L’universo non brilla quanto dovrebbe

Perché le galassie non sfornano tante stelle quante dovrebbero? Ogni anno nascono una manciata di stelle nuove nella Via Lattea, e molte altre brillano nell’universo. Ma gli astronomi hanno osservato che le galassie dovrebbero generarne un numero molto maggiore, stando al quantitativo di gas interstellare a loro disposizione. I ricercatori dell’MIT e della Michigan State University hanno costruito un modello teorico che descrive come gli ammassi di galassie possono regolare la formazione stellare. Nel loro articolo, in pubblicazione questa settimana sulla rivista Nature, descrivono questo innovativo modello. Quando il gas intergalattico si raffredda, condensa e collassa formando nuove stelle. Gli scienziati hanno a lungo pensato che qualcosa impedisse al gas di raffreddarsi abbastanza da permettere la formazione di altre stelle, ma cosa provocasse questo effetto è rimasto da sempre un mistero.

Ammasso della Chioma

L’ammasso della Chioma

Per alcuni ammassi di galassie, dicono i ricercatori, il gas intergalattico potrebbe semplicemente essere troppo caldo, dell’ordine di centinaia di milioni di gradi Celsius. Anche se una regione dovesse sperimentare un raffreddamento, l’intensità del calore circostante impedirebbe alla regione di raffreddarsi ulteriormente, un effetto noto come conduzione.«Sarebbe come mettere un cubetto di ghiaccio nell’acqua bollente. La temperatura media rimarrebbe molto alta», dice Michael McDonald, ricercatore presso il Kavli Institute for Astrophysics and Space Research dell’MIT. «A queste super-temperature la conduzione appiattisce la distribuzione di temperature, e questo impedisce la formazione di nubi fredde, all’interno delle quali potrebbero formarsi stelle». Per avere i cosiddetti ammassi di galassie con “nuclei freddi”, il gas nelle vicinanze del centro deve essere abbastanza freddo da poter formare stelle. Tuttavia, una porzione di questo gas raffreddato può scivolare verso il buco nero al centro di una galassia, che poi sputa fuori materiale caldo. Il materiale emesso riscalda a sua volta i materiali circostanti, impedendo la formazione di stelle. Questo effetto viene chiamato “feedback dovuto alla caduta”.«Alcune stelle si formeranno, ma prima che il processo prenda piede, il buco nero riscalderà tutto di nuovo. È come il termostato dell’ammasso», dice McDonald. «La combinazione di conduzione e feedback dovuto alla caduta fornisce un quadro semplice e chiaro di come la formazione di stelle funzioni negli ammassi di galassie».Nell’universo esistono due grandi classi di ammassi di galassie: quelli con nucleo freddo, ovvero quelli che si raffreddano rapidamente e formano stelle, e quelli con nucleo non freddo, ovvero quelli che non hanno tempo sufficiente per raffreddarsi. L’ammasso della Chioma, un ammasso non freddo, è ricco di gas che arrivano a temperature di 100 milioni di gradi Celsius. Per poter formare stelle questo gas dovrebbe raffreddarsi per miliardi di anni. Al contrario, l’ammasso di Perseo ha il nucleo freddo, e le temperature del suo gas interstellare arrivano a qualche milione di gradi Celsius. Dal raffreddamento del gas presente nell’ammasso di Perseo nascono occasionalmente nuove stelle, anche se non quante previste dagli scienziati.«La quantità di combustibile per alimentare la formazione stellare supera di dieci volte la quantità di stelle osservate. Questi ammassi dovrebbero essere molto più ricchi di stelle”, spiega McDonald. “C’è bisogno di un meccanismo che impedisca al gas di raffreddarsi, altrimenti l’universo dovrebbe avere circa dieci volte più stelle di quante ne vediamo».McDonald e i suoi colleghi hanno sviluppato un modello teorico che tiene conto di due meccanismi anti-raffreddamento. I ricercatori hanno calcolato il comportamento del gas intergalattico basandosi su valori medi di raggio, massa, densità e temperatura per un ammasso. Quello che hanno trovato è che c’è una temperatura critica di soglia al di sotto della quale il raffreddamento del gas accellera in maniera significativa, causando un raffreddamento del gas abbastanza rapido da permettere la formazione di stelle. Stando a questo modello teorico, ci sono due meccanismi differenti che regolano la formazione stellare, a seconda che l’ammasso di trovi sotto o sopra al soglia di temperatura. Per ammassi significativamente al di sopra della soglia, la conduzione ammortizza la formazione di stelle: i gas circostanti sono troppo caldi perché possano sopravvivere sacche di gas freddo, mantenendo il materiale dell’ammasso ad alte temperature. «Questi ammassi caldi non potranno mai formare stelle, perché la loro temperatura non potrà mai abbassarsi abbastanza”, dice McDonald. “Una volta che entrano in questo regime di alte temperature, il raffreddamento è inefficiente e gli ammassi rimangono per sempre ad alte temperature». Per gas intergalattici a temperature al di sotto del valore di soglia è molto più facile formare stelle. Nonostante ciò, in questi ammassi il feedback dovuto alla caduta interviene e regola la formazione stellare: mentre il gas si sta raffreddando e condensa in nubi che possono formare stelle, le nubi stesse possono scivolare verso un buco nero, e il buco nero può emettere getti di materiale caldo nell’ammasso, riscaldando l’ambiente nei dintorni del gas e impedendo la formazione di altre stelle.

L'ammasso di Perseo osservato dal telescopio Chandra. Crediti: NASA/CXC/SAO

L’Ammasso di Perseo

«Nell’ammasso di Perseo vediamo questi getti in azione sul gas, con bolle, increspature e fronti d’onda”, aggiunge McDonald. “Ora abbiamo una buona idea di cosa inneschi questi getti, ovvero il gas precipitato verso il buco nero». Mc Donald e i colleghi hanno confrontato il loro lavoro teorico con le osservazioni di ammassi di galassie distanti, e hanno trovato che la loro teoria concorda con le differenze osservate tra differenti ammassi. Il team ha raccolto dati del telescopio ad alte energie Chandra X-ray Observatory e del South Pole Telescope, un osservatorio nell’Antartide che cerca ammassi di gallassie estremamente massicci. I ricercatori hanno studiato l’andamento dei tempi di raffreddamento di ogni ammasso di galassie noto, confrontandolo con la loro teoria, e hanno scoperto che gli ammassi si suddividevano in due popolazioni: quella degli ammassi a lento raffreddamento e quelli a raffreddamento rapido. Questi due gruppi sono molto vicini al valore di soglia predetto dallo studio teorico. Usando il proprio modello, McDonald sostiene di poter predire l’evoluzione degli ammassi di galassie e la loro formazione stellare. «Abbiamo costruito un binario su cui gli ammassi si sono posizionati», dice McDonald. «L’aspetto elegante e semplice di questo modello è che ci si trova ancorati ad uno dei due scenari per un tempo molto lungo, finché non avviene qualcosa di catastrofico, come uno scontro frontale con un altro ammasso». I ricercatori sperano di poter analizzare meglio il comportamento di questo modello, per scoprire se il meccanismo che regola la formazione stellare negli ammassi si applichi anche a singole galassie. I primi dati a nostra disposizione sembrano suggerire di sì. «Se riuscissimo ad usare queste informazioni per capire perché le stelle si formano o non si formano attorno a noi avremmo fatto un enorme passo avanti in questo campo», conclude McDonald.

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Un anno in appena otto ore e mezzo su Kepler 78b

Un anno in appena otto ore e mezzo. È quello che ci troveremmo a vivere se abitassimo su Kepler 78b, un pianeta a 700 anni luce dal nostro pianeta e grande più o meno uguale. È l’unica somiglianza però, sulla sua superficie vive un oceano di lava grazie a 3000 gradi Kelvin della sua superficie, 2726 gradi celsius. Ora questo pianeta non è però il detentore del record dell’anno più breve: membri dello stesso gruppo di ricercatori del MIT che lo hanno scoperto, avevano in precedenza trovato KOI 1.843,03, con un periodo orbitale di circa la metà, 4 ore e un quarto. La differenza, che ha portato alla pubblicazione su The Astrophysical Journal, è che i ricercatori sono stati in grado, per la prima volta, di rilevare la luce emessa da un pianeta così piccolo. Questa luce, una volta analizzata con telescopi più grandi, può dare agli scienziati informazioni dettagliate sulla composizione della superficie del pianeta e le proprietà riflettenti di Kepler 78b. Il pianeta è così vicino alla sua stella che gli scienziati sperano di misurare la sua influenza gravitazionale sulla stella. Tali informazioni possono essere utilizzate per misurare la massa del pianeta, che potrebbe rendere Kepler 78b il primo pianeta delle dimensioni della Terra al di fuori del nostro sistema solare la cui massa è nota. Secondo il team di astronomi, guidati dal professore emerito di fisica Saul Rappaport, ha stabilito che il pianeta per poter mantenere la sua orbita così vicina alla sua stella madre, dovrebbe essere incredibilmente denso, fatto quasi interamente di ferro – in caso contrario, le immense forze di marea prodotte dalla stella vicina, lo avrebbe fatto a pezzi. Il gruppo di ricercatori, che sta analizzando i dati del satellite Kepler per trovare pianeti con l’orbita più stretta possibile, è stato in grado di rilevare la luce emessa dal pianeta misurando la quantità di luce complessiva oscurata ogni volta che il pianeta passava dietro la stella. I ricercatori ipotizzano che la luce del pianeta è probabilmente una combinazione di radiazioni dalla superficie riscaldata e la luce riflessa della superficie materiali, quali lava e vapore atmosferico. Dalle misurazioni di Keplero 78b, il team ha determinato che il pianeta è circa 40 volte più vicino alla sua stella di quanto lo sia Mercurio al nostro Sole. La stella intorno a cui Kepler 78b orbita è probabilmente relativamente giovane: ruota infatti più di due volte più veloce del Sole – un segno che la stella non ha avuto tutto il tempo di rallentare. L’inabitabile mondo di lava di Kepler 78b non esclude del tutto la possibilità di pianeti abitabili, di breve periodo. “L’orbita intorno a una nana bruna – dice l’autore Josh Winn, professore associato di fisica del MIT – potrebbe essere molto vicina ma con una temperatura ancora abitabile”. Certo è che se volessimo vivere le quattro stagioni al tempo della musica di Vivaldi l’orbita non dovrà durare più di 45 minuti.
di Francesco Rea (INAF)

Verso l’ora zero

Per quanto indietro nel tempo siano riusciti ad andare con le loro osservazioni, gli astronomi hanno sempre trovato stelle con tracce di carbonio e ossigeno. Il che vuol dire che esse avevano già sfruttato elementi formati dalla fine di compagne precedenti. La scoperta dell’ora zero, in cui l’Universo ha iniziato a costruire i suoi attori principali, era ancora lontana.
Riuscire a stabilire le “ore zero” delle varie fasi evolutive dell’Universo  è un punto cardine nella ricerca continua della storia della sua infanzia. Sappiamo che dopo il Big Bang le ore zero sono state moltissime e in rapidissima successione: il primo protone, il primo elettrone, il primo nucleo atomico, il primo atomo di idrogeno.  Anche se basata essenzialmente su ipotesi teoriche, la loro comparsa segue una “scaletta” temporale abbastanza ben definita.
Di sicuro sappiamo che a un’età di circa 380 000 anni, l’Universo ha terminato una fase importantissima e ne ha iniziata un’altra, quella definitiva. In quell’ultima ora zero conosciuta, esso è riuscito a mandare la sua luce verso lo spazio non più ultradenso. Nello stesso momento, però, il Cosmo è diventato oscuro perché nuova luce non poteva crearsi. Un lampo di luce, subito smorzato.
All’interno di quella nebbia di idrogeno impenetrabile, ha avuto luogo l’ultima ora zero, forse la più importante per ciò che l’Universo è oggi: la nascita dei grandi attori del Teatro del Cosmo, le stelle e le galassie. Un’ora zero nascosta e che finora restava nel vago: quando e come l’idrogeno è riuscito a condensarsi e a dar luogo alla prima reazione nucleare che ha prodotto la luce necessaria per disperdere la nebbia?
Sicuramente nel giro di un miliardo di anni, un lasso di tempo troppo ampio per essere considerato un’ora zero chiara e netta.  In mezzo alla nebbia, gli attori si riuscivano, comunque, a scorgere. Si battevano record: 13, 13.1, 13.2 miliardi di anni fa… Eravamo vicini al momento critico, fondamentale per tutta la storia dell’Universo? Forse sì, ma quegli oggetti restavano ancora misteriosi, esistevano sicuramente, ma non si riuscivano a studiare abbastanza bene per sapere se erano madri o figlie di madri ormai scomparse. La loro carta d’identità era illeggibile… i primi segni chiari della loro composizione chimica si riferivano a oggetti molto più vicini a noi, risalenti a non più di 11 miliardi di anni fa. Ed essi erano chiaramente figli, contenendo i semi trasmessi dai loro genitori: carbonio, ossigeno e altri elementi pesanti. Al MIT californiano sono riusciti a fare il salto definitivo. Hanno preso “il toro per le corna”. Localizzato il quasar più antico osservato finora, relativo a qualcosa che ha inviato la sua luce verso di noi circa 750 milioni di anni dopo il Big Bang, hanno deciso che dovevano analizzarlo come mai prima si era fatto.
Hanno costruito uno spettrometro infrarosso dedicato e l’hanno piazzato dietro al fantastico telescopio Magellan del Cile.
La carta d’identità del quasar è diventata leggibile, tutti i dati relativi alle varie lunghezze d’onda sono apparse nitide. Non è facile essere sicuri di ciò che si vede, dato che è  sempre molto più difficile trovare qualcosa che non c’è piuttosto che confermare qualcosa che c’è. Alla fine, però, la risposta è sembrata unica: nessun elemento, buon elemento! Solo idrogeno, niente carbonio, ossigeno, silicio, ferro e magnesio…
Quel quasar e il gas che lo avvolge è primordiale, non ha avuto genitori. Forse l’ultima ora zero, quella più importante per la formazione di ciò che ci circonda, è stata scoperta! Le prime bolle di sapone formatesi dall’idrogeno primordiale.
Se confermata, attraverso l’analisi di altri quasar pronti a essere investigati da Magellan, l’astrofisica moderna ha valicato uno dei muri più alti che ancora ne vietava la comprensione.
Cuccioli stellari, i primi nati in un mondo sconosciuto e che ancora non sapeva cosa sarebbe diventato. Scusate… ma a me fa molta tenerezza e non posso che commuovermi di fronte a un “vero” piccolo enorme passo della conoscenza umana… Altro che le pietre di Marte, contaminate da noi stessi… Ed è costato sicuramente di meno… Forse è per quello che nessuno ne parlerà in TV…
Boccaccia mia, stammi zitta!!
Di Vincenzo Zappalà (Astronomia.com)
Vedi articolo “I mattoni delle prime stelle: osservata la materia più antica dell’Universo” del 6 dicembre

Di nuovo in azione le gemelle lunari

Si chiamano Ebb e Flow, cioè “alta marea” e “bassa marea”, e da venerdì scorso sono entrate in una nuova fase della loro missione. Sono le due sonde gemelle che compongono la missione Gravity Recovery and Interior Laboratory (GRAIL), lanciata dalla NASA per studiare la gravità lunare e, attraverso questa, la struttura interna del nostro satellite naturale. Alle 18 e 30 circa, ora italiana, di venerdì 31 agosto lo strumento scientifico a bordo di ognuna delle due sonde, il Lunar Gravity Ranging System, è stato acceso, dando ufficialmente il via alla seconda fase di raccolta dati della missione. In quel momento le due sonde stavano orbitando a circa 30 kilometri di altezza dall’Oceano delle Tempeste. La prima parte della missione era andata dal 1 Marzo al 29 Maggio.
La missione, che durerà fino al prossimo 3 dicembre, permetterà agli studiosi di studiare anche le minime variazioni della gravità lunare e in questo modo di scrutare centimetro per centimetro la struttura e la composizione interna della Luna. Ogni  cratere, montagna e canale verrà preso in considerazione.
Maria Zuber, responsabile della missione GRAIL per il MIT di Cambridge, ha affermato entusiasta che la prima missione  di Ebb e Flow, nello scorso marzo, ha permesso di mappare il suolo lunare con grande precisione  e con immagini ad alta risoluzione. Le due sonde voleranno all’altitudine più bassa e sicura possibile. Durante la precedente missione le due gemelle gravitavano a circa 55 chilometri dalla superficie lunare, mentre in questa fase della missione la distanza è stata più che dimezzata, arrivando a circa 23 chilometri. La distanza tre le due sonde, invece, varia leggermente a seconda della maggiore o minore gravità esercitata dal satellite, in presenza o meno, quindi, di rilievi montuosi o crateri.
“Le gemelle” ha detto David Lehman, il project manager del GRAIL presso il Jet Propulsion Laboratory della NASA a Pasadena (California), “hanno resistito bene all’eclissi lunare dello scorso 4 giugno”.
I dati raccolti dalle sonde della NASA vengono trasmessi dall’una all’altra e da entrambe alla sala di controllo tramite segnali radio. Tramite queste informazioni gli studiosi saranno in grado di realizzare la più accurata mappa della gravità lunare mai realizzata.
di Eleonora Ferroni Coelum

Ma i marziani siamo noi?

Li abbiamo immaginati verdi con le antenne. Ma si sa che a volte la realtà supera la fantasia. Presto potremo scoprire che in verità i marziani siamo noi. Da quando Darwin, più di 150 anni or sono, formulò la teoria dell’evoluzione delle specie, tutti sanno sin dalla scuola elementare che tutte le forme di vita sulla Terra discendono da un comune progenitore, comparso più o meno 3,5 miliardi di anni fa in circostante ancora da chiarire. Quello che oggi un numero crescente di scienziati sospetta è che questa sia solo la seconda parte della storia. Una storia iniziata molto prima e molto più lontano. Il microrganismo “numero zero” poteva non essere autoctono, bensì immigrato. Nato su un altro pianeta, Marte, e trasportato quaggiù a bordo di un meteorite. Se le cose stanno davvero così, ce lo dirà uno strumento sviluppato da ricercatori del Massachusetts Institute of Technology (MIT) e Università di Harvard.
E come dimostrare il legame di parentela, se non attraverso il fatidico test del DNA? Anche sul Pianeta Rosso, frammenti di materiale genetico (DNA o RNA) potrebbero essere cruciali per risalire alla verità, come nelle migliori indagini poliziesche. È quello che intendono cercare Christopher Carr e Clarissa Lui del Dipartimento di Scienze della Terra, Atmosferiche e Planetarie del MIT, insieme al biologo molecolare Gary Ruvkun, del Massachusetts General Hospital e Harvard University, attraverso il Search for Extra-Terrestrial Genomes (SETG). Lo strumento è stato presentato nel corso della IEEE Aerospace Conference in Montana.
L’idea che i marziani siamo noi può sembrare balzana, ma gli indizi a sostegno non mancano. Primo, nelle prime fasi del Sistema Solare, il clima sui due pianeti rocciosi attigui, Marte e Terra, erano molto più simili di quanto non siano adesso, quindi la vita che si è sviluppata sull’uno potrebbe aver avuto chance anche sull’altro. Secondo, è un fatto che circa un miliardo di tonnellate di rocce abbiano viaggiato da Marte verso la Terra, raschiate via dall’impatto di asteroidi. E per questioni di dinamiche orbitali, è 100 volte più semplice per le rocce viaggiare da Marte a Terra che viceversa. Terzo, i microrganismi riescono a sopravvivere nello spazio interplanetario e resistere allo shock di violenti impatti. Pertanto, se la vita si fosse sviluppata là, i microrganismi marziani potrebbero aver contaminato la Terra e tutte le specie potrebbero essere discendenti di un extraterrestre.
I ricercatori del MIT si sono messi in testa di scoprirlo. Intendono raccogliere campioni di suolo marziano, isolare qualsiasi traccia microrganismi o resti fossili vi sia, separare il materiale genetico e analizzarlo con le stesse tecniche che si usano nelle indagini forensi sulla Terra. Obiettivo: cercare similitudini con le sequenze del DNA terrestre (il DNA può preservarsi fino a un milione di anni e, sebbene ogni specie abbia il suo specifico codice, alcune porzioni sono praticamente universali). L’impresa è ardua, senza dubbio. Poggia, però, su basi solide. Sonde e rover spediti su Marte hanno mostrato che, un tempo, c’era acqua allo stato liquido, e forse ce n’è ancora nel sottosuolo, condizione imprescindibile per la vita.
Ci vorranno altri due anni per completare il prototipo del dispositivo SETG. Per il momento, non è ancora stato “prenotato” da una delle prossime missioni in partenza per Marte. Se in futuro spiccherà il volo a bordo di una sonda, abbinato a un rover scavatore, sarà il primo caso di CSI nello spazio.
FONTE INAF