HD 97300, la stella sotto i riflettori

Una stella appena formata illumina le nubi cosmiche che la circondano in questa nuova immagine ottenuta con il telescopio da 2,2 m dell’MPG/ESO dell’Osservatorio di La Silla in Cile. Le particelle di polvere nelle nubi estese che circondano la stella HD 97300 ne diffondono la luce, come i fari di un’automobile nella nebbia, e creano la nebulosa a riflessione IC 2631. Anche se HD 97300 è ora al centro dell’attenzione, la stessa polvere che la mette in evidenza annuncia la nascita di altre stelle in futuro, stelle che probabilmente le ruberanno la scena. Oggetti come IC 2631 sono nubi di polvere cosmica che riflette nello spazio la luce di una stella vicina, creando uno spettacolo meraviglioso come quello che vedete. Si tratta della nebulosa più brillante del Complesso del Camaleonte, una vasta regione di gas e nubi di polvere che ospita numerose stelle neonate e ancora in formazione. Il complesso si trova a circa 500 anni luce da noi, nella costellazione australe del Camaleonte. IC 2631 è illuminata dalla stella HD 97300, una delle più giovani – e anche delle più luminose e massicce – stelle della zona. La regione è piena di materiale per la costruzione di stelle, come evidenziato dalla presenza di nebulose oscure sopra e sotto IC 2631 nell’immagine. Le nebulose oscure sono così dense di gas e polvere che impediscono il passaggio della luce delle stelle di fondo. Nonostante la sua presenza imponente, il peso di HD 97300 deve essere mantenuto in prospettiva. È una stella di tipo T Tauri, lo stadio visibile più giovane delle stelle relativamente piccole. Quando maturano e raggiungono uno stadio adulto perdono massa e si restringono. Durante la fase T Tauri invece le stelle non si sono ancora contratte alle dimensioni modeste che manterranno per miliardi di anni come stelle di sequenza principale. Queste stelle ancora fanciulle hanno già una temperatura superficiale simile a quella della fase di sequenza principale e di conseguenza, poiché durante la fase T Tauri sono sostanzialmente una versione gigante delle future se stesse, appaiono più brillanti nella giovinezza che nella maturità. Non hanno ancora iniziato a fondere idrogeno in elio nel nucleo, come le normali stelle di sequenza principale; stanno iniziando a scaldare i muscoli termici producendo calore grazie alla contrazione. Le nebulose a riflessione, come quella generata da HD 97300, non fanno altro che diffondere la luce stellare nello spazio. La luce stellare più energetica, come la radiazione ultravioletta delle stelle giovani molto calde, può ionizzare il gas circostante, in modo che emetta luce propria. Queste nebulose a emissione indicano la presenza di stelle più calde e potenti, che nello stadio adulto sono visibili da migliaia di anni luce di distanza. HD 97300 non è così potente e il suo momento di gloria sotto i riflettori non è destinato a durare.
Redazione Media Inaf

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Speciale onde gravitazionali

Dopo giorni, anzi diciamo settimane, di rumors, voci di corridoio, gossip, mail rubate e tanta attesa, la notizia è arrivata: le onde gravitazionali predette da Albert Einstein 100 anni fa sono state “viste”. Insomma è stata confermata l’esistenza di quelle increspature nel tessuto spazio-temporale provocate da eventi di dimensioni catastrofiche, come per esempio il merging (la fusione) di due buchi neri supermassici (nel caso di questa scoperta si tratta di buchi neri con una massa rispettivamente di 36 e 29 volte quella del Sole), ma anche come l’esplosione di una supernova, la stessa formazione di buchi neri, o il residuo dell’esplosione del Big Bang. Fino a qui, potreste dire, cosa c’è di “complicato”? Insomma perché finora non sono state individuate dai potentissimi strumenti a nostra disposizione? Ebbene, è proprio qui il problema: le onde gravitazionali sono difficilissime da individuare proprio perché il loro passaggio ha effetti quasi invisibili, si parla di milionesimi delle dimensioni di un atomo.

La scoperta deve tutto a LIGO, cioè il Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (per noi italiani, osservatorio interferometrico laser per le onde gravitazionali), costruito negli Stati Uniti e voluto dal California Institute of Technology (Caltech) e dal Massachusetts Institute of Technology (MIT), sponsorizzato dalla National Science Foundation (NSF). LIGO sfrutta raggi laser – appunto – per individuare il transito di onde gravitazionali. Pensate che solo la fase di costruzione (terminata nel 1999) è costata 365 milioni di dollari ed è ancora il più grande e più ambizioso progetto mai finanziato dalla NSF. Dal 2002 al 2010 LIGO non ha rilevato alcuna onda gravitazionale, per questo gli strumenti sono stati “spenti” per 5 anni durante i quali i rivelatori sono stati sostituiti e migliorati. L’operazione di revisione (costata in tutto 200 milioni di dollari) ha portato ad Advanced LIGO, cioè un osservatorio che sarà fino a dieci volte più sensibile a questi segnali. Il 18 settembre 2015, Advanced Ligo ha iniziato le sue prime osservazioni scientifiche a circa quattro volte la sensibilità iniziale degli interferometri LIGO e la sensibilità sarà ulteriormente rafforzata fino a raggiungere il massimo intorno al 2021.

LIGO, gli Stati Uniti collegati da nord a sud

Come detto, LIGO si trova negli Stati Uniti e si compone di due impianti gemelli ma separati, gestiti come un singolo e grande osservatorio, a cui può accedere la comunità scientifica mondiale. Le due stazioni si trovano a Livingston, in Louisiana, e a Hanford, nello stato di Washington. A separare i due rilevatori ci sono oltre tremila chilometri: più grande è il rivelatore e più è sensibile (così come accade per grandi network simili). Ed è essenziale la presenza di due o più rilevatori, perché in uno dei siti potrebbero verificarsi micro-terremoti, potrebbe esserci eccessivo rumore acustico, o fluttuazioni del laser e ciò porterebbe a disturbi che, simulando l’onda gravitazionale, renderebbero il risultato fallace. È improbabile, però, che allo stesso momento si verifichino gli stessi disturbi in due luoghi così distanti, da qui l’interazione di più rilevatori.

Osservatori a forma di “L”

Ogni interferometro è lungo 4 chilometri e presenta una forma a “L” (i due bracci sono disposti ad angolo retto). I laser viaggiano avanti e indietro all’interno di tubi a vuoto spinto (diametro 1,2 metri) che permettono di misurare con una precisione elevatissima la distanza degli eventi tra i due specchi di super precisione su cui si riflettono questi raggi. La tecnica utilizzata è quella dell’interferometria: lo specchio semitrasparente suddivide il fascio laser in due parti, poi inviate nei due bracci a “L” dell’interferometro fino a incontrare altri due specchi che rimbalzano il laser. E proprio questi specchi sono i veri sensori: passando attraverso i rilevatori, le onde gravitazionali disturbano, anche se di pochissimo, il viaggio dei fasci laser e questo lieve disturbo è stato finalmente registrato. Questi cambiamenti sono piccoli, anzi piccolissimi: la centomilionesima parte del diametro di un atomo di idrogeno, impercettibili increspature che possono essere rilevate solo isolando le masse di prova da tutti i disturbi provenienti dall’esterno, come appunto le vibrazioni sismiche della terra o le molecole di gas presenti nell’aria (all’interno dei due tunnel, interamente schermati con il cemento, c’è un vuoto ultra-spinto). Le lievi variazioni nelle distanze delle masse sono la prova del passaggio dell’onda gravitazionale.

Triangolazione e collaborazione internazionale

Una volta “catturata” l’onda gravitazionale,per risalire anche all’evento che l’ha generata bisogna capire da dove proviene. E per determinare l’esatta posizione celeste (triangolazione) saranno fondamentali dati provenienti da più strumenti localizzati in diverse parti del mondo. Per questo la “caccia” alle onde gravitazionali impegna ricercatori di diverse istituzioni. Lo stesso LIGO fa parte di un network internazionale di osservatori: ricordiamo anche GEO 600 (vicino ad Hannover, in Germania), TAMA (Tokyo, Giappone) e Virgo (vicino a Pisa, qui in Italia).

Il ruolo di Virgo e dell’Italia

Proprio al software italiano e alla collaborazione LIGO/Virgo dobbiamo l’analisi dei dati che ha portato alla scoperta. A questo proposito, abbiamo chiesto un commento a Valeria Ferrari, professoressa di Relatività generale al dipartimento di Fisica dell’università La Sapienza di Roma, ricercatrice dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), nonché studiosa da anni delle sorgenti di onde gravitazionali. «Sebbene attualmente Virgo non sia ancora in funzione, c’è un accordo tra gli scienziati di Virgo e di LIGO per effettuare insieme l’analisi dei dati e ci sono protocolli severissimi di validazione dei risultati sottoscritti da entrambi. Quindi anche se i dati attualmente sono presi solo dall’esperimento americano, o in futuro potrebbe accadere l’opposto, questi vengono analizzati dalla collaborazione e sono patrimonio comune». A Ferrari abbiamo domandato cosa cambierà quando Virgo entrerà in funzione: «La rete di rivelatori sarà più potente perché con opportune tecniche di analisi dei dati delle tre antenne sarà possibile ridurre il rumore ed estrarre i segnali con maggiore affidabilità. Inoltre attualmente non è possibile localizzare la posizione di una sorgente, perché i due rivelatori americani non sono sufficienti. Con l’entrata di Virgo le sorgenti potranno essere localizzate in una regione di cielo sufficientemente piccola; questo permetterà di cercare con i telescopi o i satelliti che osservano il cielo nella banda elettromagnetica, le controparti elettromagnetiche delle sorgenti gravitazionali e quindi di avere maggiori informazioni sulle sorgenti e sui processi fisici in gioco. Per esempio, se si osserverà il segnale gravitazionale emesso durante la coalescenza di due stelle di neutroni in coincidenza con un gamma ray burst, potremo stabilire  l’origine di questi “lampi” di emissione gamma di grandissima energia, che al momento è ancora sconosciuta». Ferrari ci ha spiegato, inoltre, che «le onde gravitazionali, a differenza di quelle elettromagnetiche, interagiscono molto poco con la materia. Quindi se una sorgente molto lontana emette onde dei due tipi, mentre le elettromagnetiche arrivano ai nostri rivelatori ormai modificate dalle molte interazioni con la materia che incontrano lungo il cammino, quelle  gravitazionali arrivano praticamente inalterate; quindi conservano le informazioni sulla sorgente che le ha emesse. Con le onde gravitazionali potremo studiare, e scoprire, sorgenti molto lontane e magari mai viste prima e questo allargherà moltissimo il nostro orizzonte scientifico. I rivelatori gravitazionali aprono una nuova finestra di osservazione sull’universo». E infine, qual è il ruolo dell’Italia in questo imponente progetto? «L’Italia è impegnata nella ricerca delle onde gravitazionali dagli anni ’60 del secolo scorso, quando il gruppo diretto dal professor Amaldi costruì le prime antenne che, a quei tempi erano dei cilindri di alluminio di più di 2000 kg», spiega Ferrari. «Negli anni 70 cominciò la costruzione dei rivelatori interferometrici che ha portato all’antenna Virgo di seconda generazione che sta per entrare in funzione. Fin dall’inizio l’INFN ha avuto un ruolo fondamentale, non solo perché ha cofinanziato i vari progetti, ma anche perché ha fornito strutture e personale che ha validamente affiancato il personale universitario. In tutti questi anni l’Italia è stata in prima linea, sia nella realizzazione di tecnologie avanzate (adottate anche dagli americani) che hanno permesso di raggiungere le attuali sensibilità dei rivelatori, sia nello studio teorico e fenomenologico delle sorgenti e dei segnali attesi. Negli ultimi anni, l’interazione tra Virgo e LIGO si è rafforzata attraverso la sottoscrizione di accordi per l’analisi dei dati e di protocolli per la validazione e la comunicazione dei risultati. Si può dire quindi che Italia e Stati Uniti corrono insieme in questa fantastica avventura».

Per saperne di più:

Il cielo è ancora dominato dalle grandi costellazioni invernali

Il cielo è ancora dominato dalle grandi costellazioni invernali. Protagonista del cielo in direzione meridionale è sempre Orione, con le tre stelle allineate della cintura (da sinistra: Alnitak, Alnilam e Mintaka) ed i luminosi astri Betelgeuse (rossa) e Rigel (azzurra). Più in alto troviamo ancora le costellazioni del Toro con la rossa Aldebaran, la costellazione dell’Auriga con la brillante stella Capella, i Gemelli con le stelle principali CastorePolluce. A sinistra in basso rispetto ad Orione, il grande cacciatore, nella costellazione del Cane Maggiore, brilla la notissima Sirio, la stella più luminosa del cielo. Più in alto, a sinistra, la raffigurazione della caccia è completata dal Cane Minore, dove risplende Procione. Verso Ovest, nelle prime ore della sera, c’è ancora tempo per veder tramontare le costellazioni autunnali di Andromeda, del Triangolo, dei Pesci e dell’Ariete. Restando tra le costellazioni zodiacali, un po’ più impegnativo è invece il riconoscimento della piccola e debole costellazione del Cancro visibile tra i Gemelli e il Leone, che vedremo sorgere ad Est, seguito dalla Vergine. Prendendo a riferimento la stella polare, possiamo riconoscere alcune note costellazioni del cielo settentrionale. A Nord-Ovest riconosciamo Cassiopea con la sua inconfondibile forma a “W”; tra Cassiopea e il Toro è facile individuare la costellazione del Perseo. Più spostata a Nord-Est si trova l’inconfondibile Orsa Maggiore, vicino alla quale possiamo riconoscere la piccola costellazione dei Cani da Caccia.
di Stefano Simoni (Astronomia.com)

Vita sulla Terra grazie a Giove? È possibile

Pensate che sia Giove a farci da scudo proteggendoci dalle comete provenienti dai confini del Sistema solare? Finora questo è stato il pensiero comune a quasi la totalità della comunità scientifica. Un recente studio comparso su Astrobiology e firmato da Kevin Grazier, PhD presso il Jet Propulsion Laboratory della NASA, conferma però una teoria che già una decina di anni fa circolava fra gli esperti: non solo Giove non ci fa da scudo (concetto sovrastimato), ma sarebbe da rivalutare il ruolo che avrebbe avuto nello sviluppo della vita sulla Terra. Considerando il ruolo di Saturno sull’evoluzione della vita -precedentemente sottovalutato – con la nuova simulazione, Grazier descrive l’evoluzione di decine di migliaia di particelle negli spazi vuoti tra i pianeti gioviani per un massimo di 100 milioni di anni. Sulla base dei suoi risultati, il ricercatore ha concluso che Giove non è esattamente uno scudo per la Terra. Anzi il contrario: Giove e Saturno contribuiscono ad attirare un grandissimo numero di particelle verso il Sistema solare interno (Mercurio, Venere, Terra e Marte) e verso le orbite che incrociano il percorso della Terra. A cosa è arrivato Grazier? Nello studio ha proposto che, se esistesse un altro sistema solare con uno o più pianeti simili a Giove oltre la regione dei potenziali pianeti terrestri, questo potrebbe essere vantaggioso per un eventuale sviluppo della vita. Sherry L. Cady, caporedattrice di Astrobiology, ha detto: «In questo lavoro capiamo che “Giove come scudo” è un concetto del passato, e la ricerca futura in questo settore richiederà l’uso continuato di simulazioni come quelle effettuate da Grazier».
di Eleonora Ferroni (INAF)

Attenti a quei cinque

Non capita tutti i giorni di poter vedere in un colpo solo cinque pianeti nel cielo. È lo spettacolo al quale abbiamo la possibilità d’assistere in questi primi giorni di febbraio, alzandoci di buon’ora e guardando, nuvole permettendo, tra ovest e sud est. Con una visuale sufficientemente libera, attorno alle 6 e 30 del mattino si potranno scorgere Giove, Marte, Saturno, Venere e Mercurio. Sarà proprio quest’ultimo pianeta il più difficile da individuare, data la sua vicinanza al Sole e la sua scarsa altezza sull’orizzonte. Il quintetto sarà visibile fin verso la metà del mese. E se voleste immortalare questo spettacolo celeste con uno smartphone o una fotocamera, o anche con un disegno per i più piccoli, mandateci i vostri scatti e le vostre opere al blog dell’iniziativa#givemefiveplanets sul social Tumblr che Media INAF ha realizzato per l’occasione (con annessi consigli di un astrofotografo). I disegni e le fotografie che riceveranno più apprezzamenti dagli utenti del web, quelle che avranno raccolto più “cuoricini” su Tumblr, verranno premiati da Media INAF con due libri rari editi da INAF Press. Per saperne di più su questa sfilata planetaria e gli altri fenomeni che ci attendono nel cielo di febbraio, non vi resta che guardare il video sul sito INAF.

Nube boomerang verso la nostra galassia: viaggia a un milione di chilometri all’ora

Un team internazionale di astronomi, grazie a una serie di osservazioni realizzate con il telescopio spaziale Hubble, ha scoperto che il vecchio adagio “ciò che sale deve anche scendere” si applica anche a un’immensa nube di idrogeno che si trova al di fuori della Via Lattea. La cosiddetta “Nube di Smith” sta infatti cadendo verso la nostra galassia alla bellezza di 1 milione di km orari. Sebbene la nostra galassia contenga centinaia di nubi di gas che sfrecciano ad alta velocità nelle sue regioni periferiche, la Nube di Smith è l’unica di cui si conosca con precisione la traiettoria. Le osservazioni più recenti raccolte dal telescopio Hubble indicano che questa nube è stata espulsa dalle regioni esterne al disco galattico circa 70 milioni di anni fa. La sua scoperta risale al 1960, ed è merito del lavoro di Gail Smith, all’epoca dottorando in astronomia, che ha rilevato la sua emissione nelle onde radio. La nube si trova in rotta di collisione con la Via Lattea, e si prevede che raggiungerà il disco in circa 30 milioni di anni. Quando questo accadrà, gli astronomi ritengono che l’impatto innescherà un intenso episodio di formazione stellare, fornendo gas sufficiente a generare 2 milioni di soli. «La nube è un esempio di come la galassia sta cambiando col tempo», spiega Andrew Fox delloSpace Telescope Science Institute di Baltimora, primo autore dello studio. «Ci sta dicendo che la Via Lattea è un luogo estremamente attivo, in continuo ribollire, dove il gas può essere espulso da una parte del disco per poi ricadere in un’altra. «La nostra galassia sta riciclando il suo gas attraverso le nubi, e grazie a questo processo si formeranno nuove stelle in luoghi diversi. I dati raccolti da Hubble per la Nube di Smith ci stanno aiutando a vedere quanto sono attivi i dischi delle galassie». Gli astronomi hanno misurato le dimensioni di questa regione di gas a forma di cometa, che è lunga circa 11.000 anni luce e larga circa 2.500 anni luce. Se la nube fosse visibile nelle frequenze a cui sono sensibili i nostri occhi, la vedremmo estendersi nel cielo con un diametro apparente pari a 30 volte quello della luna piena. Gli astronomi hanno a lungo pensato che la Nube di Smith fosse una galassia priva di stelle, oppure gas proveniente dallo spazio intergalattico in caduta verso la Via Lattea. Se uno di questi scenari fosse vero, la nube dovrebbe contenere principalmente idrogeno ed elio, e dovrebbero essere assenti gli elementi più pesanti, che vengono prodotti all’interno delle stelle. Se invece provenisse dalla nostra galassia, potrebbe contenere anche elementi pesanti. Il team ha utilizzato il telescopio Hubble per ottenere informazioni circa la composizione chimica della Nube di Smith. Gli scienziati hanno osservato la luce ultravioletta proveniente dai nuclei di tre galassie attive che si trovano a miliardi di anni luce di distanza, prospetticamente dietro la nube. Usando lo strumento Cosmic Origins Spectrograph a bordo di Hubble, hanno osservato come la luce filtra attraverso la nube.
In particolare hanno cercato la presenza di zolfo nella nube, perché è un elemento in grado di assorbire la luce ultravioletta. «Misurando la quantità di zolfo si può capire quanto la nube sia arricchita rispetto al Sole», spiega Fox. Lo zolfo è un buon indicatore di quanti elementi pesanti siano presenti nella nube. Gli astronomi hanno scoperto che la Nube di Smith ha la stessa quantità di zolfo osservata nel disco esterno della Via Lattea, ovvero la regione che si trova a circa 40.000 anni luce dal centro della galassia (15.000 anni luce più all’esterno rispetto al Sistema solare). Ciò significa che la Nube di Smith è stata senza dubbio arricchita da materiale stellare, perché una quantità simile di zolfo non sarebbe possibile nel caso di una nube di idrogeno primordiale, o di una galassia priva di stelle. A quanto pare la nube è stata espulsa dalla Via Lattea e sta tornando indietro come un boomerang. «Conosciamo molte nubi di gas massicce, che potrebbero rifornire di carburante la Via Lattea per la formazione di nuove stelle, ma nella maggior parte dei casi le loro origini rimangono un mistero», dice Nicolas Lehner, co-autore dello studio e astrofisico presso l’Università di Notre Dame. «La Nube di Smith è certamente uno dei migliori esempi che dimostra quanto il riciclo del gas sia un meccanismo importante per l’evoluzione delle galassie». Sebbene questa scoperta risolva il mistero dell’origine della Nube di Smith, solleva anche numerose domande: come ha fatto la nube ad arrivare dove si trova ora? Quale evento può aver causato la sua espulsione dal disco della galassia, e come ha fatto a rimanere intatta? Potrebbe trattarsi di una regione di materia oscura, che passando attraverso il disco ha catturato gravitazionalmente il gas? Interrogativi che potranno trovare risposta solo nei prossimi studi su questo affascinante oggetto.
di Elisa Nichelli (INAF)