger) di diversi buchi neri di massa intermedia. Tuttavia, questa ipotesi solleva un problema perchè fino ad oggi non abbiamo una chiara evidenza osservativa dell’esistenza di un oggetto di massa intermedia. Ma se la nube CO-0.40-0.22, localizzata ad appena 200 anni luce da Sagittarius A* (Sgr A*), il buco nero supermassiccio della nostra galassia la cui massa è l’equivalente di 400 milioni di Soli, contiene in definitiva un buco nero di massa intermedia allora essa potrebbe favorire lo scenario del merger di oggetti di massa intermedia per spiegare la formazione e l’evoluzione dei buchi neri supermassicci. Questi risultati aprono una nuova finestra verso la ricerca di buchi neri sfruttando le capacità esplorative dei radiotelescopi. Ad ogni modo, alcune osservazioni recenti hanno permesso di rivelare che esiste un certo numero di nubi di gas compatte, come CO-0.40-0.22, che possiedono un ampio spettro di dispersione di velocità. Secondo gli autori, queste nubi potrebbero contenere buchi neri. Inoltre, un altro studio suggerisce che esistono circa 100 milioni di buchi neri nella Via Lattea ma le osservazioni in banda X hanno permesso di rivelarne finora solo qualche decina. “In generale, non è immediato rivelare ‘direttamente’ la presenza di un buco nero, qualunque sia la banda dello spettro elettromagnetico”, conclude Oka. “Ma l’analisi del moto del gas mediante le osservazioni radio potrebbe fornire un modo complementare per dare la caccia a questi oggetti ‘neri’. Ritengo che l’attuale survey della Via Lattea, che viene realizzata con il radiotelescopio Nobeyama, e le osservazioni ad alta risoluzione delle galassie vicine, che vengono condotte mediante lo strumento ALMA, abbiano quel potenziale giusto per incrementare in maniera significativa il numero di candidati buchi neri”.
di Corrado Ruscica (INAF)

Emissione da record per la pulsar del Granchio

È l’emissione più energetica mai osservata finora dalla pulsar che si trova al centro della nebulosa del Granchio, nella costellazione del Toro, e situata a circa 6.000 anni luce da noi. A scoprire questo flusso di radiazione pulsata, dalla straordinaria energia di oltre mille miliardi di volte quella associata alla radiazione nella luce visibile, è stato un team internazionale di astrofisici grazie alle osservazioni di MAGIC, due dei più grandi telescopi per raggi gamma al mondo situati sull’isola La Palma alle Canarie, a cui per l’Italia collaborano l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) e l’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF).
Sia la pulsar che la nebulosa del Granchio sono di recente formazione in quanto sono i resti di una supernova esplosa nel 1054. Le pulsar, conosciute anche con il nome di stelle di neutroni, concentrano una volta e mezzo la massa del Sole in una sfera di diametro di appena 10 chilometri. La pulsar del Granchio (Crab in inglese) ruota 30 volte al secondo intorno al proprio asse ed è circondata da un campo magnetico estremamente intenso e questo fa sì che emetta un intenso segnale pulsato fino alle frequenze più alte (raggi X e raggi gamma). Tuttavia finora si pensava che alle più alte energie questa emissione pulsata non dovesse più avvenire. Ma le osservazioni di MAGIC durate oltre 300 ore complessive tra ottobre 2007 e aprile 2014 ci hanno restituito una visione completamente nuova della pulsar del Granchio nei raggi gamma.
«Questa scoperta rappresenta un ulteriore risultato importante ottenuto da MAGIC su questo oggetto celeste che, nonostante sia tra i più conosciuti e studiati del cielo, continua a stupirci con nuovi e inaspettati fenomeni», dice Angelo Antonelli dell’INAF-Osservatorio Astronomico di Roma e ASI Science Data Center, responsabile INAF presso la collaborazione MAGIC. Barbara De Lotto, responsabile nazionale di MAGIC per l’INFN e docente dell’Università di Udine, aggiunge: «Fin dall’inizio nel 2004 MAGIC ha osservato la nebulosa e la pulsar del Granchio, rivelandone nuovi e sconosciuti aspetti. Questo risultato, particolarmente importante perché evidenzia la produzione di energie molto più alte di quanto si pensasse da parte di questa sorgente della nostra galassia,conferma la leadership di MAGIC fra i telescopi gamma».
Già nel 2011 era stata scoperta dagli osservatori MAGIC e VERITAS una inattesa emissione di fotoni molto energetici da questa sorgente. Per indagare meglio questo inatteso fenomeno, un gruppo di scienziati del team MAGIC guidati da Emma de Oña Wilhelmidell’Istituto di Scienze Spaziali di Barcellona (CEIE-CSIC), ha recentemente condotto accurate osservazioni della pulsar del Granchio, riuscendo a misurare l’energia massima dei fotoni emessi con un ritmo pulsato. «Queste nuove osservazioni hanno mostrato che l’emissione nei raggi gamma della pulsar del Granchio si spinge ad energie ancora più elevate, ben cento volte maggiori delle precedenti misure», dice Roberta Zanin, ricercatrice all’Università di Barcellona, che ha partecipato allo studio pubblicato in un articolo sulla rivista Astronomy&Astrophysics. «Una scoperta che fa vacillare i processi fisici finora ritenuti responsabili della produzione di radiazione così altamente energetica nelle stelle di neutroni».
I fotoni provengono da due fasci ben collimati che, secondo le teorie attuali, dovrebbero essere prodotti lontano dalla superficie della stella di neutroni: in prossimità del confine esterno della sua magnetosfera o al di fuori di essa, nel vento ultra-relativistico di particelle che avvolgono la pulsar. Ma sorprendentemente, osservazioni in differenti bande hanno rivelato che i fasci di altissima energia arrivano allo stesso tempo di quelli nei raggi X o nella banda radio che, sempre stando alla nostre attuali conoscenze, dovrebbero essere invece prodotti all’interno della magnetosfera. Dunque l’arrivo sincronizzato delle differenti emissioni della radiazione dalla pulsar può indicarci o che tutta la radiazione viene prodotta all’interno di una regione molto piccola, o che gli elettroni responsabili della produzione di radiazione di più alta energia mantengono in qualche modo memoria della radiazione emessa ad energia più bassa. «Dove e come questa emissione di altissima energia si crei rimane ancora sconosciuto e difficile da conciliare con le teorie standard dei plasmi», dice Mirzoyan Razmik, del Max Planck Institute of Physics (MPP) a Monaco, rappresentante della collaborazione internazionale MAGIC. «Quei fotoni dovrebbero essere il prodotto dell’annichilazione di coppie di elettroni e positroni (le antiparticelle degli elettroni) attorno del stella di neutroni dovuta all’intenso campo magnetico, dopo che le particelle sono state accelerate a velocità relativistiche. Tuttavia capire come e dove questo effetto si verifica – ovvero in una regione così piccola – sfida ancora le nostre conoscenze».
Per saperne di più:
Il comunicato stampa congiunto INAF-INFN
l’articolo “Teraelectronvolt pulsed emission from the Crab Pulsar detected by MAGIC” a firma dei ricercatori della collaborazione MAGIC, sulla rivista Astronomy&Astrophysics
il sito web dell’esperimento MAGIC
di Marco Galliani (INAF)

Le costellazioni di gennaio 2016

Il cielo orientale di inizio anno si presenta, nelle prime ore della notte, con le costellazioni zodiacali del Cancro e, di seguito, del Leone. A occidente si avviano al tramonto la piccola costellazione dell’Ariete, e quella molto più grande ma non molto appariscente dei Pesci, che potremo individuare più facilmente prendendo a riferimento il grande quadrilatero di Pegaso. Sopra il suo vertice più alto sull’orizzonte è ancora ben visibile Andromeda con l’omonima galassia. Proseguendo oltre Andromeda troviamo altissimo in cielo, praticamente allo zenit, il Perseo, e appena più un basso, sopra i Gemelli, l’Auriga, facilmente riconoscibile per la sua forma a pentagono. La stella più luminosa dell’Auriga è Capella, termine che in latino significa “capretta”. La mitologia vi riconosce infatti Amaltea, la capra con il cui latte fu nutrito Zeus. Tornando al di sotto della fascia zodiacale, a Sud-Ovest le estese costellazioni – ma prive di stelle brillanti – della Balena e dell’Eridano precedono il Grande Cacciatore, ossia la protagonista incontrastata del cielo invernale: la costellazione di Orione. Di quest’ultima rammentiamo la nomenclatura delle stelle più brillanti: ai vertici del quadrilatero che ne disegna le spalle e le ginocchia, troviamo in alto BetelgeuseBellatrix, in basso Rigel e Saiph. Le tre stelle allineate che ne rappresentano la cintura sono, da sinistra a destra, Alnitak, Alnilam e Mintaka. Da non perdere un’osservazione con un telescopio, ma è sufficiente anche un binocolo, per ammirare nella spada, poco sotto la cintura, la grande nebulosa M42. Il cacciatore Orione è accompagnato in cielo dai suoi due cani, le costellazioni del Cane Maggiore, dove troviamo Sirio, la stella più brillante del cielo invernale, ed ilCane Minore, dove brilla un’altra stella facilmente identificabile: Procione. Chiudiamo il tour della volta celeste rivolgendo lo sguardo verso Nord: attorno alla stella polare nell’Orsa Minore, riconosciamo in senso antiorario Cassiopea, con l’inconfondibile forma a “W”, la più evanescente Cefeo, il serpeggiante Dragone, l’Orsa Maggiore e la Giraffa.
Il cielo nel mese di gennaio (Astronomia.com) a cura di Stefano Simoni