A oltre 13 miliardi di anni luce il quasar più lontano

Registrato il nuovo record in distanze cosmiche. A segnarlo, ancora e sempre lui, un distantissimo e luminosissimo quasar. A renderlo visibile agli esploratori del cosmo, il suo buco nero centrale supermassiccio: oltre 1.6 miliardi di volte più massiccio del Sole e oltre mille volte più luminoso dell’intera Via Lattea. La nuova distanza, in redshift, è pari a 7.6423±0.0013. Tradotto in anni luce, siamo oltre i 13 miliardi. L’universo allora aveva poco meno di settecento milioni di anni. A scovarlo e misurarne la distanza in modo precisissimo, un team internazionale di astronomi che si è servito delle incredibili e ormai irrinunciabili potenzialità dell’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (Alma) in Cile, del telescopio Magellan Baade di sei metri e mezzo, del telescopio Gemini North e W.M. Keck alle Hawaii, e infine del telescopio Gemini South in Cile. La nuova scoperta batte il precedente record di distanza stabilito tre anni fa per un oggetto della stessa classe, e gli scienziati hanno presentato le loro scoperte all’incontro dell’American Astronomical Society, ora in corso virtualmente, e in un articolo accettato per la pubblicazione dall’Astrophysical Journal Letters. Non c’è di che adagiarsi sugli allori, però: come accade nelle migliori competizioni sportive, stabilito un nuovo record, l’obiettivo immediato è quello di superarlo. «È teoricamente possibile trovare oggetti a distanze maggiori», dice a Media Inaf Roberto Decarli, ricercatore all’Inaf di Bologna e coautore dello studio. «Inoltre, empiricamente, il fatto che ora conosciamo tre quasar a redshift vicino a 7.5, tutti con buchi neri nell’ordine del miliardo di masse solari, suggerisce che quasar con buchi neri un pochino più piccoli siano già presenti nell’Universo ancor più giovane». Il problema però, spiega il ricercatore, è che questi oggetti meno massicci sono rari, via via più fiochi, e praticamente invisibili nell’ottico: caratteristiche che richiedono necessariamente l’ideazione di programmi osservativi volti a collezionare profonde immagini multi-banda in grandi aree del cielo – dell’ordine delle migliaia o decine di migliaia di gradi quadri – includendo anche la luce nel vicino infrarosso. Oggetti come i quasar nascono quando la gravità di un buco nero supermassiccio nel nucleo di una galassia attira materia prossima al centro dando vita attorno ad esso a un disco orbitante di materiale surriscaldato. Questo processo rilascia enormi quantità di energia, rendendo il quasar estremamente luminoso, tanto da “oscurare” la luce emessa dal resto della galassia. Al di là della scoperta, J0313-1806 – questo il nome dell’oggetto da record – è un prezioso rappresentante dei progenitori delle galassie massicce e potrebbe fornire elementi fondamentali per indagarne la nascita e, con essa, la formazione dei buchi neri supermassicci al loro interno. Il buco nero al centro infatti è due volte più massiccio di quello del precedente detentore del record, e la sua precocità rispetto all’età dell’universo porterebbe a escludere due dei modelli teorici messi a punto per spiegarne la formazione. «I modelli più accreditati suggeriscono che i primi buchi neri supermassicci si formino dalle esplosioni delle prime stelle – che formano “semi” di 100-1000 masse solari – oppure dal collasso diretto di enormi masse di gas – e che possono generare buchi neri con una massa iniziale da centomila fino a un milione di volte la massa del Sole», continua Decarli, spiegando che questi processi sono in grado di creare i primi semi in una o due centinaia di milioni di anni. Da lì in poi, i semi crescono fino alle masse osservate dell’ordine del miliardo di masse solari, attraverso l’accrescimento di gas. Tuttavia, il gas in accrescimento disperde energia sotto forma di radiazione luminosa – per noi un vantaggio, dato che rende i quasar a noi rivelabili, ma per i quasar uno “svantaggio”, poiché potrebbe ostacolare l’accrescimento del buco nero stesso. «Sarebbe questa crescita “autoregolata” a imporre un limite in termini di crescita per il buco nero. Ad esempio, in 400 milioni di anni un buco nero può crescere “solo” di quattro ordini di grandezza. Vuol dire che, nello scenario attuale, la massa iniziale del quasar appena scoperto doveva essere di circa 100mila masse solari a redshift 15: troppo per lo scenario di formazione che coinvolge la morte delle prime stelle», conclude Decarli. «Quindi, o invochiamo il secondo meccanismo – la creazione dal collasso diretto della riserva di gas – oppure richiediamo che l’accrescimento sia caratterizzato da una bassa efficienza radiativa – che il gas liberi, quindi, pochissima luminosità mentre precipita nel buco nero». Non sono finite qui, le sorprese di J0313-1806. Le osservazioni di Alma hanno infatti fornito dettagli anche riguardo la galassia ospite – proprio quella “oscurata” dalla prorompente attività in corso nel suo centro – mostrando che essa sta formando nuove stelle a un ritmo 200 volte superiore a quello della Via Lattea, un tasso piuttosto alto in galassie di età simile, che indica che la galassia sta crescendo molto velocemente. Parallelamente, gli scienziati hanno calcolato dalla luminosità del quasar che il buco nero sta inghiottendo l’equivalente di 25 Soli ogni anno. L’energia rilasciata da questa incessante abbuffata, dicono gli esperti, sta probabilmente alimentando un potente flusso di gas ionizzato che si muove a circa il 20 per cento della velocità della luce. Sono proprio flussi in uscita come questo che privano poco a poco la galassia del combustibile necessario alla formazione di nuove stelle, finendo per arrestarla. I buchi neri supermassicci al centro di galassie attive sono uno dei fenomeni più accreditati per spiegare le grandi galassie passive che si osservano nell’universo lontano. In J0313-1806, gli elementi di rilievo vi sono tutti: il buco nero centrale molto attivo, il vento generato da esso, l’elevato tasso di formazione stellare della galassia. Il “raffreddamento” – in termini di attività di formazione stellare, ma anche di spegnimento del buco nero centrale, che trovandosi senza più nulla mangiare arresterà la sua crescita – avviene in tempi successivi, ma la vera novità sta proprio nella datazione di questo fenomeno nella storia dell’universo. Media Inaf

Regali extraterrestri per Cina e Giappone

Le agenzie spaziali di Cina e Giappone festeggiano un Natale con regali extraterrestri. La prima consegna è avvenuta il 5 dicembre nel deserto di Woomera, in Australia, dove la nipponica Jaxa aveva ottenuto il permesso di fare atterrare la capsula contenente i campioni dell’asteroide Ryugu raccolti dalla missione Hayabusa 2 che, dopo avere sganciato il prezioso carico, ha continuato la sua corsa verso KY26, un altro asteroide. Il contenitore è stato trovato e raccolto in tutta fretta per evitare ogni tipo di contaminazione terrestre. Adesso è in Giappone dove si sono sincerati con soddisfazione che le fantasiose procedure “mordi e fuggi”, escogitate per raccogliere campioni dell’asteroide, hanno avuto successo. Un’ispezione a distanza ha rivelato la presenza di materiale che certamente ha qualcosa da raccontare a proposito delle fasi iniziali della storia del sistema solare. Una storia che non possiamo tracciare studiando le rocce terrestri perché noi viviamo su un pianeta la cui superficie è continuamente rinnovata dalla tettonica a zolle. Per trovare materiale veramente primitivo bisogna andare a grattare le comete o gli asteroidi che sono rimasti immutati dall’epoca della loro formazione e hanno una lunghissima memoria. Per il Giappone è la ripetizione in grande stile, e senza intoppi, della prima missione Hayabusa, che aveva avuto una lunga serie di problemi, riuscendo, però, in modo quasi rocambolesco a riportare a Terra, sempre in Australia, qualche granello della polvere dell’asteroide Itokawa. Quando alla Jaxa si sono sincerati che si trattasse effettivamente di materiale extraterrestre, la notizia era stata annunciata dal primo ministro. Adesso il raccolto è decisamente più abbondante, e le aspettative sono alle stelle. Grande curiosità anche per il contenuto del modulo di rientro della missione Chang’e 5, l’ultimo successo nell’avventura lunare dell’agenzia spaziale cinese, atterrata il 16 dicembre in un angolo di Mongolia. Si tratta del primo tentativo cinese di effettuare la raccolta automatica di campioni lunari, una manovra complessa che, fino ad ora, era riuscita per tre volte all’Unione Sovietica che, dal 1970 al 1976, aveva riportato a Terra 330 grammi di suolo lunare. Poca cosa rispetto ai 382 chilogrammi raccolti dagli astronauti delle missioni Apollo, ma pur sempre un successo tecnologico che il programma spaziale sovietico aveva perseguito con incredibile perseveranza incassando una sequenza di ben 6 fallimenti consecutivi prima della riuscita di Luna 16, nel settembre 1970, grossomodo 50 anni fa. Allora, il primo esempio di sample return non aveva fatto notizia perché l’attenzione del mondo era concentrata sulle missioni umane, molto più mediatiche di una sonda robotica. Senza gli astronauti a rubare la scena, oggi il successo cinese viene giustamente riconosciuto anche perché si tratta dei primi campioni lunari che arrivano a Terra dopo uno iato di 44 anni. Chang’e 5 è allunata in un punto geologicamente diverso da quelli, molto antichi, scelti dalla Nasa per le missioni Apollo. La Cina ha esplorato una regione relativamente giovane, dove si spera di trovare qualcosa di diverso rispetto ai siti degli allunaggi Apollo. I campioni, che dovrebbero essere stati raccolti da un trapano capace di scavare fino a due metri di profondità, saranno messi a disposizione degli scienziati di tutto il mondo, con la probabile eccezione di quelli americani. Dopo tutto, la legge Usa impedisce agli scienziati cinesi di ottenere i campioni raccolti dalle missioni Apollo, difficile immaginare che il favore non venga restituito. Media Inaf

Il mistero della Blue Ring Nebula

Nel 2004, gli scienziati del Galaxy Evolution Explorer della Nasa hanno individuato un oggetto diverso da qualsiasi altro nella Via Lattea: una grande e debole bolla di gas che sembrava avere una stella al centro. Alle lunghezze d’onda ultraviolette utilizzate dal satellite, la bolla appariva blu – anche se in realtà non emette luce visibile all’occhio umano – e attente osservazioni hanno identificato due spessi anelli al suo interno. Il team ha quindi soprannominato l’oggetto Blue Ring Nebula. Nei successivi 16 anni, l’hanno studiato con diversi telescopi spaziali e terrestri, ma più cose hanno appreso di lui, più è sembrato misterioso. Un team di scienziati, tra cui Guðmundur Stefánsson dell’Università di Princeton, ha combinato osservazioni terrestri con dettagliati modelli teorici per studiare le proprietà dell’oggetto, e il 18 novembre ha pubblicato ciò che ha scoperto su Nature. La maggior parte delle stelle nella Via Lattea si trova in sistemi binari: coppie di stelle in orbita l’una attorno all’altra. Se sono abbastanza vicine tra loro, mentre si evolvono e si espandono, una delle stelle può inghiottire la sua compagna, portandola a spiraleggiare finché non si scontrano, fondendosi. Quando la compagna perde la sua energia orbitale, può espellere materiale ad alta velocità. Questa sembra essere l’origine della misteriosa Blue Ring Nebula. Ulteriori prove a sostegno di questa ipotesi sono venute dalle osservazioni con due diversi spettrografi montati su grandi telescopi terrestri: lo spettrografo ottico Hires sul telescopio Keck da 10 metri, in cima a Maunakea alle Hawaii, e lo Habitable-zone Planet Finder nel vicino infrarosso, al telescopio Hobby-Eberly da 10 metri, presso il McDonald Observatory in Texas, un nuovo spettrografo nel vicino infrarosso che Stefánsson ha aiutato a progettare, costruire e mettere in funzione per rilevare i pianeti attorno alle stelle vicine. «Le osservazioni spettroscopiche sono state fondamentali per permetterci di comprendere ulteriormente l’oggetto, dove vediamo che la stella centrale appare come gonfiata, oltre che segni di accrescimento probabilmente derivante da un disco di detriti circostante», spiega Stefánsson. «I dati spettroscopici accoppiati con i modelli teorici mostrano che la Blue Ring Nebula è coerente con l’immagine di un sistema stellare binario che si fonde, suggerendo che la compagna che ha spiraleggiato verso l’interno era probabilmente una stella di piccola massa», conclude Keri Hoadley, del Caltech, prima autrice dell’articolo. (Media Inaf)

Chi non muore si rivede, Voyager

Le Voyager, le sonde gemelle Nasa lanciate nell’ormai lontano 1977, detengono il doppio record di manufatti spaziali più antichi e più lontani attualmente in attività. D’altra parte, questi record sono lame a doppio taglio, perché comunicare con oggetti così lontani, situati a miliardi di chilometri dalla Terra, è terribilmente difficile.

Il Deep Space Network è l’insieme di antenne radio con cui la Nasa comunica con le sue sonde: ci sono tre stazioni, una negli Stati Uniti a Goldstone, una a Madrid e una a Canberra, in Australia, che permettono di comunicare con qualunque sonda si trovi nello spazio profondo, al di là dell’orbita lunare. Le tre stazioni, dotate ognuna di tre antenne da 34 metri di diametro e di una più grande da 70 metri, sono situate sul globo terrestre in modo tale da evitare zone d’ombra: ogni punto dello spazio può, in linea di principio, essere puntato da un’antenna del Deep Space Network.

Nel 1989 la Voyager 2 fece è un sorvolo del polo nord di Nettuno per dare un’occhiata al suo satellite Tritone. Questa traiettoria, che è poi rimasta invariata fino a oggi, ha portato la sonda ad allontanarsi al di sotto del piano su cui orbitano i pianeti. Oggi, la Voyager 2 si trova così a sud rispetto a tale piano, che nessuna delle antenne dell’emisfero boreale è in grado di vederla.

La Deep Space Station 43 (Dss43), così si chiama l’antenna da 70 metri di Canberra, è l’unica in linea di vista e abbastanza potente da poter dialogare con la Voyager 2. La Dss43 è anche piuttosto antica, il trasmettitore con cui comunica con la sonda risale a ben 47 anni fa, quando l’antenna fu costruita.

Per questa ragione, al Deep Space Network hanno pensato fosse il momento di aggiornare l’elettronica dell’antenna, rendendola più al passo con i tempi. Da marzo scorso, quindi, la Dss43 è andata offline per eseguire l’aggiornamento e i necessari test per verificarne il funzionamento, una fase che dovrebbe terminare a febbraio 2021. Per testare le capacità del nuovo trasmettitore, il 29 ottobre scorso gli operatori della Voyager 2 hanno inviato una serie di comandi alla sonda per la prima volta da marzo. La sonda, che nel frattempo aveva continuato a viaggiare in autonomia e inviare segnali sul suo stato di salute ricevuti con le antenne più piccole di Canberra, ha poi inviato un segnale di ritorno, per far capire che aveva ricevuto il messaggio della Dss43.

«Ciò che rende questo compito unico è che stiamo lavorando a tutti i livelli dell’antenna, dal sostegno al terreno fino ai dispositivi al centro del disco», dice Brad Arnold, il poject manager del Dsn al Jet Propulsion Laboratory californiano. «Questo test di comunicazione con la Voyager 2 ci ha detto chiaramente che siamo sulla strada giusta.» L’aggiornamento del Deep Space Network è importante anche in vista delle missioni Artemis e di Perseverance, che potranno giovare di un’antenna più moderna e potente per le comunicazioni con la Terra (Media Inaf)

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