Il ponte più lungo del cosmo: 50 milioni di anni luce

Una domanda che ciascuno si è posto – da piccino o da adulto – almeno una volta nella vita probabilmente è: “ma che forma avrà l’universo?”. Se lo chiedete a un astronomo, questi vi potrà parlare della sua densità, della sua geometria, oppure dello spazio-tempo, entità che si sono generate assieme – e assieme vengono deformate nelle mille forme estreme che l’universo può assumere al proprio interno – nel momento stesso in cui è nato l’universo: il Big Bang. Nonostante il nostro punto di vista piuttosto limitato, qualcosa da qui dentro, sulla forma dell’universo – o meglio, sulla forma che tutte le sue componenti assieme assumono – la sappiamo: si chiama struttura su larga scala. È quella sorta di enorme “rete neurale” che dà un posto a tutte le “cose” presenti nel cosmo: agli ammassi di galassie (che occupano un ruolo di rilievo in quanto sono le strutture virializzate più grandi del cosmo) ai gruppi di galassie, alle galassie stesse – alle loro stelle e pianeti – e ai filamenti che le congiungono o congiungono gli ammassi stessi fra loro come enormi ponti cosmici, spesso invisibili alle lunghezze d’onda con cui il nostro occhio osserva il cielo. Non tutte le strutture e gli oggetti cosmici presenti in questa enorme rete però sono noti. Alcune perché oscure, altre perché troppo poco dense e difficilmente rivelabili. È questo il caso dei barioni mancanti – circa la metà di tutti quelli prodotti durante la nucleosintesi primordiale. Potenzialmente visibili o meno, ipotesi e deduzioni circa la presenza e la quantità di questi sconosciuti abitanti dell’universo dipendono strettamente dalla precisione con la quale si può ricostruire la struttura su larga scala dell’universo e la sua evoluzione nel tempo. In particolare, le simulazioni cosmologiche che fanno uso delle ricette del modello cosmologico standard (Lambda-Cdm) consentono di ricostruire la crescita delle strutture cosmiche e visualizzare la formazione di strutture via via più grandi a partire dalla fusione di strutture più piccole, e grazie alla presenza di filamenti gassosi che collegano fra loro gli ammassi di galassie. Ma cominciamo dall’inizio. Più o meno 13.8 miliardi di anni fa avveniva il Big Bang. È l’inizio dello spazio e del tempo, e con essi anche di tutta la materia. Se inizialmente il tutto era concentrato in un “punto”, l’espansione di questa gigantesca “nube di gas” in cui la materia era quasi uniformemente distribuita è cominciata e continuata inesorabilmente. Quasi uniformemente distribuita, è questa la chiave. In alcune parti la nube era un po’ più densa che in altre. Le zone più dense esercitavano forze gravitazionali leggermente più elevate, attirando il gas dall’ambiente circostante. Sempre più materia, quindi, si è concentrata in queste regioni nel tempo – e lo spazio tra di esse, di conseguenza, diventava sempre più vuoto. Il risultato di questo processo durato 13 miliardi di anni – e ancora in corso – è una sorta di struttura a spugna: grandi “buchi” senza materia, e regioni intermedie in cui si raccolgono migliaia di galassie in un piccolo spazio, i cosiddetti ammassi di galassie. E se davvero è proprio questo il processo, le galassie e gli ammassi dovrebbero essere ancora collegati da residui di questo gas, proprio come in una spugna, e un po’ come i fili sottilissimi di una ragnatela. «Secondo i calcoli, più della metà di tutta la materia barionica del nostro universo è contenuta in questi filamenti. È la stessa materia che compone stelle e i pianeti – la stessa di cui siamo composti noi stessi», spiega Thomas Reiprich dell’università di Bonn, primo autore di uno studio sull’argomento pubblicato su Astronomy & Astrophysics. «Eppure finora è sfuggita al nostro sguardo. A causa dell’enorme espansione dei filamenti, la materia in essi contenuta è estremamente diluita: solo dieci particelle per metro cubo – molto meno del miglior vuoto che possiamo creare sulla Terra». In questo studio, Reiprich e collaboratori hanno esaminato un oggetto celeste chiamato Abell 3391/95, un sistema di tre ammassi di galassie a circa 700 milioni di anni luce di distanza da noi. Grazie alle accuratissime radiografie di eRosita – il principale strumento di osservazione dello studio, accompagnato però anche da osservazioni radio Askap/Emu Early Science Survey e ottiche DeCam – gli scienziati hanno potuto sviscerare la struttura in ogni sua componente: non solo gli ammassi e le numerose singole galassie, ma anche i filamenti di gas che collegano queste strutture. Tra i due sistemi di cluster principali, la precisione di eRosita ha consentito infatti di rivelare un’emissione di gas su larga scala e con una buona risoluzione spaziale. Un vero e proprio ponte comprendente un gruppo di galassie note, ma non abbastanza per spiegare l’intera emissione. La maggior parte del gas nel ponte sembra caldo e diffuso, e le osservazioni offrono prove schiaccianti – secondo gli autori – che esso sia proprio il gas filamentoso caldo e primordiale che collega gli ammassi. L’intero filamento è lungo 50 milioni di anni luce, ma potrebbe essere ancora più grande: gli scienziati ritengono che le immagini ne mostrino solo una sezione. «eRosita dispone di rivelatori molto sensibili per il tipo di radiazione a raggi X che emana il gas nei filamenti», spiega Reiprich. «Ha anche un ampio campo di vista, e come un obiettivo grandangolare, può catturare una regione relativamente grande del cielo in una singola misurazione, per di più a una risoluzione molto alta. Questa combinazione unica ci consente di prendere immagini dettagliate di oggetti così grandi come i filamenti in un tempo relativamente breve». Per comprendere come il lavoro si inserisca nel contesto del modello cosmologico standard, i ricercatori hanno confrontato le osservazioni con i risultati di una simulazione che ricostruisce l’evoluzione dell’universo, Magneticum. «Le immagini di eRosita sono sorprendentemente simili alla grafica generata dal computer. Questo suggerisce che il modello standard ampiamente accettato per l’evoluzione dell’universo è corretto». La cosa più importante. nonché la conseguenza più eclatante di questa scoperta, è che i dati mostrano che la materia barionica mancante potrebbe essere nascosta nei filamenti. Media Inaf

Gn-z11 è ancora la galassia più antica e distante

Gn-z11 non è una nuova conoscenza: già nel 2016 attraverso le osservazioni di Hubble Space Telescope avevamo capito che la galassia è la più lontana e antica di tutte quelle che abbiamo finora osservato. Dalle analisi condotte con Hubble si è dedotto che la galassia si trovi a 13,4 miliardi di anni luce di distanza da noi e che si sia formata quando l’universo aveva solo 400 milioni di anni di età. Ora, attraverso i dati dell’Osservatorio Keck-I sito sul Mauna Kea, alle Hawaii, la scoperta ha ricevuto una conferma sperimentale indipendente. Lo studio, guidato dall’Università di Tokyo e pubblicato su Nature Astronomy, ha permesso di misurare la distanza di Gn-z11 sfruttando le frequenze ultraviolette. Siccome l’universo è in continua espansione, quando un oggetto lontano emette radiazione luminosa questa viene stirata mano mano che la sorgente si allontana da noi: una cosa in qualche misura simile a quello che avviene con il famoso effetto Doppler della sirena dell’ambulanza che si allontana da chi la ascolta – anche se nel nostro caso, più che di oggetti che si allontanano, dovremmo parlare di spazio fra loro che si estende. A causa di questo stiramento, le frequenze della radiazione emessa dalle galassie in allontanamento tendono ad arrossarsi – un fenomeno noto come redshift, o più propriamente come redshift cosmologico – e più la galassia è lontana più il redshift è grande, perché ha attraversato una porzione maggiore di universo in espansione. Per conoscere il redshift è però necessario conoscere le caratteristiche della radiazione inviata dalla sorgente per poterle confrontare con quelle della radiazione in arrivo. Il gruppo di ricercatori si è quindi concentrato su alcune firme lasciate dalle molecole di carbonio e di ossigeno nella luce ultravioletta che hanno delle caratteristiche riconoscibili anche una volta che la radiazione ha subito il redshift. «Abbiamo guardato alla luce ultravioletta proprio perché in quella regione dello spettro elettromagnetico ci aspettavamo di trovare quelle firme chimiche dopo il redshift» ha detto Kashikawa, il primo autore dello studio. «Hubble Space Telescope ha trovato altre firme simili nello spettro di Gn-Z11. Ma Hubble non è in grado di osservare le linee di emissione nell’ultravioletto al livello di dettaglio che ci serviva». Tramite lo strumento Mosfire del Keck-I tale livello di dettaglio è invece raggiungibile, e il team di ricercatori ha pertanto potuto ottenere – oltre a una conferma del risultato di Hubble – un risultato cento volte più preciso per il redshift, e quindi per la distanza, di Gn-z11. A meno di smentite future, quindi, la galassia Gn-z11 risulta la più lontana e antica che abbiamo mai osservato. Media Inaf

Mondi attorno a stelle di classe M

I complicati processi coinvolti nel processo di formazione planetaria sono ancora oggetto di studio. Il modello più accreditato per spiegare la formazione dei pianeti gassosi è il “core-accretion model“, che prevede prima la formazione di un nucleo roccioso di diverse masse terrestri tramite la coagulazione di planetesimali, seguita da una fase di accrescimento di gas dall’ambiente circostante appena il nucleo diventa sufficientemente massiccio. Questo e altri modelli proposti vengono testati sia attraverso lo sviluppo di modelli teorici, sia attraverso osservazioni mirate a verificare relazioni previste dai modello stessi. Ad esempio, un’importante conseguenza del core-accretion model è che la formazione di pianeti gassosi dovrebbe essere più comune attorno stelle ad alta metallicità, ossia con una maggiore abbondanza di elementi chimici più pesanti di idrogeno ed elio (chiamati “metalli” in astronomia), attorno alle quali la formazione di nuclei rocciosi massicci dovrebbe essere facilitata. La maggiore frequenza di pianeti gassosi attorno stelle ad alta metallicità è al momento verificata per stelle di classe spettrale FG e K (ossia con temperature tra 7500 e 3700 gradi kelvin). Questa relazione pianeta-metallicità non è però ancora verificata attorno alle stelle di classe spettrale M, più piccole e fredde, nonostante le diverse campagne di ricerca e caratterizzazione di pianeti attorno a stelle di questa classe. Una delle difficoltà maggiori nel determinare se tale relazione possa essere estesa alle stelle M è dovuta alla presenza di bande molecolari larghe e profonde nei loro spettri ottici, che spesso coprono e si confondono con le righe necessarie per determinare la metallicità delle stelle. Inoltre le stelle M sono poco luminose, richiedendo spesso lunghi tempi di osservazione per ottenere spettri con un buon rapporto segnale/rumore. L’astronomo Jesus Maldonado dell’Inaf di Palermo ha guidato uno studio mirato a determinare la relazione tra la presenza di pianeti (sia gassosi che rocciosi) da una parte e, dall’altra, la metallicità e la massa di 204 stelle di classe spettrale M, osservate con i due spettrografi “gemelli” Harps (dell’Eso, nell’emisfero sud) e Harps-N (nell’emisfero nord, alle Canarie, al Telescopio nazionale Galileo, dell’Inaf) durante campagne osservative mirate alla ricerca di pianeti con la tecnica delle velocità radiali. In questo studio, la metallicità delle stelle è determinata con una tecnica statistica innovativa basata su metodi bayesiani di analisi di righe spettrali e rapporti di intensità di righe. Questa analisi ha permesso di verificare che le relazioni tra la presenza di pianeti e metallicità valide per le stelle di classe spettrale FGK possono essere estese anche per le stelle M: anche queste stelle, infatti, mostrano una crescente probabilità di ospitare pianeti gassosi all’aumentare della metallicità, mentre nessuna relazione è osservata per pianeti terrestri. Gli autori dello studio hanno anche osservato una correlazione tra la presenza di pianeti gassosi e la massa della stella, anch’essa valida per le classi spettrali FGK. «I sistemi planetari si trovano intorno a un’ampia varietà di ospiti stellari, da nane brune e stelle di piccola massa a giganti rosse, pulsar e probabilmente nane bianche. Tuttavia, le nostre attuali conoscenze sulla formazione dei pianeti è ancora basata sull’analisi delle stelle di tipo solare. In particolare, per le stelle di piccola massa (nane M) non ci sono ancora degli studi chimici dettagliati. In questo lavoro sviluppiamo tecniche innovative per misurare le abbondanze chimiche di queste tipo di stelle. Il nostro scopo è quello di studiare le correlazioni tra la metallicità, le abbondanze chimiche, la massa della stella e la presenza di diversi tipi di pianeti», dice a Media Inaf Maldonado. «Troviamo che le nane M che ospitano pianeti gassosi mostrano una correlazione tra la metallicità del pianeta e una correlazione con la massa stellare. Le nane M che ospitano pianeti di piccola massa non sembrano seguire queste correlazione. Mostriamo, per la prima volta che non ci sono differenze nella distribuzione dell’abbondanza di elementi diversi dal ferro tra nane M con e senza pianeti conosciuti. Questi risultati possono essere spiegate con modelli di formazione di pianeti via core-accretion». Media Inaf

15 Dicembre 1964: l’Italia entra nello Spazio

Il 15 dicembre 1964, dall’area di lancio 3 della base americana di Wallops Island veniva lanciato e posto in orbita il satellite San Marco 1: l’Italia entrava di diritto nell’era spaziale e diveniva il terzo paese, dopo Stati Uniti e Unione Sovietica, ad avere costruito, lanciato, posto in orbita e controllato un satellite interamente con proprio personale. San Marco 1 fu inoltre il primo satellite in volo interamente costruito da un paese europeo. Lanciato con un razzo della classe Scout, San Marco 1 (peso totale 115.2 kg) rimase intorno alla Terra per circa 271 giorni, percorrendo un’orbita ellittica con apogeo di circa 850 km, perigeo di circa 200 km e periodo di circa 90 minuti. Lo strumento principale a bordo era la cosiddetta bilancia inerziale o “bilancia Broglio”, progettata e costruita da Luigi Broglio, considerato da tutti come il padre dello spazio italiano. La “bilancia Broglio” era uno strumento innovativo per l’epoca: consentiva di investigare la densità dell’atmosfera ad altissime quote (tra i 200 e 400 km), argomento di grande interesse data la frenetica corsa alla conquista dello spazio, misurando la resistenza dell’aria al moto orbitale del satellite. A bordo del San Marco 1 era anche alloggiato un esperimento secondario condotto da Nello Carrara, altro preminente scienziato italiano, atto ad investigare le proprietà della ionosfera. Il satellite San Marco 1 rientrò a terra alle 11:00 Utc del 14 settembre 1965. Ripercorriamo sotto le tappe principali che portarono a questo successo e i personaggi che fecero l’impresa.

La storia spaziale italiana (dei precursori, e ce ne sono di molto interessanti, scriverò un’altra volta…) inizia intorno al 1957-58 e ha, in Italia, due protagonisti principali: il professor Edoardo Amaldi (1908-1989) e il professore – nonché generale ispettore del Genio aeronautico – Luigi Broglio (1911-2001). La nascita delle attività spaziali nazionali fu agevolata dalla concomitanza di due fattori principali. Il primo fattore fu l’ottimo rapporto – e reputazione – che sia Amaldi che Broglio avevano con personaggi chiave – e di spessore – del mondo spaziale americano, quali gli italiani Luigi Crocco (1909-1986) e Antonio Ferri (1912-1975), entrambi emigrati in America dopo la guerra, l’ungherese Theodore von Kármán (1881-1963), emigrato in America a seguito delle leggi razziali, e l’americano Hugh Dryden (1898-1965), direttore scientifico della Nasa negli anni intorno al 1958. Il secondo fattore decisivo fu lo stato, che oggi usando una terminologia in voga in ambito spaziale si potrebbe definire “duale”, di Luigi Broglio: professore universitario e militare di carriera. Questo stato duale gli consentì di muoversi a suo agio, con competenza e autorevolezza, sia in ambienti accademici che militari: ciò permise sia la creazione, nel 1956, del Centro ricerche aerospaziali (Cra) dell’Università di Roma, con coinvolgimento dell’Aeronautica militare, che l’utilizzo della base militare di Salto di Quirra, in Sardegna, per il lancio di razzi Nike americani per esperimenti volti a studiare la dinamica dell’alta atmosfera. Le attività tecnico/scientifiche presso il Cra, il successo della campagna di lanci (anni 1960-1961) e le attività a essa collegate, in stretta collaborazione con la Nasa, aprirono la strada a progetti più ambiziosi sia sul fronte italiano che, soprattutto, americano, avendo dimostrato la competenza e affidabilità nazionale. Al fine di coordinare le attività “spaziali” nazionali nei diversi campi di interesse (missilistica, fisica dei raggi cosmici, fisica dell’atmosfera, astrofisica, etc.), valutare il possibile apporto italiano alle ricerche spaziali nell’ambito del Commitee on Space Research (Cospar) e in vista di possibili collaborazioni internazionali, l’8 settembre del 1959 viene creata all’interno del Cnr la Commissione per le ricerche spaziali (Crs), su iniziativa di Edoardo Amaldi e Luigi Broglio. La commissione, presieduta da Luigi Broglio, raccoglieva il fior fiore delle competenze nazionali nei diversi settori di interesse – oltre allo stesso Amaldi, Nello Carrara, Corrado Casci, Mario Boella, Gianpiero Puppi, Guglielmo Righini, Maurizio Giorgi, Rodolfo Margaria e Giuseppe Occhialini – e già dai verbali delle sue prime riunioni si accennava a un possibile programma nazionale. Finalmente nell’ottobre del 1961 viene ufficialmente approvato, dal governo presieduto da Amintore Fanfani (il “Fanfani III”), il Progetto San Marco, in stretta collaborazione con gli Stati Uniti, con un finanziamento assegnato di 4.5 miliardi di lire. A guida del progetto viene posto Luigi Broglio, presidente del Crs. Un Memorandum of Understanding sulle responsabilità reciproche nel progetto tra l’Italia (rappresentata da Luigi Broglio) e la Nasa (rappresentata da Hugh Dryden) venne firmato il 31 maggio 1962, a cui seguì, il 5 settembre 1962, l’approvazione ufficiale tra il vicepresidente del Consiglio dei ministri, Attilio Piccioni, e il vicepresidente degli Stati Uniti Lyndon B. Johnson, durante la visita di quest’ultimo in Italia. Il progetto, o collaborazione, “San Marco” prevedeva: una serie di satelliti di ideazione e costruzione italiana, ma di interesse anche americano, per attività tecnico/scientifiche; il training di personale italiano in tutte le fasi della messa in orbita (preparazione al lancio, lancio, messa in orbita e controllo orbitale); la costruzione e messa in opera di una piattaforma di lancio oceanica equatoriale, la prima a livello mondiale (di cui abbiamo già parlato in occasione della ricorrenza del lancio del San Marco 2). Nell’autunno del 1961 vennero presentati alla Nasa una serie di possibili progetti, attività ed esperimenti di interesse della “neonata” comunità spaziale italiana: gli esperimenti proposti coprivano una grande varietà di campi– dallo studio dei raggi cosmici (come proposto dalla forte comunità di fisici dei raggi cosmici capitanata da Edoardo Amaldi), allo studio delle particelle nella fascia di radiazione di Van Allen, allo studio dei raggi gamma provenienti dal Sole, allo studio del campo magnetico terrestre fino allo studio della densità dell’aria nell’alta atmosfera (come proposto dal gruppo di ricerca capitanato da Luigi Broglio).

Nel gennaio 1962 la Nasa selezionò come esperimento principale a bordo del satellite quello proposto dal gruppo capitanato da Luigi Broglio, argomento di grande interesse in quel periodo, data la fremente corsa alla conquista dello spazio e alla programmata missione lunare. Il Memorandum of Understanding con la Nasa prevedeva tre fasi ben distinte. Nella prima fase il team italiano doveva anzitutto familiarizzare con i vettori Shotput e Scout attraverso la conduzione di lanci suborbitali dalla base americana di Wallops Island sotto la supervisione della Nasa. Due i lanci suborbitali effettuati, il 21 aprile 1963 ed il 2 agosto 1963, portati a termine con successo per quanto riguarda, rispettivamente, il controllo in orbita dei sottosistemi e della strumentazione scientifica. Inoltre, doveva iniziare le attività di progettazione e costruzione della piattaforma di lancio equatoriale. La fase due prevedeva: a) la formazione conclusiva del personale italiano nell’assemblaggio del vettore Scout, nelle operazioni di lancio dalla base americana di Wallops Island e nelle operazioni di controllo dell’orbita; b) la messa in opera degli esperimenti a bordo del satellite; e c) l’analisi finale dei risultati sulla densità dell’atmosfera ad altissime quote (tra i 200 e 400 km) e sulle proprietà della ionosfera: tutti traguardi da raggiungere in maniera autonoma e tutti conseguiti con enorme successo con il lancio nel dicembre del 1964, con le congratulazioni degli osservatori della Nasa. Qui sotto un bellissimo spezzone dell’epoca sull’assemblaggio del vettore Scout e del San Marco 1. Per finire, la fase 3 prevedeva la messa in opera conclusiva della piattaforma di lancio oceanica equatoriale (al largo delle coste del Kenya) e la capacità di lanci autonomi italiani. Questa fase culminò con successo con il lancio, nell’aprile del 1967, del satellite San Marco 2.  «Grazie all’accordo con gli Stati Uniti, il 15 dicembre 1964, l’Italia avviava un’esperienza pioneristica per l’epoca che ha consentito di mettere in orbita il primo satellite scientifico di produzione nazionale, marcando così l’inizio dell’era spaziale italiana», ricorda l’attuale segretario del Comitato interministeriale per le politiche spaziali e aerospaziali di palazzo Chigi, l’ammiraglio Carlo Massagli, al quale mi sono rivolto per un commento sulla ricorrenza del lancio del San Marco 1. «In quegli anni – in cui nasceva anche l’Agenzia spaziale europea – si è dato avvio a una sorta di “rinascimento spaziale”, l’inizio di un rinnovamento culturale e scientifico che ha portato l’uomo a raggiungere confini inesplorati. Oggi l’Italia – attraverso i programmi nazionali, le cooperazioni bilaterali e la partecipazione ai progetti internazionali – è una delle poche nazioni al mondo a disporre di un comparto spaziale e aerospaziale caratterizzato da una filiera completa, cioè una integrale catena del valore spaziale di sistemi, prodotti e servizi. Con la legge 11 gennaio 2018, n.7 che ha conferito al presidente del Consiglio l’alta direzione e il coordinamento delle politiche spaziali del paese, si è riconosciuta la strategicità dello spazio per l’Italia. Dal 1964, la collaborazione nell’esplorazione spaziale con gli Stati Uniti si è ulteriormente rafforzata con la recente sottoscrizione degli Artemis Accords che il sottosegretario Fraccaro, per conto del governo italiano, ha firmato insieme ad altri sei paesi partner con gli Usa, consentendo all’Italia di essere il primo paese europeo a partecipare alla missione Artemis che punta a riportare, entro il 2024, l’uomo sulla Luna, nella prospettiva della successiva colonizzazione di altri corpi celesti (a partire da Marte). Cinquantasei anni fa, sfiorare le orbite spaziali era una sfida relegata alla ricerca scientifica e a sostenere un orgoglio da mostrare in ambito internazionale, oggi i servizi offerti dai satelliti sono parte della vita quotidiana. Servizi essenziali che sovente si considerano risorse universali, inesauribili e di cui spesso la società moderna sottovaluta l’assoluta dipendenza. Grazie a pionieri come Luigi Broglio, oggi “lo spazio è più vicino alla terra” e “il futuro della terra sarà sempre più legato al futuro dello spazio”». Nonostante le vicissitudini successive del programma San Marco, i suoi punti di debolezza (di cui parleremo un’altra volta) e le carenze endemiche nazionali, di cui spesso ci lamentiamo, siamo ancora ben presenti nel panorama spaziale internazionale e, soprattutto, siamo ancora in grado di dire la nostra. Basta per esempio sfogliare il recente Italian Report alla 43esima assemblea del Cospar per rendersi conto di ciò. Concludo dicendo che la data del 15 dicembre 1964 dovrebbe essere annoverata, insieme alla data del 27 aprile 1967 (lancio di San Marco 2 dalla nostra base di Malindi), tra le date importanti da ricordare nel Paese: ricordare la nostra storia spaziale dà spessore a quello che facciamo oggi. Media Inaf

Fossili nel cuore della Via Lattea

Come archeologi che scavano alla ricerca di testimonianze del passato, un gruppo internazionale di astrofisici è riuscito a penetrare oltre la fitta nube di polvere che avvolge il centro della Via Lattea (il rigonfiamento noto come bulge) portando alla luce oggetti antichissimi e fino a oggi sconosciuti: una nuova classe di sistemi stellari, che gli studiosi hanno battezzato “Frammenti fossili del Bulge”. Pubblicato su Nature Astronomy, lo studio è stato realizzato da un team di ricerca guidato da Francesco Ferraro del Dipartimento di fisica e astronomia “Augusto Righi” dell’Università di Bologna e associato all’Istituto nazionale di astrofisica (Inaf). La scoperta è arrivata dall’analisi di Liller 1, un sistema stellare nel bulge della nostra galassia che da più di quarant’anni era catalogato come “ammasso globulare”, ovvero un aggregato di milioni di stelle che hanno tutte all’incirca la stessa età. Gli ammassi globulari noti nella Via Lattea sono numerosi: se ne contano circa 150. Grazie ad una serie di osservazioni, gli studiosi hanno però scoperto che Liller 1 ha un’identità diversa da quanto si era creduto finora, e molto più affascinante: è infatti il frammento fossile di uno dei giganteschi agglomerati di stelle dalla cui fusione, 12 miliardi di anni fa, si è formato il cuore della nostra galassia.  «I risultati del nostro studio dimostrano in maniera inequivocabile che Liller 1 non è un ammasso globulare, ma qualcosa di molto più complesso», dice Ferraro, primo autore e coordinatore dello studio. «Si tratta di un relitto stellare, un reperto fossile nel quale è impressa la storia della formazione della Via Lattea».

Una conferma

I primi sospetti della possibile esistenza di questi “reperti archeologici cosmici” erano emersi alcuni anni fa, quando lo stesso gruppo di studiosi aveva scoperto un oggetto simile, chiamato Terzan 5. Anche in questo caso, l’apparenza era quella di un ammasso globulare nel bulge della nostra galassia, ma ad un’analisi più dettagliata erano emerse caratteristiche non compatibili con questa classificazione. Un caso isolato poteva però rappresentare solo una curiosa anomalia: la nuova scoperta relativa a Liller 1 porta invece a confermare che esiste in effetti una classe di sistemi stellari che fino ad oggi non era stata individuata.

Frammenti fossili

Ma quali sono le caratteristiche di questi Frammenti Fossili del Bulge? In apparenza si tratta di oggetti indistinguibili dai comuni ammassi globulari; andando però a vedere le età delle stelle che li abitano si scopre una differenza fondamentale. All’interno di questi sistemi ci sono infatti due popolazioni stellari diverse: una molto antica – formatasi attorno a 12 miliardi di anni fa – e una molto più giovane. Un elemento fondamentale, questo, che da un lato mostra come questi sistemi siano nati nella primissima fase di formazione della Via Lattea e dall’altro indica la capacità di innescare al loro interno eventi multipli di formazione stellare. «Le proprietà delle popolazioni stellari vecchie osservate in Liller 1 e in Terzan 5 dimostrano che entrambi questi sistemi si sono formati molto tempo fa, all’epoca della formazione della Via Lattea», spiega Barbara Lanzoni, professoressa dell’Università di Bologna e associata Inaf, coautrice dello studio. «D’altra parte, le popolazioni giovani sono più ricche di ferro e maggiormente concentrate nelle regioni centrali rispetto alle popolazioni vecchie, in accordo con quanto ci si aspetta in uno scenario di auto-arricchimento, in cui le stelle più giovani si formano da gas espulso dalla popolazione precedente».

Oltre le nubi

Arrivare a scoprire tutto questo non è però stato affatto semplice. Liller 1 si trova infatti in una delle regioni più opache della nostra galassia, dove spesse nubi di polvere oscurano fortemente la luce stellare, fino a renderla 10.000 volte più debole di quanto sia in realtà. L’unico modo per riuscire a “guardare” oltre queste nubi è attraverso la luce infrarossa. Per questo, gli studiosi si sono affidati a Gemini South, un potente telescopio di 8 metri di diametro, che si trova in Cile, dotato di una strumentazione in grado di correggere le distorsioni prodotte dall’atmosfera terrestre sulle immagini delle stelle. Gemini South ha permesso di ottenere una serie di immagini straordinarie di Liller 1, con una nitidezza senza precedenti, da cui è stato possibile realizzare una prima analisi dettagliata della sua popolazione stellare. Per avere un quadro definitivo della composizione di questo sistema stellare mancavano però ancora alcuni elementi. In particolare, serviva capire se tutte le stelle presenti nelle immagini facessero effettivamente parte di Liller 1 o se alcune di loro si trovassero semplicemente lungo la stessa linea di vista. Un ulteriore problema che gli studiosi sono riusciti a risolvere affidandosi a nuove osservazioni, fatte questa volta con il telescopio spaziale Hubble. «Una volta combinate tra loro, le immagini di Gemini e di Hubble hanno finalmente fornito una visione chiara e dettagliata delle stelle di Liller 1, escludendo efficacemente gli astri non appartenenti al sistema», dice Cristina Pallanca, ricercatrice dell’Università di Bologna e associata Inaf, coautrice dello studio. «La conclusione è stata una vera sorpresa: Liller 1 ospita almeno due popolazioni stellari con età drasticamente differenti, la prima si è formata circa 12 miliardi di anni fa, la stessa epoca di formazione della Via Lattea, mentre la seconda è molto più giovane, con un’età compresa tra 1 e 2 miliardi di anni». Una caratteristica sorprendente e del tutto simile a quanto era già stato scoperto per Terzan 5, al cui interno è presente una popolazione stellare vecchia quanto la Via Lattea e un’altra molto più giovane (4,5 miliardi di anni). «La scoperta che Liller 1 ha caratteristiche molto simili a quelle di Terzan 5 ha permesso di definire una nuova classe di sistemi stellari, originati da progenitori abbastanza massicci da poter trattenere il gas espulso ad altissima velocità dalle supernove. Quelli che osserviamo oggi sono solo frammenti di quelle gigantesche strutture», commenta Emanuele Dalessandro, studioso dell’Inaf – Osservatorio di Astrofisica e Scienza dello Spazio (Oas) di Bologna e coautore dello studio. Da qui la conferma dell’esistenza di questi sistemi stellari fino ad oggi sconosciuti, denominati “Frammenti Fossili del Bulge”, che rappresentano i resti di strutture massive primordiali da cui circa 12 miliardi di anni fa nacque il cuore della Via Lattea. «In questi reperti fossili è scritta la storia della formazione della nostra galassia, risalente ad un’epoca in cui l’Universo era ancora bambino: aveva solo un miliardo di anni», dice in conclusione il professor Ferraro. «Ora dobbiamo continuare a scavare ancora più a fondo: grazie a questi ‘ritrovamenti fossili’ possiamo infatti cominciare finalmente a rileggere questa storia, e forse a ridisegnare le nostre conoscenze riguardo alla formazione del bulge». Media Inaf

L’orbita estrema di Hd 106906b

Hd 106906 b è un esopianeta di 11 masse gioviane individuato con i telescopi Magellano dall’Osservatorio di Las Campanas, nel deserto di Atacama, in Cile. All’epoca della scoperta, nel 2013, gli astronomi non riuscirono tuttavia a ottenere alcuna informazione sulla sua orbita: i 110 miliardi di km (oltre 700 volte la distanza della Terra dal Sole) che lo separano dalla coppia di stelle madri – il sistema binario Hd106906 – erano troppi per ottenere qualsiasi informazione. Per farlo occorreva che si effettuassero misurazioni del movimento planetario molto accurate e precise per un lungo periodo di tempo. Una missione difficile, ma non impossibile. Lo Hubble Space Telescope, dopo 14 lunghi anni di osservazioni, è riuscito nell’impresa, ed è la prima volta che accade. Il gruppo di astronomi che ha analizzato i dati è rimasto sorpreso nello scoprire che il pianeta ha un’orbita estrema: molto inclinata, allungata ed esterna al disco di detriti – simile alla nostra fascia di Kuiper, la cintura di piccoli corpi ghiacciati oltre Nettuno – che avvolge le due stelle. Orbita che il pianeta, stimano gli autori dello studio pubblicato ieri su The Astronomical Journal, impiega ben 15mila anni per completare. «Per sottolineare la stranezza dell’orbita basta semplicemente guardare al nostro Sistema solare», dice il primo autore dello studio, Meiji Nguyen, dell’università di Berkeley, «dove tutti i pianeti si trovano all’incirca sullo stesso piano. Sarebbe bizzarro se, per esempio, Giove fosse inclinato di 30 gradi rispetto al piano in cui orbitano gli altri pianeti. Questo solleva molti interrogativi su come l’Hd 106906 b sia finito così lontano e su un’orbita così inclinata». Una teoria di come ciò sia potuto accadere c’è, e prevede che l’esopianeta si sia formato molto più vicino alle sue due stelle – circa tre volte la distanza della Terra dal Sole. Lì, il disco circumstellare del sistema binario potrebbe aver causato il progressivo decadimento della sua orbita, spingendolo ulteriormente verso le due stelle, al centro del sistema. Successivamente, le forze gravitazionali delle stelle gemelle potrebbero averlo spinto fuori dal sistema, portandolo nell’orbita eccentrica dove adesso si trova. A quel punto una stella nelle vicinanze potrebbe aver stabilizzando l’orbita dell’esopianeta, impedendogli di lasciare il sistema di origine. Uno scenario che potrebbe essere simile a quello che avrebbe portato l’ipotetico Pianeta X – o Planet Nine, com’è anche chiamato – lì dove secondo molti si trova: nella parte esterna del  Sistema solare, oltre la fascia di Kuiper. Secondo i ricercatori, anche il fantomatico Pianeta X potrebbe essersi formato nel Sistema solare interno, per essere poi allontanato dalle interazioni gravitazionali con Giove. Stelle di passaggio potrebbero averne infine stabilizzato l’orbita, impedendo che lasciasse il Sistema solare. «Nonostante a oggi non sia stato rilevato alcun Pianeta X, la sua orbita può essere dedotta dal suo effetto sui vari oggetti del Sistema solare esterno», osserva Robert De Rosa, astronomo dello European Southern Observatory e coautore dello studio. «Questo suggerisce che se un pianeta fosse effettivamente responsabile di ciò che osserviamo nelle orbite degli oggetti trans-nettuniani, questo dovrebbe avere un’orbita eccentrica e inclinata rispetto al piano del Sistema solare: simile a quella che stiamo vedendo con Hd 106906b». Gli scienziati intendono ottenere dati aggiuntivi su Hd 106906b utilizzando il prossimo telescopio spaziale targato Nasa, Esa e Csa, James Webb, per comprendere meglio il sistema planetario in questione. «Ci sono ancora molte domande aperte su questo sistema», conclude De Rosa. «Ad esempio, non sappiamo con certezza dove o come si sia formato il pianeta. Sebbene abbiamo effettuato la prima misurazione del movimento orbitale, ci sono ancora grandi incertezze sui vari parametri orbitali. È probabile che astronomi osservativi e teorici studieranno Hd 106906 negli anni a venire, svelando i molti misteri di questo straordinario sistema planetario». Media Inaf

Esplorando l’anticentro galattico

Il Sole, come altre stelle della Via Lattea, ruota con relativa calma attorno al centro galattico. Calma per modo di dire, visto che la nostra stella ruota (e noi con lei) a una velocità di circa 217 chilometri al secondo. Molti sono gli occhi attratti da quel centro, dove la Via Lattea è più densa e dove risiede un “tranquillo” buco nero supermassiccio. Immaginate di voltarvi dall’altra parte, invece di guardare anche voi verso il centro. Guardate nella direzione opposta, verso quello che viene definito anticentro galattico. Cosa vedreste? Ce lo racconta il team di Gaia, che ha dedicato parte del suo tempo a osservare quella direzione particolare, perché è proprio lì che possiamo vedere più chiaramente eventuali azioni di disturbo che la nostra galassia ha subito nel corso della sua storia. Guardando verso il centro galattico, ovviamente si osservano le regioni più interne della galassia – dove ci sono moltissime stelle, che si trovano principalmente nel disco – ma la nostra vista è purtroppo oscurata dalla polvere interstellare. Al contrario, verso l’anticentro, la linea di vista è molto meno ostacolata dalla cosiddetta “estinzione” e riusciamo a raggiungere la regione più esterna della galassia e a studiare non solo il suo disco, bensì anche l’alone. Per le stelle che risiedono nell’anticentro, gli effetti gravitazionali della galassia stessa sono minori e le perturbazioni in questa regione sono quindi più distintive. Con la Early Data Release 3 (Edr3) della missione Gaia dell’Esa si riesce a osservare, con la stessa precisione, quasi 2 kpc (circa 6500 anni luce) più lontano rispetto alla release precedente (Dr2). Ciò che si vede è che le parti esterne del disco sono complesse e piuttosto perturbate. Come per le altre galassie, queste parti esterne sono molto deboli e normalmente difficili da osservare. Ora però, grazie al nuovo catalogo di Gaia, si può effettivamente raggiungere questa parte del disco e studiarlo nel dettaglio. In particolare, nella direzione dell’anticentro galattico è possibile calcolare la componente azimutale e verticale della velocità delle stelle sulla base dei soli dati astrometrici di Gaia (moti propri e parallassi). La figura seguente mostra le due componenti della velocità – azimutale e verticale – in funzione della distanza dal centro galattico. Contrariamente alle aspettative, la dispersione della velocità in direzione verticale non diminuisce con la distanza ma si mantiene piuttosto costante. Si osservano oscillazioni significative e le curve sono più irregolari di quanto potrebbero fare supporre le differenze osservate nei vari campioni di popolazione. Si pensa che queste oscillazioni siano causate da risonanze e altri fenomeni dinamici. Proiettando su un piano (come riportato nella figura sottostante) la velocità azimutale rispetto alla distanza dal centro galattico, appaiono in modo evidente delle sotto-strutture cinematiche che, per la prima volta, vengono risolte nelle parti esterne della galassia. Si notano delle dorsali (strisce di stelle che appaiono più scure, poiché sono tante e vicine, nel piano del grafico) che già erano conosciute ma che si estendono oltre quelli che erano i loro limiti nella Gaia Dr2. Inoltre, ne compaiono di nuove. Sebbene sia noto che sia le barre che i bracci a spirale possono creare queste dorsali caratteristiche simili a creste, gli scienziati pensano che potrebbero essere state indotte da perturbazioni dovute alla vicina galassia nana del Sagittario. Si ritiene infatti che nel passato più recente della nostra galassia, la Via Lattea e la galassia nana del Sagittario si siano sfiorate. La galassia nana del Sagittario contiene poche decine di milioni di stelle ed è attualmente in procinto di essere cannibalizzata dalla Via Lattea. Il suo ultimo passaggio ravvicinato alla nostra galassia non è stato un colpo diretto, ma sarebbe stato sufficiente perché la sua gravità abbia perturbato alcune stelle della nostra galassia, come una pietra che cade nell’acqua. Usando Gaia Dr2, i membri del Dpac avevano già trovato una sottile ondulazione nel movimento di milioni di stelle che suggeriva gli effetti dell’incontro con il Sagittario tra 300 e 900 milioni di anni fa. Ora, utilizzando Gaia Edr3, hanno scoperto ulteriori prove che indicano i suoi forti effetti sul disco di stelle della nostra galassia. «I modelli di movimento nelle stelle del disco sono diversi da quello che credevamo», dice Teresa Antoja dell’Università di Barcellona, ​​che ha lavorato a questa analisi con i colleghi del Dpac. Sebbene il ruolo della galassia nana del Sagittario sia ancora dibattuto in alcuni ambienti, Antoja sostiene che «potrebbe essere un buon candidato per tutti questi disturbi, come mostrano alcune simulazioni di altri autori». Questa indagine sul disco della Via Lattea conferma che in passato era più piccolo di quanto sia oggi, e che è cresciuto nel tempo fino a raggiungere le dimensioni attuali. In particolare, si è scoperto che una popolazione di stelle che si ritiene essere l’antico disco della galassia – risalente a circa 10 miliardi di anni fa – ha un’estensione minore rispetto al disco attuale. I detriti della Salsiccia di Gaia-Encelado – quello che rimane di una galassia nana che si fuse con la Via Lattea tra 8 e 11 miliardi di anni fa – raggiungono distanze dal centro galattico più lontane di questo antico disco. I ricercatori hanno anche scoperto che, quando si divide il campione del disco in stelle che stanno sopra il piano galattico e stelle che stanno sotto, il loro comportamento è molto diverso. In particolare, le stelle con grande momento angolare si stanno muovendo dal basso verso l’alto, mentre le stelle con momento angolare leggermente inferiore si muovono preferenzialmente verso il basso. Una possibile interpretazione di questo comportamento potrebbe chiamare in causa una forza perturbatrice che piega il disco stellare, come per l’appunto quella indotta dalla galassia nana del Sagittario. Affacciandosi al bordo del disco, Gaia Edr3 consente di selezionare stelle che appartengono a strutture come la corrente del Sagittario della corrente dell’anticentro, che possono essere resti di galassie disgregate o stelle del disco con orbite altamente perturbate. Fino ad ora, queste sono state rilevate principalmente utilizzando conteggi di alcune popolazioni di stelle. Ora, grazie alle precise parallassi stellari e ai moti propri misurati da Gaia, possiamo selezionare e visualizzare queste strutture in un modo molto più dettagliato. Oltre al disco, in direzione dell’anticentro galattico, i dati di Gaia contengono anche i membri degli ammassi aperti Berkeley 29 (l’ammasso aperto più distante presente nella Galassia, posto a circa 15mila parsec da noi) e Saurer 1. Grazie alla Edr3 le loro orbite sono state determinate con un livello di confidenza elevato. Sebbene si trovino a grandi distanze dal centro galattico (a circa 20 kpc), si è scoperto che le loro orbite sono simili a quelle di dischi quasi circolari. Queste orbite non le collegano alla corrente del Sagittario, come precedentemente affermato: si trovano ad alte latitudini ma ruotano insieme al disco. L’esplorazione dell’anticentro galattico – sulla base dei dati Edr3 di Gaia – permette di svelare alcuni nuovi e interessanti dettagli della Via Lattea e dà un’idea, ora più che mai, di quanto sia “vivo” il disco della nostra galassia.

Sterminata clessidra di gas caldo nella Via Lattea

Una gigantesca struttura a clessidra che attraversa il disco della Via Lattea prima mappa completa del cielo realizzata dal telescopio a raggi X eRosita a bordo della missione spaziale russo tedesca Spectrum-Roentgen-Gamma (Sgr). I due lobi che la compongono sono stati ribattezzati dagli scienziati “bolle di eRosita” e mostrano una somiglianza molto marcata con le bolle di Fermi – gigantesche strutture della stessa forma osservate dal satellite Fermi una decina di anni fa. La spiegazione più convincente riguardo la natura di queste enormi strutture cosmiche è legata all’emissione di una massiccia dose di energia dal centro galattico in passato, quando l’attività del nucleo della Via Lattea era più intensa. Lo studio, che vede la partecipazione di ricercatori italiani e dell’Istituto nazionale di astrofisica, è stato pubblicato su Nature. L’enorme struttura bilaterale emersa dall’immagine composita del cielo di eRosita è costituita, nella regione australe, di un lobo circolare sottostante il disco galattico e che occupa quasi tutto il cielo. Una struttura molto simile è presente anche nell’emisfero boreale, e la sua parte più brillante prende il nome di “sperone del Polo Nord”: osservando solo quest’ultima, gli scienziati avevano ipotizzato che fosse il retaggio di una passata esplosione di supernova. Le due strutture vengono per la prima volta considerate insieme in questo studio, come parte della medesima gigantesca bolla a clessidra che fuoriesce dal centro galattico. «La grande area efficace nella banda dei raggi X “soffici” e il grande campo di vista hanno permesso a eRosita di scansionare in modo sufficientemente profondo tutto il cielo in meno di sei mesi, rivelando queste strutture che si estendono su una porzione significativa di esso», commenta Gabriele Ponti, ricercatore presso l’Inaf di Brera e coautore dello studio. Grazie alla sua elevata sensibilità, alla buona risoluzione spettrale e angolare e al ridotto background – o rumore di fondo – eRosita si conferma uno strumento unico per rilevare e studiare strutture diffuse. L’emissione a raggi X osservata da eRosita nella sua banda energetica intermedia (0.6-1.0 keV, ovvero circa mille volte quella dei fotoni della luce visibile), rivela la presenza di bolle giganti a vari livelli di intensità la cui dimensione intrinseca è grande quasi quanto l’intera Via Lattea, ovvero fino a 50mila anni luce di diametro. Queste “bolle di eRosita” mostrano una sorprendente somiglianza morfologica con le note “bolle di Fermi”, rivelate a energie molto superiori – nei raggi gamma – dall’omonimo telescopio spaziale. «Sebbene i due sistemi siano ben distinti, le bolle osservate da Fermi si trovano innestate al centro di quelle osservate da eRosita, in una conformazione che le fa sembrare connesse», continua Ponti. «Al momento non è ancora chiaro però se le due strutture siano associate a due episodi di attività distinti del nucleo galattico, o se invece siano due manifestazioni diverse dello stesso fenomeno». Ogni qualvolta si ha un’esplosione, ovvero un rilascio di energia su un tempo scala rapido, si creano shock che si propagano nel mezzo circostante. Un’esplosione nell’atmosfera terrestre, ad esempio, genera onde che si propagano e influenzano le condizioni della materia attorno a loro. Poiché le stesse leggi della fisica si applicano anche alle stelle, alla Via Lattea e all’universo, ci si aspetta in modo analogo che emissioni di energia al centro della Via Lattea creino shock nel materiale circumgalattico e lo possano scaldare ad altissime temperature – così alte che le onde elettromagnetiche emesse da questo materiale surriscaldato siano raggi X. La scoperta delle bolle di eRosita costituisce un passo avanti importante verso la comprensione del ciclo cosmico della materia all’interno e attorno alla Via Lattea, così come in altre galassie. Oggi tutte le stelle e le galassie che riusciamo a vedere costituiscono appena il 10 per cento della massa complessiva di materia ordinaria (o barionica) nell’universo. Gli scienziati ritengono che una percentuale significativa della materia ordinaria a noi oggi ancora “invisibile” risieda in tenui aloni attorno alle galassie nei filamenti che le collegano nella rete cosmica. Questi aloni sono caldi, con temperature di milioni di gradi e che li rende visibili solamente alle frequenze di un telescopio a raggi X. Le bolle viste ora con eRosita tracciano una parte del gas caldo e dinamico attorno alla Via Lattea, i cui moti possono essere stati prodotti da un’intensa attività di formazione stellare oppure da getti emessi dal buco nero supermassiccio che risiede nella regione centrale della Galassia. Sebbene ora esso sia quiescente, può essere stato molto attivo in passato, in analogia ai nuclei galattici attivi (Agn) osservati nelle galassie lontane. In entrambi i casi, l’energia necessaria ad alimentare la formazione di queste bolle giganti è enorme, pari a quella prodotta da 100mila supernove, un valore simile alle stime calcolate per i getti emessi da altri Agn. «Le cicatrici lasciate da questi getti impiegano molto tempo a guarire negli aloni», aggiunge Andrea Merloni, principal investigator di eRosita e ricercatore presso il Max Planck Institut für Extraterrestrische Physik. «Gli scienziati hanno cercato le impronte giganti di questa violenta attività passata in numerose galassie lontane». Le bolle di eRosita forniscono un forte supporto alle teorie circa le interazioni su larga scala fra il centro di una galassia e l’alone che la circonda – interazioni abbastanza energetiche da perturbare la struttura stessa, il contenuto energetico e la composizione chimica del mezzo circumgalattico. eRosita sta ora effettuando la seconda scansione completa e più dettagliata del cielo X, consentendo lo studio accurato delle abbondanze e del grado di ionizzazione degli elementi chimici che compongono il materiale di queste bolle, della temperatura e della densità del gas che emette radiazione X nelle bolle, e infine di stimare la posizione e i moti delle onde d’urto. «Mi riempie di gioia vedere che i primi risultati del progetto europeo “Hot Milk” sono ancora più interessanti di quel che speravamo», conclude Ponti, che è il responsabile scientifico di Hot Milk, finanziato lo scorso anno dall’Erc, il Consiglio europeo della ricerca. «La Comunità Europea ha creduto nell’importanza di questo progetto, ancora prima che eRosita fosse lanciato, e questi risultati non sono che l’inizio. Spero che nei prossimi anni riusciremo a comprendere in maniera ancora più approfondita come l’attività nel centro e nel disco di galassie che ora sono quiescenti, come la Via Lattea, possa scaldare il materiale circumgalattico, mantenere l’atmosfera galattica e produrre venti energetici». Media Inaf

Viaggio all’origine del ferro

Il ferro è uno di quegli elementi della tavola periodica di cui abbiamo esperienza continua e antichissima. Un meccanico ne possiede in quantità per gli strumenti e gli utilizzi più disparati, uno storico lo collegherà a una precisa e fondamentale epoca nella storia dell’umanità, un medico indicherà un parametro del sangue, un nutrizionista un elemento essenziale per la salute e un astronomo – probabilmente – penserà a una stella massiccia o a una supernova. Sono proprio quest’ultime le fabbriche universali e primordiali del ferro, i luoghi naturali in cui avvengono i processi in grado di sintetizzarlo. È così che viene forgiato il primo anello della lunga catena di conoscenze e tecniche impiegate dalle discipline menzionate in precedenza. Studi di evoluzione stellare confermano e accrescono da decenni la consapevolezza che il ferro sia prerogativa delle stelle più massicce, oppure di una classe particolare di supernove che ha origine dai sistemi binari di stelle di massa intermedia che si fondono assieme – le supernovae di tipo Ia. Proprio a causa di uno strano meccanismo a catena innescato dalla produzione del ferro – per il quale la stella necessita un contributo energetico esterno, invece di produrlo come durante la sintesi di qualunque altro elemento più leggero, dal carbonio all’ossigeno e fino all’elio – una stella non riesce più a vincere la pressione del suo stesso peso e continuare nella sintesi di elementi via via più pesanti e – dopo questo ultimo, pesante sforzo – termina la propria vita stabile nella sequenza principale. La sintesi di elementi ancora più pesanti – cioè con numero atomico superiore al ferro – ma altrettanto fondamentali per la vita, come il magnesio, è dunque delegata ad altre sedi: una seconda classe di supernove, ad esempio, quelle prodotte proprio dall’esplosione di una stella massiccia. Nonostante le teorie di evoluzione stellare su questo siano abbastanza concordi, i dettagli precisi sull’origine del ferro e degli altri elementi chimici pesanti – e, con essa, l’epoca cosmica nel quale furono maggiormente prodotti – rimangono elusivi, e la loro indagine è intimamente legata all’origine di quelle stelle che per prime hanno cominciato a illuminare l’universo, alcune centinaia di milioni di anni dopo il Big Bang. Per fare luce sul problema, molti ricercatori hanno studiato l’evoluzione chimica dell’universo utilizzando quasar lontani. Questo perché la storia associata alla formazione e all’evoluzione delle stelle massicce è destinata a guidare l’evoluzione chimica, oltre a far circolare materiale gassoso e a fornire energia termica e cinetica all’universo primitivo. Gli elementi pesanti come il ferro o i cosiddetti alpha elements – come il magnesio – nelle cosiddette Broad line region (Blr) dei quasar sono prodotti dall’esplosione di supernove generate delle stelle abitanti la galassia ospite. Grazie a Winered – lo spettrografo Echelle montato al telescopio di 3.58m di diametro New Technology Telescope (Nnt) dell’Eso, in Cile, con una elevata sensibilità nel vicino infrarosso – un gruppo di ricercatori guidati da Hiroaki Sameshima dell’istituto di astronomia dell’università di Tokyo ha condotto una campagna osservativa volta a studiare gli elementi pesanti nei quasar luminosi nell’universo primitivo, antichi nuclei galattici ferocemente energetici che emettevano luce quando l’universo aveva solo 2.4 miliardi di anni.La progettazione e realizzazione di questo nuovo spettrografo, sottolineano gli autori, è stata fondamentale per lo studio. A causa della strumentazione limitata infatti, tutte le precedenti osservazioni volte a indagare l’origine dei metalli hanno riguardato principalmente stelle vecchie e vicine – limitando il punto di vista e i risultati alla nostra galassia. «Montando lo strumento Winered su un grande telescopio, possiamo vedere più indietro nel tempo e possiamo osservare corpi più lontani, o più antichi, rispetto a quelli considerati negli studi precedenti. Ora possiamo vedere dettagli di quasar vecchi più di 10 miliardi di anni», spiega Sameshima. «Winered è un tipo speciale di spettrografo, può identificare le impronte chimiche presenti nella luce emessa da corpi lontani. Ci ha rivelato infatti le impronte digitali di ferro e magnesio nella luce di questi quasar, e questo ci ha permesso di calcolare l’abbondanza di questi elementi quando l’universo era molto più giovane dell’età alla quale si erano potuti spingere gli studi precedenti». Combinando gli spettri ottenuti di Winered con gli spettri ottici della survey Sdss, Sameshima e collaboratori hanno misurato le righe di emissione di magnesio e ferro, trovando che il loro rapporto non evolve rispetto ai dati ottenuti a redshift più bassi da altri studi, e trovandosi in accordo con i modelli di evoluzione chimica dell’universo. Questo risultato non solo conferma quanto atteso dalla teoria, ma funge da validazione di alcune assunzioni e correzioni statistiche di cui lo studio si è avvalso per sopperire, ad esempio, ai limiti circa il campione osservato. Una esaustiva comprensione della chimica dell’universo e della genesi degli oggetti pesanti – ad esempio, quanto del ferro che abbiamo nelle nostre vene proviene dall’inizio della storia del cosmo e quanto invece è stato prodotto vicino a noi? – dovrà passare attraverso l’aumento della statistica osservativa dei quasar lontani, e considerare anche quelli meno luminosi. Questo ulteriore passo sarà possibile utilizzando grandi telescopi, tra cui Tao, il prossimo da 6.5 m ottimizzato per l’infrarosso costruito in Cile dal progetto Tokyo Atacama Observatory. (Media Inaf)

Gaia Early Dr3, il miglior catalogo stellare di sempre

Un miliardo e ottocentoundici milioni, settecentonovemila settecentosettantuno. Questo il gran totale di stelle contenute nel catalogo della Early Data Release 3 (EDR3) della missione Gaia dell’Esa, che sarà reso pubblico alle ore 12:00 di oggi. Oltre alle posizioni delle stelle, per la stragrande maggioranza di esse il catalogo comprende anche misure delle distanze e dei lenti ma inesorabili movimenti celesti, nonché di luminosità e colore.  Un censimento minuzioso, il più dettagliato a oggi della Via Lattea, la galassia che rappresenta la “casa cosmica” per il nostro Sole e svariate altre centinaia di miliardi di stelle. I nuovi dati vanno a rimpiazzare il già ricco catalogo rilasciato dalla stessa Gaia nel 2018, raggiungendo una precisione ancora più elevata – del 30 per cento sulle distanze e del 50 per cento sui moti stellari – e un campionamento più omogeneo del cielo, grazie a oltre un anno di osservazioni aggiuntive e a una forte riduzione degli effetti sistematici. Questa preziosa banca dati permetterà un’analisi sempre più approfondita dell’universo a noi vicino, fornendo la materia prima per innumerevoli scoperte nell’indagine del nostro ruolo nel cosmo.

«L’obiettivo della missione Gaia di realizzare la più accurata mappa tridimensionale della nostra galassia è pienamente sostenuto dall’Italia», spiega Barbara Negri, responsabile dell’Esplorazione e dell’osservazione dell’universo dell’Asi, «che partecipa molto attivamente al Data Processing and Analysis Consortium (Dpac). In particolare, l’Asi sta gestendo le attività del Gaia Data Processing Center italiano presso Altec, Torino e quelle più scientifiche previste presso l’Asi Space Science Data Center (Ssdc), e fornisce anche un importante supporto al team scientifico di Inaf. In questo modo potranno essere garantiti al nostro Paese gli importanti ritorni scientifici nel campo dell’astrofisica».

Immagine della Grande Nube di Magellano (a sinistra) e della Piccola Nube di Magellano (a destra) basata sulla Early Data Release 3 della missione Gaia. In blu, verde e rosso sono tracciate rispettivamente le stelle più giovani, quelle di età intermedia, e quelle di età più avanzata. Osservando le stelle più giovani, si nota un “ponte” di stelle che dalla Piccola Nube fluiscono verso la Grande Nube. Crediti: Esa/Gaia/Dpac – Acknowledgement: These images were created by Laurent Chemin. The data for the creation of these images was based upon the paper “Gaia Early Data Release 3: Structure and properties of the Magellanic Clouds” by Gaia Collaboration, X.Luri, et al. 2020 A&A

Il centro di processamento dati a Torino è l’unico in Italia dei sei complessivi sul territorio europeo, interamente dedicato alla validazione astrometrica e contenente tutti i dati di missione per un totale ad oggi di oltre 1,5 petabyte, ovvero 1,5 milioni di gigabyte. L’Inaf vede coinvolte nel Dpac le sue strutture di Bologna, Catania, Firenze, Napoli, Padova, Roma, Teramo e Torino (dove risiede il management nazionale). «Tra i primi risultati scientifici, ottenuti durante la validazione del catalogo, spicca l’identikit completo di oltre 330mila stelle nei “dintorni” del Sole, ovvero entro una distanza di 100 parsec (equivalente a quasi 330 anni-luce, circa 20 milioni di volte la distanza tra la Terra e il Sole), che ricostruisce la loro distribuzione 3D e i loro moti, classifica le loro proprietà e individua tra esse i sistemi di stelle doppie. Prima di Gaia, si conosceva con precisione la distanza solo del 10 per cento di stelle entro questo volume», commenta Mario Lattanzi, dell’Istituto nazionale di astrofisica  e responsabile nazionale, per conto dell’Asi e dell’Inaf, della partecipazione nazionale alla missione Gaia. Ma i nuovi dati spaziano su tutta la galassia e oltre, rivelando i movimenti oscillatori delle stelle nelle frange più esterne della Via Lattea, nonché la rotazione delle stelle nella Grande Nube di Magellano, una delle galassie satelliti della nostra, e il “ponte” di stelle che fluiscono verso di essa dalla sua vicina, la Piccola Nube di Magellano. Oltre ai quasi 2 miliardi di stelle nel nostro angolo di universo, il catalogo comprende anche 1.6 milioni di quasar, i cuori di galassie lontane la cui enorme luminosità proviene dall’attività dei buchi neri supermassicci nei loro centri. Queste osservazioni del cosmo più remoto sono fondamentali per ancorare il nostro sistema “locale” di misure celesti, e con la precisione di Gaia hanno permesso di stimare l’accelerazione del Sistema solare nel suo moto intorno al centro della Via Lattea, pari a 7 millimetri al secondo nel corso di un anno, per la prima volta utilizzando dati in banda ottica. Lanciata nel 2013, Gaia scruta continuamente il cielo per compilare la mappa più precisa mai realizzata della nostra galassia, registrando la luce di stelle fino a un milione di volte più fioche di quelle visibili ad occhio nudo. Le prime due versioni del catalogo, rese pubbliche rispettivamente nel 2016 e 2018, stanno rivoluzionando la nostra visione della Via Lattea, di cui hanno permesso di sviscerare la formazione ed evoluzione per inserirla nel contesto cosmico globale, la storia di oltre 13 miliardi di anni dell’universo. Con una media di quattro articoli scientifici pubblicati al giorno, la missione ha un impatto significativo praticamente su tutte le branche dell’astrofisica.La Early Data Release 3 rappresenta il miglior catalogo astrometrico e fotometrico stellare di sempre. I ricercatori sono già al lavoro da mesi per realizzare la versione completa del terzo catalogo (Gaia Data Release 3), il cui rilascio è previsto per il 2022, con una serie di dati aggiuntivi tra cui la classificazione dei sistemi binari di stelle, e un catalogo esteso di asteroidi nel Sistema solare. Il satellite continuerà a raccogliere dati per almeno altri due anni (e indicativamente fino alla fine del 2025) e seguiranno ulteriori cataloghi man mano che i nuovi dati vengono processati e analizzati. Media Inaf

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