Euclid è la missione ESA dedicata allo studio dell’universo oscuro.

Nuovo e importante traguardo per Euclid ‒ la missione dell’Agenzia spaziale europea dedicata allo studio dell’universo oscuro ‒ con la consegna dei primi tre rilevatori dello spettrofotometro Nisp, quella che potremmo definire la “retina” di un occhio tecnologico per osservare il cielo nel vicino infrarosso.

Buone notizie, dunque, per quella che sarà un’avventura che vedrà l’Italia protagonista. Il nostro paese è infatti coinvolto nel progetto Euclid sia per ciò che riguarda la realizzazione di due degli strumenti a bordo (quello per immagini nel visibile Vis e il già citato Nisp per fotometria e spettroscopia nel vicino infrarosso) sia con la responsabilità di gestione del segmento di terra e della survey.

Con i microfoni di Media Inaf abbiamo raggiunto Luca Valenziano, ricercatore dell’Istituto nazionale di astrofisica e operation manager dello strumento Nisp. È lui a occuparsi del coordinamento delle attività italiane sullo strumento spettrofotometrico come pure del coordinamento dello strumento in volo.

Luca Valenziano. Istituto nazionale di astrofisica, Iasf Bologna.

A che punto siamo? Come sta Euclid e quanto manca alla consegna finale degli strumenti di volo?

«Stiamo preparando i modelli di qualifica per gli strumenti di bordo, quindi siamo in una fase intermedia del lavoro in cui i modelli meccanici sono ormai stati verificati e si inizia a verificare la performance degli strumenti con modelli di qualifica che sono in parte sono stati consegnati, come nel caso di Vis, mentre per Nisp bisognerà aspettare settembre. Successivamente questi modelli diventeranno un modello di verifica funzionale e a fine anno saranno pronti per la consegna a Esa. Siamo a un anno e mezzo dalla consegna finale degli strumenti di volo. Mentre, per ciò che riguarda la riduzione dati, posso dire che il segmento di terra, che è di responsabilità italiana, sta affrontando le review intermedie per essere pronto a iniziare con i test finali. Poco meno di un anno e dovremmo esserci».

La dark matter è un argomento piuttosto gettonato in fisica e astrofisica. E sono più d’uno gli strumenti in funzione o in cantiere che si occuperanno di questa componente tanto elusiva dell’universo che abitiamo. In cosa si distingue Euclid e perché il suo lavoro potrebbe essere tanto importante per la scienza?

«Certo esistono strumenti che fanno ricerca diretta della materia oscura, partendo dal decadimento delle particelle che la compongono. Esperimenti di alte energie sono oggi specificamente dedicati alla misura diretta della dark matter. Ma bisogna tener conto che Euclid, in confronto a tutti gli altri strumenti che sono in preparazione, misura la posizione di miliardi di galassie nello spazio e ottiene una mappa tridimensionale del cosmo. Andando in profondità, Euclid si muove nel tempo, osservando di fatto l’evoluzione delle caratteristiche di dark matter e dark energy durante la storia dell’universo. La copertura degli strumenti consente di ottenere errori di misura estremamente piccoli e quindi distinguere con estrema chiarezza fra modelli di possibili universi, di gravità modificata o di evoluzione della gravità in funzione della storia dell’universo. Potremo dunque capire, per esempio, se la relatività di Einstein vada modificata su scale cosmologiche».

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Illustrazione di un Agn al centro di una galassia. Si notano il buco nero supermassiccio, il gas caldo che cade su di esso e i getti che ne sfuggono lungo i poli. Crediti: Nasa/Cxc/M. Weiss

Siamo abituati a pensare alle galassie come a grandissime nubi di stelle. Ma le stelle non sono i loro soli costituenti: nelle regioni centrali di ogni galassia si trova un enorme buco nero, di massa compresa fra un milione e un miliardo di volte quella del Sole. Nella maggior parte dei casi, e vale anche per la nostra galassia, questi buchi neri sono in fase dormiente ed è molto difficile rivelarli. All’incirca nel 10 per cento delle galassie, invece, il buco nero è tutt’altro che dormiente, e nelle sue vicinanze viene emessa una quantità di radiazione persino superiore a quella dell’intera galassia che lo ospita: sono i nuclei galattici attivi (Agn, dall’inglese active galactic nuclei), fra cui per esempio i quasar.

L’emissione prodotta dagli Agn spazia su tutto lo spettro elettromagnetico, dalle onde radio ai raggi gamma, passando attraverso l’infrarosso, la banda visibile, i raggi ultravioletti e i raggi X. In queste bande intermedie si concentra la radiazione dovuta al materiale in caduta sul buco nero. Nelle bande più estreme (radio e gamma) si trova l’emissione, ancora più rara, prodotta da getti di gas ionizzato e accelerato da intensi campi magnetici. In questi getti il materiale viaggia a velocità prossime a quelle della luce e si propaga nello spazio anche oltre le dimensioni della galassia ospite, in quelle che vengono chiamate radio galassie.

Di fatto, gli Agn sono i migliori laboratori che abbiamo a disposizione per studiare come si comportano lo spazio e il tempo nelle immediate vicinanze degli oggetti più densi e massicci, e per testare ad esempio la teoria della relatività generale, oltre che moltissimi aspetti del comportamento dei plasmi e dell’accelerazione delle particelle. Inoltre, grazie alla loro luminosità, gli Agn possono essere scoperti fino a grandissime distanze, e rappresentano quindi insostituibili sonde per studi cosmologici. Infine, sebbene gli Agn siano in genere localizzati in una piccolissima regione al centro della galassia ospite, vi sono forti indicazioni che essi siano in grado di influenzarne le proprietà generali: il loro studio è quindi fondamentale anche per la comprensione dell’evoluzione delle galassie.

Studi in corso e domande aperte

Il primo e fondamentale problema nello studio degli Agn è, come spesso accade, quello di come trovarli. Per quanto luminosi, anch’essi diventano deboli quando vengono osservati a grande distanza. Inoltre, le regioni centrali delle galassie sono spesso tanto polverose da assorbire gran parte della radiazione prodotta e da rendere difficilmente visibili gli Agn. Nei prossimi anni ci si aspetta che il telescopio a raggi X eRosita potrà scoprire circa 3 milioni di nuovi Agn. Lo Square Kilometre Array ne fornirà poi una visione complementare basata sulle onde radio.

0,1 anni luce: è la dimensione (approssimativa) della regione in cui gli Agn emettono una luminosità spesso superiore a quella dell’intera galassia che li ospita

Un’altra tematica fondamentale è quella di come gli Agn incidano sull’evoluzione della galassia ospite. È ormai assodato che le proprietà delle galassie e dei buchi neri al loro centro sono fortemente legate fra loro. Gli Agn rivestono probabilmente un ruolo fondamentale nello stabilire questa relazione fra buchi neri e galassie ma i dettagli di questa interazione (il cosiddetto feedback) sono ancora tutti da chiarire.

Vi è infine la sottoclasse degli Agn radio emittenti, e quella ancora più rara degli Agn emittenti nei raggi gamma, i blazar. I dettagli di come la materia possa sfuggire al buco nero rimangono tuttora misteriosi e richiedono un approccio combinato con strumenti ad altissima risoluzione angolare (la Very Long Baseline Interferometry, Vlbi, in banda radio) e ad alta energia, sia dallo spazio (coi satelliti Agile e Fermi) che da terra (con il prossimo Cherenkov Telescope Array).

Il coinvolgimento dell’Istituto nazionale di astrofisica

I ricercatori dell’Inaf studiano gli Agn in tutte le bande dello spettro elettromagnetico, servendosi di strumenti da terra e dallo spazio. Per gli Agn con emissione radio, vengono inoltre utilizzate regolarmente le parabole Inaf di Medicina, Noto e Srt, sia come antenne singole che come elementi di una rete Vlbi. I ricercatori Inaf sono anche fortemente attivi nella interpretazione teorica e nello sviluppo di modelli numerici per descrivere le proprietà degli Agn.


L’autore: Marcello Giroletti è ricercatore Inaf presso l’Istituto di radioastronomia di Bologna

Su Media Inaf potrai trovare, mano a mano che verranno pubblicate, tutte le schede della rubrica dedicata a Voci e domande dell’astrofisica, scritte dalle ricercatrici e dai ricercatori dell’Istituto nazionale di astrofisica

Guarda il videoscribe di MediaInaf Tv:

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In azzurro le 22 orbite del Grand Finale di Cassini; in arancio l’ultima orbita parziale seguita dalla sonda fino al 15 settembre 2017, quando brucerà nell’atmosfera di Saturno. Crediti: NASA/JPL-Caltech

Nella mattinata del 27 aprile la sonda Cassini è felicemente riemersa dal primo tuffo spericolato nella sottilissima fessura, larga meno di 2500 km, che separa l’atmosfera di Saturno dai suoi anelli. Un’orbita eccentrica – la prima delle 22 previste nel Grand Finale della missione – ha portato la navicella più vicino a Saturno di qualunque altro veicolo spaziale.

Durante il sorvolo ravvicinato, Cassini si è trovata ad appena 3mila km sopra lo strato di nubi che avvolge Saturno, di cui ha già spedito a Terra alcune fugaci immagini, mentre il bordo dell’anello più interno scorreva a soli 300 km di distanza dalla sonda.

Immagine non processata dell’atmosfera di Saturno ripresa dalla sonda Cassini durante il primo sorvolo ravvicinato dei 22 previsti per la parte finale della misisone. Crediti: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

Gli scienziati non avevano certezza che quella piccola “zona franca” fosse effettivamente abbastanza sgombra in modo da non costituire pericolo per la sonda, ma le previsioni rassicuravano sul fatto che eventuali detriti presenti non sarebbero stati più grandi di particelle di fumo. Tuttavia, alla velocità di 124mila km/h a cui Cassini ha percorso lo stretto corridoio, anche particelle così piccole avrebbero potuto danneggiare il satellite.

Come misura precauzionale, la sonda ha usato la sua antenna ad alto guadagno per le telecomunicazioni a mo’ di scudo, orientandola in direzione dell’anello, da cui potevano provenire eventuali particelle. Cassini ha quindi potuto ricontattare la Terra solo 20 ore dopo il passaggio ravvicinato, iniziando a scaricare i dati scientifici nel mentre ottenuti.

Il prossimo tuffo è previsto a breve, il 2 maggio. Stay tuned!

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Una schermata del gioco

Let’s go to Mars, andiamo su Marte. È l’invito del videogame messo a punto dagli scienziati del consorzio Upwards (Understanding Planet Mars With Advenced Remote-sensing Datasets and Synergistic Studies), un progetto finanziato dal programma europeo H2020. Il progetto, del quale fa parte anche l’Inaf Iaps di Roma, ha come obiettivo la raccolta e l’analisi dei dati disponibili dalla missione europea Mars Express e da altre missioni marziane.

Il gioco, invece (disponibile gratuitamente per Android, iOS e in versione per Windows), a chi è rivolto? Lo abbiamo chiesto a Marco Giuranna dell’Inaf Iaps di Roma, uno fra i ricercatori di Upwards.

«Il videogioco è stato sviluppato per il grande pubblico, dai 12 ai 99 anni. È un’app per tutte le età, non è necessaria nessuna conoscenza di Marte per iniziare a giocare. Eppure, alla fine di questa esperienza, siamo sicuri che grandi e piccini, divertendosi, avranno imparato molte cose sul Pianeta rosso, così lontano e diverso per certi aspetti, eppure così simile alla Terra per altri».

Che tipo di gioco è?

«È una vera e propria missione scientifica. Quando inizi l’esperienza di questo videogioco, ti rendi subito conto che gli “upwardiani”, gli scienziati dell’equipaggio, hanno bisogno di te per raccogliere dati da Marte e continuare a indagare sulle diverse domande ancora aperte. Dovrai raccogliere campioni della superficie marziana, del sottosuolo, dell’atmosfera, della polvere, del ghiaccio, ecc. Tutti questi dati aiuteranno gli upwardiani a cercare di risolvere i diversi pezzi del puzzle marziano: perché l’atmosfera sta svanendo? Quale è la fonte di metano? Come si formano le tempeste di polvere globale? Esiste l’acqua liquida sotto la superficie? È possibile la vita su Marte?»

E come funziona? Voglio dire, quando inizio a giocare, qual è la mia missione?

«Let’s go to Mars – Andiamo su Marte è un’avventura grafica scientifica in cui il giocatore deve sbarcare su Marte, esplorare la superficie del pianeta, costruire una base permanente per l’arrivo dei colleghi, raccogliere e analizzare i campioni marziani e affrontare i molti pericoli che esistono sul pianeta rosso. Il gioco è ambientato in un futuro, ormai non molto lontano, in cui l’uomo sbarcherà su Marte per la prima volta per costruire la prima colonia umana permanente sul pianeta. Un grande equipaggio di scienziati, ingegneri, professori e persino giornalisti, viaggia verso Marte a bordo di un grande veicolo spaziale: “The Big”.

Ebbene, proprio tu sei stato selezionato per atterrare su Marte per primo, e preparare tutto il necessario per ospitare i passeggeri del The Big prima del loro arrivo. Poiché non hai nessun budget, dovrai utilizzare pezzi da una precedente missione fallita (H-O1) e sfruttare le diverse risorse disponibili sulla superficie del pianeta. Ma la tua missione è anche scientifica. Dovrai raccogliere importanti dati sul Pianeta rosso che aiuteranno gli scienziati di The Big (gli upwardiani) a garantire la sopravvivenza della futura colonia.

Ma Marte non è un buon posto per vivere. Polvere, polvere e ancora polvere accecante, vortici incontrollati, frane, freddo estremo… devi prenderti cura di te stesso e monitorare i livelli di ossigeno, le tue riserve di cibo e il tuo stato d’animo: La futura colonia di Marte dipende da te».

Altra schermata del gioco

Vedo dalle schermate che pullula di personaggi…

«Sì, s’incontrano diversi personaggi nel gioco, da intelligenze artificiali a marziani veri e propri. Puoi anche scegliere se giocare come Ana Tamayen, un’astronauta russa caratterizzata dalla sua disciplina, dalla sua leadership, dall’efficienza e dall’amore per i dolci cremosi e per la musica dei Beatles, o come Emilio, scelto per questa missione solo a causa di un errore nel processo di selezione, il cui senso nullo di orientamento, le vertigini e l’allergia alla polvere lo rendono l’uomo meno adatto per questo viaggio. Ma il mio personaggio preferito è sicuramente John Carter, il pilota della precedente missione fallita (H-O1). Dopo tutti quegli anni vissuti da solo su Marte, è diventato un eremita ed è completamente fuori di testa… Ma è un sopravvissuto, e conosce molti segreti su Marte».

A proposito di scopi, veniamo al vostro: siete scienziati, perché avete sviluppato un videogioco?

«Noi scienziati, astrofisici e planetologi siamo contenti di questo videogioco perché è un modo divertente e diverso di comunicare il nostro lavoro. Attraverso questa app, non solo stiamo mostrando le conoscenze più avanzate che abbiamo su Marte, stiamo anche condividendo la passione e l’eccitazione per l’esplorazione».

E sta piacendo? Spesso questi giochi didattici riscuotono più successo fra ricercatori e insegnanti che fra i ragazzi… 

«Sta andando molto bene. In poco tempo ha totalizzato più di 50mila download e il numero è in continuo aumento. È stata una bella soddisfazione per noi vedere che i ragazzi si divertono anche con il videogioco. Questo perché ci sono molti personaggi divertenti, richiami a film o libri famosi, ed è un’avventura nella quale si può davvero imparare qualcosa su Marte. Il tuo assistente personale è un’intelligenza artificiale di nome Al Schiaparelli 9000, dal carattere piuttosto rozzo “come tutti i modelli 9000”. È un chiaro tributo ad Hal 9000, il supercomputer di bordo della nave spaziale Discovery nel film 2001: Odissea nello spazio di Stanley Kubrick».

Ana Tamayen

Altre citazioni? Sia dalla realtà che da film e romanzi?

«Durante il gioco avrai l’opportunità di costruire un rover utilizzando i pezzi di ExoMars 2018, missione Esa realmente esistente che partirà verso Marte nel 2020. Incontrerai marziani e visiterai i luoghi più spettacolari e impervi di Marte, come Valle Marineris od Olympus Mons, rispettivamente uno dei più grandi canyon e il più grande vulcano scoperti finora nel Sistema solare. Lo stesso personaggio di John “l’eremita” Carter è ispirato sia al personaggio di The Hermit of Mars (L’eremita di Marte), una divertente novella scientifica scritta negli anni ’60, che al recente film Sopravvissuto – The Martian di Ridley Scott. Per me poi – e ora vi rivelo un segreto in esclusiva per Media Inaf – è anche molto divertente sapere che il personaggio di Ana Tamayen è in realtà costruito a immagine e somiglianza di Ana Tamayo, giornalista scientifica del team di Upwards, che ha anche realizzato il documentario e le interviste ai vari ricercatori Inaf coinvolti nel team».

E allora, let’s go to Mars. A proposito: lei ci andrebbe, su Marte?

«Partirei anche domani. Ho dedicato buona parte della mia vita allo studio di questo affascinante pianeta, e continuerò a farlo. Con il Planetary Fourier Spectrometer a bordo della missione europea Mars Express, strumento tutto italiano di cui sono il responsabile, abbiamo effettuato alcune delle scoperte più importanti degli ultimi decenni. La presenza e la variabilità inaspettata del metano su Marte, la spiegazione del mistero dell’asimmetria delle calotte polari, la scoperta di fillosilicati su Phobos, che apre nuove ipotesi circa l’origine delle due lune marziane, sono solo alcuni esempi. Ma Marte è un pianeta pieno di luoghi affascinanti, di fenomeni ancora da spiegare, di misteri da scoprire… Dal punto di vista scientifico, un mese su Marte può valere più di decine di anni di missioni di telerilevamento spaziali. Probabilmente, solo portando l’uomo su Marte potremo rispondere definitivamente alla domanda: c’è o c’è mai stata vita su Marte?»


Guarda il trailer del gioco:

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Decomposizione della brillanza superficiale bi-dimensionale di Fbqs J1644+2619. Pannelli superiori: immagine in scala di colori della galassia in banda J (sinistra), il modello Galfit usando Sersic+Psf (centro), immagine residua dopo aver sottratto il modello (destro). Pannelli inferiori: la Psf1 (sinistra), il modello Galfit usando Sersic+Psf1 (centro), l’immagine residua dopo aver sottratto la Psf1 riscalata. In tutti i pannelli il nord è in alto e l’est è a destra.

La scoperta da parte del satellite Fermi della Nasa di emissione variabile nei raggi gamma da galassie di tipo narrow-line Seyfert 1 ha rivelato la presenza di una possibile nuova classe di nuclei galattici attivi (Agn) con getti relativistici. Utilizzando i dati provenienti dallo strumento Circe al Gran Telescopio Canarias, un gruppo di ricercatori guidati da Filippo D’Ammando (ricercatore all’Istituto di radioastronomia dell’Inaf di Bologna e all’Università di Bologna) ha determinato in che tipo di galassia si formano questi getti, che si propagano a velocità prossima a quella della luce. La galassia che ospita l’oggetto Fbqs J1644+2619 ha una forma ellittica, contrariamente a quanto finora osservato in questa tipologia di oggetti.

I getti relativistici sono delle potenti espulsioni di plasma ed energia provenienti dai buchi neri supermassicci al centro dei nuclei galattici attivi. Di solito, gli Agn di tipo narrow-line Seyfert 1 si trovano in galassie a spirale che al loro interno ospitano buchi neri la cui massa non supera qualche decina di milioni di masse solari, mentre i getti relativistici che permettono emissioni fino ai raggi gamma si formano solo in galassie ellittiche dove si trovano buchi neri di masse da cento milioni a qualche miliardo di masse solari.

«In questo lavoro abbiamo mostrato per la prima volta come la galassia ospite di una di queste narrow-line Seyfert 1 sia una galassia ellittica e la massa del buco nero centrale di questo Agn sia circa 200 milioni di masse solari, comparabile con quelle che di solito vengono stimate per i blazar», spiega D’Ammando, primo autore dello studio pubblicato oggi sulla rivista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Letter.

Rappresentazione artistica di una galassia che sta rilasciando materiale sia attraverso due getti relativistici fortemente collimati (in rosso e arancio) e sia attraverso gli Ufo (in grigio e blu), flussi ultra-veloci con un’apertura angolare maggiore. Crediti: Esa/Aoes Medialab.

La rivelazione di getti in una classe di Agn solitamente residenti in galassie a spirale metteva in dubbio il modello finora accettato dalla comunità scientifica secondo cui solo nuclei galattici attivi in galassie ellittiche possano formare getti relativistici. Ciò implicherebbe che tali strutture, nel caso delle galassie di tipo narrow-line Seyfert 1, possano essere prodotte da meccanismi diversi rispetto a quelli che vengono rilevati nei blazar e nelle radiogalassie.

«Non è ancora chiaro come mai una sotto-popolazione di galassie di tipo narrow-line Seyfert 1 venga a trovarsi in una galassia ellittica e non in una galassia a spirale come nel caso delle altre sorgenti di questa classe di Agn. Questa peculiarità sembra essere alla base della formazione del getto relativistico in questi oggetti e quindi della produzione di emissione gamma che vediamo col satellite Fermi», conclude D’Ammando.

Il team scientifico internazionale (di cui fanno parte anche i ricercatori Inaf Alessandro Capetti, Monica Orienti e Claudia Raiteri) ha provato a risolvere l’enigma utilizzando immagini ad alta risoluzione in banda infrarossa della galassia Seyfert Fbqs J1644+2619 rivelata nei raggi gamma. Con lo strumento Circe sono stati poi derivati il profilo di brillanza superficiale della galassia ospite (per discriminare tra una forma ellittica e una a spirale della galassia ospite) e la massa del buco nero centrale dell’Agn.

La scoperta dei ricercatori è importante per confermare le teorie di formazione dei getti relativistici nei nuclei galattici attivi, ma saranno necessarie ulteriori indagini ad alta risoluzione per chiarire definitivamente il problema.

Per saperne di più:

Guarda su MediaInaf Tv l’intervista a Filippo D’Ammando:

 

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(cliccare per ingrandire)

Misurata per la prima volta la struttura a piccola scala del mezzo intergalattico utilizzando coppie di quasar. Il risultato è di quelli importanti. È appena stato pubblicato su Science. E il primo autore è Alberto Rorai, giovane astrofisico postdoc nato a San Daniele del Friuli (sì, quella dei prosciutti…), laurea a Pisa, dottorato in Germania al Max Planck, ora ricercatore all’Università di Cambridge, nel Regno Unito. Un risultato importante, dicevamo. Ora proveremo a capire perché.

Partiamo dal mezzo intergalattico, lo spazio rarefatto tra una galassia e l’altra. Rarefatto in modo inimmaginabile. Parliamo di un atomo per metro cubo. Regioni d’universo, dunque, miliardi di volte più vuote del vuoto più spinto mai ottenuto sulla Terra: all’interno dell’anello di Lhc al Cern di Ginevra, per dire, anche dopo aver tolto tutto il possibile rimangono comunque circa tre milioni di molecole per centimetro cubo. Ebbene, per la loro misura, Rorai e colleghi hanno dovuto osservare le righe di assorbimento (righe note come Lyman-alpha forest) di quegli atomi d’idrogeno rari al limite dell’impossibile. «Ma la luce che noi studiamo ha attraversato volumi d’universo talmente grandi, ha compiuto un percorso talmente lungo che, nonostante la densità così bassa, ha incontrato atomi a sufficienza per provocare questo assorbimento», spiega Rorai a Media Inaf.

Luce proveniente da quasar: galassie remote con un buco nero supermassiccio nel cuore in fase di iperattività, e dunque di iperemissione luminosa. Perfetti per “retroilluminare” quel che c’è fra noi e loro. In questo caso, appunto, l’impalpabile tela cosmica che permea il mezzo intergalattico. Ma non quasar normali: ciò di cui Rorai e colleghi avevano bisogno erano coppie di quasar. Ora, proprio perché legati alla fase di iperattività, già i singoli quasar sono relativamente rari. Trovarli in coppia, poi… «È stato come cercare aghi in un pagliaio», ricorda uno dei coautori dello studio, Joseph Hennawi di Uc Santa Barbara (Stati Uniti), che per racimolarne a sufficienza ha dovuto sviluppare un metodo di machine learning. «Abbiamo passato al setaccio immagini astronomiche con miliardi di oggetti celesti, ognuno dei quali milioni di volte più tenue di quanto si possa vedere a occhio nudo». Dopo settimane di supercalcolo (un normale pc avrebbe impiegato mille anni), nella rete erano rimaste impigliate 25 coppie di quasar adatte allo scopo.

I due spettri di una coppia di quasar usata nello studio. Le lievi differenze nelle caratteristiche delle righe di assorbimento tra le due linee di vista consentono ai ricercatori di studiare la struttura a piccola scala della tela cosmica. Crediti: Rorai et al. / MPIA

Ma perché servono proprio a coppie? «Siccome i due quasar di ogni coppia sono leggermente separati, diciamo di un centinaio di kiloparsec [ndr: circa 300-350mila anni luce], il campo di densità che incontrano», dice Rorai, «è anch’esso leggermente diverso. Nel senso che la loro luce, per giungere a noi, attraversa zone dell’universo vicine ma con densità leggermente diverse. Noi eravamo interessati a capire quanto diverse». Ed è quindi proprio in quel “leggermente” la ragione per preferire le coppie – sorgenti vicinissime (in termini cosmici) l’una all’altra – ai singoli quasar, che essendo invece molto distanti fra loro non avrebbero consentito di raggiungere la risoluzione desiderata: appunto nell’ordine delle centinaia di kiloparsec. «Noi vogliamo vedere la correlazione del campo di densità su piccole scale, scale comparabili esattamente alla separazione delle linee di vista di queste coppie di quasar», aggiunge infatti Rorai.

Alberto Rorai

Come mai questo interesse per le differenze – leggere increspature – nel campo di densità del mezzo interstellare? «Il big bang ha prodotto onde di densità su scale assai diverse, da molto grandi a molto piccole. Le prime galassie, però, hanno scaldato il mezzo intergalattico, e le increspature più piccole sono state cancellate dalle conseguenti onde di pressione», spiega Rorai. «Noi abbiamo cercato di capire a che scala sono state distrutte, e fino a che scala si possono ancora vedere. Questo ci fornisce informazioni su quanto calore è stato immesso nel mezzo intergalattico dalle prime galassie, e anche su quando ciò è avvenuto».

E proprio il quando è un parametro cruciale, perché consente ai cosmologi di indagare e delimitare sempre meglio quel processo noto come reionizzazione: l’epoca in cui la radiazione emessa dalle prime sorgenti ha strappato gli elettroni agli atomi di idrogeno neutro, trasformandoli in ioni. Epoca sui cui confini temporali, così come sui meccanismi esatti all’origine del processo di reionizzazione, c’è ancora incertezza.

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Cercate una galassia che porti bene i suoi anni (circa 13,6 miliardi di anni)? Ci viviamo dentro, è la Via Lattea. Secondo una recente ricerca effettuata con il Green Bank Telescope della National Science Foundation, la nostra galassia non mostra drammatici segni di invecchiamento. È stato possibile stabilirlo grazie soprattutto a un elemento chimico: il silicio, che è alla base della formazione rocciosa in tutto il Sistema solare. Col passare di miliardi di anni, le stelle muoiono e molto del materiale stellare viene man mano catturato dai buchi neri, ma quando una galassia invecchia accade di più: alcuni atomi degli elementi chimici di base (gli isotopi primari di elementi, in questo caso, come ossigeno, carbonio e silicio) diventano isotopi più pesanti. Insomma “ingrassano”, nel senso che nei loro nuclei aumenta il numero dei neutroni. E più ci si avvicina al centro galattico, maggiore è la concentrazione di isotopi pesanti che ci si attende di trovare.

A quanto pare, il silicio della Via Lattea resterebbe fuori da questo meccanismo. Perché? Secondo i ricercatori, la nostra galassia sarebbe più efficace nel mixare il suo contenuto chimico di quanto precedentemente pensato, mascherando così eventuali “rughe” o segni rivelatori dell’invecchiamento chimico. Le giovani stelle producono silicio 28 in grande quantità – la forma base dell’atomo, con 14 protoni e 14 neutroni. Nel corso di miliardi di anni vengono a formarsi anche altre forme più pesanti di silicio, le 29 e 30, con rispettivamente uno o due neutroni in più. Quando le “vecchie” stelle esplodono in supernove, gli isotopi più pesanti vengono spazzati via nel mezzo interstellare, modificando leggermente il profilo chimico della galassia. Ed è qui che intervengono scienziati, studiando la concentrazione degli isotopi più pesanti, in regioni più o meno periferiche della Via Lattea, per valutarne l’invecchiamento.

Usando il potente Green Bank Telescope in West Virginia (Stati Uniti), gli astronomi hanno potuto rilevare facilmente le molecole di monossido di silicio, che ha una firma spettrale semplice da individuare. Hanno così esaminato vaste aree della Via Lattea, partendo dalla regione più vicina al Sole e muovendosi verso il centro galattico. Per ogni regione, hanno esaminato gli spettri radio emessi naturalmente dalle molecole di monossido di silicio. Eventuali differenze nella distribuzione degli isotopi del silicio si sarebbero dovute rilevare dall’analisi degli spettri radio. Inaspettatamente, gli esperti non hanno notato cambiamenti, segno di una distribuzione relativamente uniforme degli isotopi del silicio. «È stata una sorpresa», ha detto Nathaniel Monson della Ucla. «Forse dovremmo rivedere ciò che pensiamo di sapere sulla nostra galassia».

Per saperne di più:

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Illustrazione artistica di Ogle-2016-Blg-1195Lb con la sua stella ospite in lontananza. Crediti: Nasa/Jpl-Caltech

Lo chiamano “palla ghiacciata”, è un pianeta molto simile alla Terra per massa e distanza dalla propria stella madre. Come suggerisce il nome, però, si tratta di un pianeta molto freddo, con temperature troppo basse per essere abitato da forme di vita come quelle che conosciamo. La sua stella infatti è troppo debole, e lui si trova troppo lontano per poterne essere riscaldato.

«Questo pianeta ghiacciato è il più piccolo mai scoperto attraverso la tecnica del microlensing», spiega Yossi Shvartzvald, ricercatore postdoc presso il Jet Propulsion Laboratory (Jpl) della Nasa e primo autore dell’articolo, pubblicato su Astrophysical Journal Letters.

Il microlensing è una tecnica grazie alla quale è possibile rilevare oggetti lontani sfruttando la gravità di un altro oggetto che si trova sullo sfondo. Quando una stella passa davanti a un’altra, la forza di gravità di quella in primo piano fa sì che la luce della stella sullo sfondo si concentri, rendendola più luminosa. Un pianeta che si trovi in orbita attorno alla stella in primo piano può causare un ulteriore aumento di luminosità. Questa tecnica ha permesso di scoprire gli esopianeti più lontani, ed è in grado di rilevare oggetti di piccola massa a grandi distanze dalla loro stella ospite.

Il pianeta appena scoperto, chiamato anche Ogle-2016-Blg-1195Lb, fornisce importanti informazioni circa la distribuzione dei pianeti nella nostra galassia. Una delle questioni aperte, in questo campo, è se ci sia una differenza sostanziale nella distribuzione di pianeti nella regione centrale della Via Lattea e nel suo disco. Ogle-2016-Blg-1195Lb si trova nel disco della galassia, a circa 13 mila anni luce da noi in direzione del bulge centrale, ed è il terzo pianeta scoperto sfruttando il metodo del microlensing e i dati raccolti dal telescopio spaziale Spitzer della Nasa.

«Anche se fino a ora sono solo una manciata, i sistemi planetari lontani dal sistema solare di cui conosciamo con precisione la distanza, la mancanza di rilevamenti di pianeti da parte di Spitzer nel bulge suggerisce che siano meno comuni in quella regione di quanto non siano nel disco», dice Geoff Bryden, astronomo del Jpl e coautore dello studio.

La cupola del telescopio dell’Optical Gravitational Lensing Experiment. Crediti: Aussie Emjay

Il primo segnale di avvistamento dell’evento di microlensing è arrivato dalla campagna osservativa Optical Gravitational Lensing Experiment (Ogle). I ricercatori hanno quindi utilizzato il Korea Microlensing Telescope Network (Kmtnet) e il telescopio Spitzer per monitorare l’evento da Terra e dallo spazio. Questo approccio ha permesso agli scienziati di rilevare il pianeta con Kmtnet e di calcolarne la massa, insieme a quella della stella madre, con i dati Spitzer.

Sebbene Ogle-2016-Blg-1195Lb abbia una massa di poco superiore alla Terra (1.4 volte, per la precisione) e disti dalla propria stella più o meno quanto separa noi dal Sole, non ci sono altre somiglianze. Il pianeta si trova in orbita attorno a una stella così piccola che gli scienziati non sono nemmeno sicuri si tratti proprio di una stella. L’oggetto ha infatti una massa pari al 7.8 percento del nostro Sole e potrebbe essere una nana bruna, un corpo celeste che non è abbastanza massiccio e denso da generare energia attraverso la fusione nucleare nel suo centro.

In alternativa, potrebbe trattarsi di una stella nana simile a Trappist-1, scoperta di recente grazie al lavoro di Spitzer e un grande numero di telescopi terrestri. Trappist-1 ospita un sistema di sette pianeti di dimensioni terrestri con orbite molto vicine alla stella, mentre Ogle-2016-Blg-1195Lb si trova molto più lontano (circa dieci volte tanto). A quella distanza, anche se ci fosse acqua, sarebbe tutta ghiacciata. Per la scoperta di un pianeta abitabile al di fuori del sistema solare, dunque, c’è ancora da aspettare.

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Un getto coronale ripreso dalla sonda Solar Dynamic Observatory il 30 gennaio 2015. Crediti: Nasa/Sdo

Nell’ambito dello space weather le eruzioni solari sono di particolare importanza perché possono causare effetti sulla Terra. I fisici solari hanno studiato in dettaglio le cosiddette espulsioni di massa coronale (Cme, coronal mass ejection), durante le quali gigantesche nuvole di gas caldissimo della corona solare (la parte più esterna dell’atmosfera della nostra stella) vengono letteralmente fiondate nello spazio da movimenti di “tira e molla” del potente campo magnetico solare.

Esistono anche eruzioni molto meno intense che, manifestandosi tipicamente in forma allungata, vengono definite getti coronali e che si pensavano prodotte da meccanismi diversi rispetto alle emissioni di plasma a scala maggiore.

Ora un gruppo anglosassone ha pubblicato su Nature un nuovo studio teorico in cui si dimostra come sia le espulsioni di massa coronale che i getti coronali possano essere riconducibili allo stesso processo. In entrambe le tipologie di eruzione sono coinvolti densi filamenti di plasma riscontrabili nella parte bassa dell’atmosfera solare.

Nel nuovo studio, i ricercatori hanno scoperto che proprio da questi filamenti s’innesca l’eruzione dei getti coronali, nel momento in cui le linee di campo magnetico solare sovrastanti si spezzano per poi ricongiungersi. Si tratta dello stesso processo di riconnessione magnetica già conosciuto come motore propulsore della maggior parte delle massicce espulsioni di massa coronale.

« Finora si riteneva che ci fossero diversi meccanismi d’innesco per le diverse scale di eruzioni del Sole», commenta Peter Wyper della Durham University, primo autore dell’articolo, «ma la nostra ricerca fornisce un modello teorico universale per questa attività, il che è notevole. Inoltre, una maggiore comprensione delle eruzioni solari a tutte le scale aiuta a prevedere meglio l’attività del Sole».

Il nuovo modello sviluppato dai ricercatori è stato definito di evasione (breakout),  per ricordare come i filamenti di plasma “spezzino le catene” del loro confinamento magnetico a seguito dello stress imposto dalle torsioni del campo magnetico stesso.

«Il modello di breakout unifica la nostra immagine di che cosa sta succedendo sul Sole», dice in conclusione Richard DeVore, del Goddard Space Flight Center Nasa. «All’interno di un contesto unificato, possiamo far avanzare la comprensione sul modo in cui queste eruzioni hanno origine, sul come predirle la loro e sul come capirne meglio le conseguenze».

La conferma sperimentale di questo modello teorico potrà avvenire solo quando saranno disponibili nuove sonde per osservare il Sole, che possano ottenere osservazioni ad alta risoluzione del campo magnetico e dei flussi di plasma nell’atmosfera solare, soprattutto nelle zone polari, da cui emanano molti getti.

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Dal 27.04.2017 al 30.04.2017

L’immagine simbolo di questa edizione della “Festa di scienza e filosofia” di Foligno è una bambina che, con uno sguardo tra lo stupito e lo smarrito, guarda l’universo, guarda il futuro (clicca per scaricare la locandina)

A Foligno parte domani e durerà fino a domenica 30 aprile la VII edizione della “Festa di Scienza e Filosofia – Virtute e Canoscenza, quest’anno dedicata all’innovazione, uno dei temi più presenti nelle riflessioni e nelle discussioni di ogni genere, da quelle degli ambiti prettamente scientifici, a quelle istituzionali, fino a quelle che si svolgono in ambiti politici, economico–sociali e culturali, sia a livello locale sia a livello internazionale. Una festa già dal nome, e mai come quest’anno il clima festoso che caratterizza la manifestazione vuole esorcizzare la paura degli ultimi mesi, che hanno messo a dura prova il territorio per via delle scosse sismiche che lo hanno interessato e di cui si cerca di rimuovere i segni, soprattutto dalla memoria.

L’Inaf anche in questa edizione è partner scientifico della Festa, insieme agli altri principali enti di ricerca italiani, ed è presente nel ricco programma di conferenze con un intervento di Isabella Pagano – astronoma all’Osservatorio astrofisico dell’Inaf di Catania, dove si occupa di pianeti extrasolari e attività stellare – dal titolo “Pianeti di altre stelle”. L’appuntamento è per venerdì 28 alle ore 16.00 presso la Sala Video dell’Auditorium San Domenico.

La copertina del settimo numero della rivista Global Science: nata dalla collaborazione tra Asi, Inaf e Globalist, verrà distribuita in occasione della Festa

In occasione della manifestazione sarà diffuso il settimo numero della rivista Global Science, progetto portato avanti già da qualche anno dall’Inaf insieme all’Agenzia spaziale italiana e a Globalist. Si tratta di una free press, la prima in Italia interamente dedicata alla scienza e che, per il numero che sarà distribuito a Foligno, ha come filo conduttore proprio l’innovazione. Potrete scoprire i prossimi grandi progetti di osservazione da terra in cui l’Inaf è protagonista e che saranno realizzati nei prossimi anni, come Elt, Ska e Cta, ma non solo: potrete leggere di come un fumettista – Antonio Serra – abbia “anticipato” la recente scoperta di un sistema planetario in orbita attorno ad una stella relativamente vicina, l’ormai famosa Trappist 1, con la sua graphic novelSul pianeta perduto”.

Per orientarsi nel programma della Festa, quest’anno quantomai ricco di ospiti con oltre 108 relatori in arrivo e 140 conferenze programmate, potete scaricare a questo link il programma in pdf.

Insomma ce n’è per tutti i gusti. Perché il futuro è adesso ed è già in mezzo a noi.

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