Getti di plasma a velocità prossime a quella della luce vengono espulsi da un buco nero in accrescimento, come quello che alimenta Cygnus X-3. La rappresentazione artistica è stata realizzata da: Nasa/Cxc/M. Weiss

Single-dish and Vlbi observations of Cygnus X-3 during the 2016 giant flare episode”: ovvero, osservazioni di Cygnus X-3 con singola antenna e con il Vlbi nel corso della grande vampata del 2016. Forse a qualcuno il titolo di questo studio già ci dice qualcosa, ma se anche così non fosse non temete: per raccontarvi la sua storia partiremo proprio dall’inizio, dall’oggetto osservato: Cygnus X-3.

Nonostante disti da noi ben 23mila anni luce, disturbati per giunta da un’enorme quantità di materia e gas interstellari, Cygnus X-3  è una sorgente galattica molto studiata dagli astronomi, estremamente affascinante e unica nel suo genere. Si tratta di una microquasar, ovvero di un tipico sistema binario in cui una stella alimenta un buco nero che, a sua volta, espelle enormi quantità di particelle in direzioni opposte, che vengono definiti “getti di plasma” o “getti relativistici”.

Questi getti sono protagonisti, di tanto in tanto, di improvvise e fragorose espansioni nello spazio circostante che, se cicliche e deboli (fino a 10 Jansky di potenza), sono chiamate flares (vampate). Nel caso, invece, di flares improvvisi e più potenti (oltre 10 Jansky) si parla di giant flares. Cygnus X-3 è l’unico esempio fino ad oggi conosciuto che possiede entrambi. Di tanto in tanto ribolle con giant flares la cui origine è a tutt’oggi sconosciuta. L’ultimo era stato osservato ben cinque anni e mezzo fa.

La ricerca di Elise Egron

L’osservazione di questo fenomeno, così raro e particolare, è nata dal lavoro di Elise Egron, ricercatrice all’Osservatorio astronomico di Cagliari dell’Inaf e principal investigator dello studio, recentemente pubblicato sulla rivista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, intitolato, come dicevamo all’inizio, “Single-dish and Vlbi observations of Cygnus X-3 during the 2016 giant flare episode”. Fra i coautori principali, anche altri ricercatori dell’Inaf: Alberto Pellizzoni, Marcello Giroletti, Simona Righini e Matteo Stagni. Il primo in forze a Cagliari, gli ultimi tre a Bologna.

Ma com’è possibile scovare questi giant flares se sono così casuali e non prevedibili? In realtà un minimo di prevedibilità c’è. Ecco com’è andata. Stava finendo l’estate del 2016 ed Elise Egron, come quasi ogni giorno, consultava una serie di “alert” astronomici presenti sul sito specializzato Astronomer’s Telegram, una specie di “social network” per astronomi dove è possibile pubblicare in tempo reale piccole e grandi scoperte fatte in giro per il mondo dai ricercatori delle più diverse branche e specializzazioni astronomiche. Niente liste di attesa, niente pubblicazioni ufficiali, nessun “referaggio” da parte chi colleghi.

Tra le tante notizie presenti sul sito, la ricercatrice francese ha dunque notato una segnalazione relativa a Cygnus X-3. Un collega russo avvertiva che l’emissione della sorgente, osservata in radio, era troppo bassa e questo, per chi conosce bene Cygnus X-3, significava solo una cosa: dopo oltre cinque anni di silenzio si sarebbe presentato presto un “giant flare”. In questi casi il momento preciso è impossibile da individuare ma normalmente si tratta di un range che va dalle due settimane ai due o tre mesi.

Questa, per gli astronomi, è caccia grossa, perché si tratta di eventi pressoché unici chiamati “fenomeni transienti“ che necessitano reazioni e comunicazioni veloci tra gli studiosi. L’Italia ha la “fortuna” (che in realtà sarebbe meglio chiamare “lungimiranza scientifica”) di possedere un sistema di ben tre antenne gestite dall’Inaf adatte all’osservazione congiunta in modalità Vlbi e, soprattutto, capaci di gestire i dati registrati tramite un potente computer chiamato correlatore, situato a Bologna e messo a punto, circa due anni fa, da Matteo Stagni.

Srt (Cagliari), Medicina (Bologna) e Noto: le tre antenne del Vlbi italiano

Single dish e Vlbi

Simona Righini a Medicina (Bologna) ed Elise Egron e Alberto Pellizzoni a San Basilio (Cagliari) si sono dunque immersi in lunghe ore di osservazione congiunta, e le tre antenne italiane hanno cominciato le osservazioni sia in modalità single dish che Vlbi. Non è facile spiegare in modo semplice la differenza tra l’osservazione congiunta (Vlbi) e quella singola (single dish). «Le modalità di osservazione Vlbi e single dish sono molto complementari, perché in Vlbi si riesce a vedere la struttura e la morfologia della regione osservata, mentre in single dish si vede con precisione la misura di flusso», osserva Egron, rimarcando così la grande differenza tra la risoluzione, garantita da tante antenne capaci di vedere praticamente in tre dimensioni, e la misurabilità dei movimenti e degli spazi garantita dall’osservazione singola che – prosegue la ricercatrice – «consente anche un rapido cambio di frequenza. In Vlbi si deve osservare anche per 10 ore di fila, mentre in single dish possiamo osservare in multifrequenza cambiando ricevitori in pochi minuti per capire, ad esempio, il cambiamento dell’indice spettrale. L’unione di queste osservazioni produce risultati eccezionali ma questo è solo l’inizio».

Nel frattempo, grazie al lavoro di Marcello Giroletti, all’epoca rappresentante italiano presso il programme commitee della European Vlbi Network (Evn), sono stati allertati anche altri ricercatori europei per dare manforte alla ricerca. Nel giro di pochi giorni, le antenne di Onsala (Svezia), Yebes (Spagna) e Torun (Polonia) hanno accettato l’invito e hanno dunque monitorato Cygnus X-3 durante una fase di “mini flare”, fenomeno limitato al “cuore” della sorgente ma comunque importante e rivelatore delle grandi potenzialità di questo metodo.

La scoperta

Il giant flare è arrivato dieci giorni dopo quello mini. È stato possibile osservarlo con un richiamo “d’emergenza” solo dopo quattro giorni dalla sua fase più acuta. I risultati scientifici sono stati comunque sorprendenti: per la prima volta, infatti, si è potuta osservare una variazione dell’indice spettrale di Cygnus X-3 in sole 5 ore, offrendo dunque nuovi elementi che possono aiutare a capire meglio i meccanismi della non-uniformità dei getti di plasma che fuoriescono dai buchi neri (per i quali esistono diverse teorie qui non riassumibili). Le osservazioni in Vlbi di questa fase “discendente” del giant flare hanno portato all’osservazione di getti (inesistenti solo quattro giorni prima) lunghi circa 10 miliardi di km. Ciò significa che il buco nero oggetto del giant flare ha espulso improvvisamente due getti di plasma ad una velocità enorme, pari a circa centomila km al secondo, ovvero un terzo di quella della luce.

La rete Vlbi italiana leader in europa

Cosa ancora più importante, che va molto oltre questo studio, è l’indiscusso ruolo di leadership dell’Italia nel contesto mondiale del Vlbi, l’interferometria su larga base. «Solo gli Stati Uniti sono capaci di fare quello che hanno fatto, e sempre più spesso faranno, le antenne italiane», dice Giroletti. «In passato per i progetti Vlbi, da quando venivano ideati a quando venivano pubblicati, passavano 5 anni tra concepimento, osservazioni e correlazioni. Questa volta, nel giro di 2 giorni, il correlatore ci ha dato il feedback di cui avevamo bisogno per produrre risultati concreti. Quasi una rivoluzione. Ora l’Inaf è in grado di fare osservazioni Vlbi autonomamente e addirittura fare da leader in Europa per progetti di ricerca».

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Dal 15.06.2017 al 20.06.2017

Giulia e Ferdinando al Tng, intenti a elaborare l’immagine astronomica appena acquisita con il telescopio

Li avevamo lasciati sul palco a Cremona, armati di sorrisi e medaglia al collo: Giulia Fazzino e Ferdinando Stefano Tropea, entrambi studenti del Liceo Scientifico e delle Scienze Applicate Statale “Leonardo da Vinci” di Reggio Calabria, sono i due vincitori della categoria senior delle Olimpiadi italiane di astronomia 2017 che dal 15 al 20 giugno hanno effettuato lo stage di formazione presso il Telescopio nazionale Galileo (Tng). Cinque i giorni sull’isola di La Palma, accompagnati da Angela Misiano (Planetario Pitagora di Reggio Calabria) e da Sabrina Milia (Inaf – Osservatorio astronomico di Cagliari), sotto la guida di Gloria Andreuzzi (Inaf – Fundacion Galileo Galilei) Giulia e Ferdinando hanno visitato l’osservatorio astronomico del Roque de Los Muchachos, sede di alcuni dei più importanti telescopi europei, ed effettuato osservazioni con il telescopio italiano da tre metri e mezzo.  Non sono mancati momenti di svago, in cui ragazzi e tutor hanno potuto apprezzare le tante bellezze naturali dell’Isola di La Palma. Ma la ciliegina sulla torta, secondo i ragazzi, è stata la notte trascorsa al Tng, con due momenti molto coinvolgenti: l’ingresso nella sala controllo del telescopio e l’apertura della cupola, ovvero il fischio d’inizio delle osservazioni. Comandando in prima persona i movimenti del Tng, i due studenti hanno osservato due nuclei galattici attivi (Ngc4151 e Ngc4156) con tre filtri di colore diverso e, successivamente all’Istituto di astrofisica, hanno affrontato tutta la procedura standard per produrre un’immagine pronta per l’analisi scientifica (vedi immagine qui sotto).

Giulia, addirittura, ce l’ha messa tutta per vincere le Olimpiadi proprio perché il suo sogno nel cassetto era quello di arrivare a questo stage, per osservare il cielo con lo sguardo speciale del Tng. Anche se, insieme a Ferdinando, non poteva fare a meno di uscire ogni tanto dalla cupola a contemplare il cielo stellato a occhio nudo, completamente libero dall’inquinamento luminoso. Un’esperienza profondamente coinvolgente e, purtroppo, rara al giorno d’oggi.

L’immagine delle due galassie acquisita ed elaborata dai giovani astronomi

Alla luce di questo viaggio, i due ragazzi sostengono di guardare al mondo dell’astronomia con occhi diversi. «Prima mi sembrava qualcosa di astratto, ma essere qui mi ha permesso di toccare con mano questo lavoro. Ho un forte desiderio di comprendere questo mondo ancora di più, perché io vorrei fare l’astronoma», dice Giulia. Ferdinando è appassionato di onde radio, ma «l’astronomia ottica rimane comunque un pilastro centrale», spiega, «e osservare qua al Tng è particolarmente istruttivo e semplice per degli studenti come noi. Ora ho idee molto più chiare anche a proposito di quello che mi aspetta: perché vorrei intraprendere la strada della ricerca astronomica».

Sembra proprio che i due ragazzi appartengano alla futura generazione di astronomi e che le Olimpiadi di astronomia abbiano avuto un ruolo importante. «Benché questo mondo mi abbia attratto da sempre, non credo che avrei preso realmente in considerazione un tale percorso professionale. Le Olimpiadi di astronomia, con tutte le loro fasi intermedie, mi hanno rivelato il mio sogno di diventare astrofisico pian piano… Ogni nozione, ogni concetto nuovi sono come i pezzi di un puzzle che via via completano una visione. Voglio indirizzarmi verso il completamento di questo puzzle», conclude Ferdinando.

Se Giulia e Ferdinando si sono aggiudicati lo stage al Tng, tutti gli altri partecipanti alla finale nazionale non dormono certo sugli allori. Le Olimpiadi italiane di astronomia prevedono infatti altre attività di formazione. In particolare, si sono già svolti uno stage a Sant’Agata dei due golfi (NA) e uno presso l’Osservatorio astrofisico di Asiago. Inoltre, dal 25 al 29 luglio, si svolgerà la Scuola estiva di astronomia: un campo di allenamento per la squadra Italiana che parteciperà alla XXII edizione delle Olimpiadi internazionali di astronomia, quest’anno in Cina dal 27 ottobre al 4 novembre. Stay tuned!

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L’immagine è una composita di scatti distinti e raccolti dallo strumento WFC3/UVIS a bordo del telescopio spaziale Hubble. Crediti: Nasa, Esa e Z. Levay (Stsci)

Sono bastati 22 minuti a Hubble per portare a casa 13 affascinanti ritratti della piccola luna Phobos, che in questa composita ricreata a computer sembra sbucare dalla schiena del pianete di cui è satellite naturale, Marte.

L’ultravista del telescopio spaziale Nasa-Esa ha inseguito, si fa per dire, quello che a occhio nudo si presenta come un oggetto piuttosto irregolare e più simile a un pallone da football (così lo descrive Nasa sul suo sito ufficiale) che a un corpo celeste.

Nei 13 scatti distinti raccolti dallo strumento Wfc3/Uvis a bordo del telescopio spaziale la piccola luna marziana è poco più che un bagliore lontano, un puntino luminoso. Ma sono bastati, appunto, 22 minuti per fotografarne il rapido spostamento sull’orbita marziana.

L’obiettivo dei ricercatori, d’altra parte, era quello di confezionare una serie di ritratti del pianeta rosso e Phobos non era che un cameo gratuito nel servizio fotografico. E invece eccola lì: una delle lune più piccole del Sistema solare, tanto piccola che non arriverebbe a occupare l’area descritta a Terra dal grande raccordo anulare che circonda Roma.

Phobos completa l’orbita attorno a Marte in appena 7 ore e 39 minuti, ovvero in un tempo di gran lunga inferiore al periodo di rotazione del pianeta rosso. E arriva a percorrere tre orbite durante un giorno marziano, pari a circa 24 ore e 40 minuti. È l’unico satellite naturale del nostro sistema planetario ad avere un’orbita più breve del giorno del pianeta padre.

L’origine della luna è ancora oggetto di dibattito fra gli astrofisici. Le lune marziane Phobos e Deimos potrebbero essersi formate a partire dai detriti di un antico impatto. Questo significa anche che in passato Marte potrebbe aver avuto degli anelli, e che potrebbe averli di nuovo in futuro.

Guarda il servizio video su INAF-TV:

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Fabrizio Tamburini, fisico teorico

Quando non rimane altra spiegazione, dev’essere una cosa oscura. In astrofisica, materia o energia. L’escamotage è così ricorrente da esser venuto a noia agli stessi astrofisici. Ecco allora che, innanzi al comportamento apparentemente inspiegabile – una modulazione spettrale periodica – d’un campione di 236 stelle del catalogo della Sdss, la Sloan Digital Sky Survey, c’è chi aveva proposto una soluzione alternativa e certo più avvincente. In due parole: civiltà aliene. Potrebbero essere loro, scrivevano lo scorso ottobre – pur concedendo la necessità d’ulteriori conferme – in uno studio messo online su ArXiv i due astrofisici dell’Université Laval canadese Ermanno Borra ed Eric Trottier. Purtroppo, a oggi, d’ulteriori conferme che si tratti davvero d’intelligenze aliene non ne sono pervenute. In compenso è appena stato accettato sulla rivista Physica Scripta un altro articolo, questa volta a firma dei due fisici teorici italiani Fabrizio Tamburini e Ignazio Licata, che torna sui più battuti sentieri della “spiegazione oscura”. Con una variazione sul tema, però: a far “oscillare” le 236 stelle, scrivono Tamburini e Licata, potrebbe essere sì materia oscura, ma non una materia oscura qualsiasi, bensì assioni.

Pur non al livello di quella degli alieni e certo più ortodossa, la possibilità che siano assioni – una particella, ricordiamo, per ora ipotetica – è comunque affascinante e originale al punto giusto da sollevare molta curiosità. E si muovono al di fuori dei soliti percorsi accademici e delle istituzioni di fisica più canoniche gli stessi due autori dello studio – tra le affiliazioni di Licata figurano l’Institute for Scientific Methodology di Palermo e la School of Advanced International Studies on Theoretical and Nonlinear Methodologies of Physics di Bari, e un’istituzione culturale ad ampissimo spettro come il Center for Art and Media Karlsruhe (Zkm) tedesco per Tamburini. Ed è proprio a quest’ultimo che ci siamo rivolti per capire qualcosa di più sulla loro ipotesi.

Tamburini, cominciamo dall’anomalia osservata nelle 236 stelle, queste modulazioni spettrali per spiegare le quali è stata suggerita persino la possibilità che ci siano dietro intelligenze extraterrestri. Di che si tratta?

«Borra e Trottier fanno una Fourier del continuo dello spettro ottico e trovano una modulazione a 600 GHz. Ovviamente nessun fenomeno astrofisico classico può spiegare questa modulazione».

Nemmeno, per dire, esopianeti che orbitano velocissimi attorno a quelle stelle?

«A 600 GHz? Dovrebbero andare molto più veloci della luce…»

Voi dunque proponete che siano assioni. E dove si troverebbero?

«Nel nucleo delle stelle, come abbiamo scritto nel paper e come ipotizzato già da Brito et al. per stelle e nuclei bosonici».

Dunque la vostra è un’ipotesi compatibile con la teoria delle cosiddette stelle di bosoni?

«Sì, perfettamente. Fa parte della teoria della stella bosonica. È un nucleo bosonico che è all’interno della stella e deve raggiungere una massa critica».

L’ipotesi che siano assioni, se confermata, sarebbe sufficiente a giustificare il contributo di materia oscura alla massa totale dell’universo?

«La particella della quale scriviamo, l’assione, è probabilmente solo una parte della materia oscura. Sono necessari altri studi che andremo a proporre per vedere qual è la percentuale possibile. Può essere un mix di assioni e altre particelle, come le Wimps (weakly interacting massive particles) previste da teorie Gut che non hanno finora evidenza sperimentale (e anche teorica) chiarissima. Per queste si attende con estrema curiosità se quanto visto con l’esperimento Dama verrà confermato da altri esperimenti. Quanto all’assione, è previsto dal 1977 da Peccei e Quinn e poi da Wilczek, Weinber e altri per spiegare la violazione di simmetria CP, carica e parità coniugate, osservata nell’interazione forte. Quindi, a differenza delle Wimps, questa è una particella, un bosone, atteso per spiegare un’anomalia – anzi, più precisamente, una violazione di simmetria – ben conosciuta in cromodinamica quantistica».

Ma questi assioni, se ci sono, non dovrebbero essere praticamente ovunque? Perché solo in quelle 236 stelle? E perché non nel nostro Sole?

«Gli assioni sono ovunque, ma possono avere clustering. E per avere un nucleo con mix bosonico che oscilla come previsto dalla teoria bisogna raggiungere una massa critica, stabilità idrodinamica… In pratica si tratta dell’uno per cento del campione di stelle analizzate con nucleo idrodinamicamente stabile dove il core è un mix bosonico/materia fermionica, e comincia a oscillare molto rapidamente, con una frequenza e un’ampiezza che dipendono dalla massa della particella elementare, del bosone assione. Insomma, non è che siano solo 236 stelle nell’intero universo: sono un sottoinsieme di quanto analizzato nella Sloan Sky Survey. Inoltre, non sono mai stati fatti controlli simili su altre stelle fino a ora. Questi sono stati fatti per trovare tracce di vita extraterrestre, come nel progetto Seti ottico: civiltà extraterrestri che potrebbero mandare impulsi ottici modulati ad alta frequenza».

A proposito di questo: quando lei e Ignazio Licata avete letto la prima volta l’articolo di Borra e Trittier, là dove si dice che potrebbe trattarsi di civiltà aliene… l’avete considerata un’ipotesi plausibile?

«Personalmente confesso che l’ho sperato, da piccolo mi piacevano i sogni di Carl Sagan. Ma guarda caso Ignazio e io stavamo discutendo di relatività, avevo letto delle stelle bosoniche in un framework relativistico e la lampadina si è accesa. Poi ci siamo messi a lavorare sul pezzo per un bel po’, ma quello che è incredibile a prima vista è che le masse degli assioni che ne risultano si sovrappongono splendidamente con le simulazioni lattice Qcd (quantum chromodynamics) fatte da Borsanyi et al. pubblicate su Nature con le particelle del modello standard, simulazioni fatte in accordo con i dati Lhc. Tre coincidenze fanno una prova, abbiamo pensato».

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Il decadimento delle particelle Higgs in quark potrebbe somigliare a quanto riprodotto in questa illustrazione. Crediti: collaborazione Atlas

Se la Conferenza della European Physical Society sulla fisica delle alte energie, che si è tenuta a Venezia dal 5 al 12 luglio, è stata mediaticamente monopolizzata dalla scoperta effettuata dall’esperimento Lhcb al Large Hadron Collider (Lhc) del Cern – una nuova particella, subito ribattezzata double charmed Xi – altri interessanti interventi in aula hanno aggiunto nuovi e straordinari elementi al complesso puzzle della fisica particellare.

Nell’ambito della collaborazione Atlas, il gruppo di ricerca di Friburgo guidato da Karl Jakobs e Christian Weiser ha presentato un voluminoso fascicolo di prove a favore del decadimento della particella Higgs in quark. Una misura di fondamentale importanza perché direttamente collegata all’intensità dell’interazione della particella Higgs con altre particelle elementari, così come le loro masse. Lo studio del tasso di decadimento è essenziale nel determinare la natura del bosone: qualsiasi deviazione della misura dei tassi di decadimento rispetto a quelli previsti dal Modello Standard mette, di fatto, in discussione il meccanismo Brout-Englert-Higgs e apre la porta a una cosiddetta “nuova fisica”.

Il lavoro dei ricercatori si è concentrato sul set di dati registrati nel 2015 e nel 2016 con il rilevatore Atlas (uno dei quattro esperimenti principali operativo nell’acceleratore di particelle più grandi del mondo, a Ginevra). «Le molte prove a favore di un decadimento della particella Higgs, come previsto dalla teoria, in un quark bottom e un antiquark bottom sono la conferma che stiamo procedendo nella direzione giusta» spiega Christian Weiser. «Il nostro obiettivo è ora quello di dimostrare che un decadimento c’è e senza ombra di dubbio avviene nel modo previsto dalla teoria. È sulla base di questo tipo di conoscenza che possiamo misurare le proprietà della particella Higgs più accuratamente». E forse spiegare la brevissima durata di Higgs.

La conferma dell’esistenza di un bosone Higgs nel 2012 ha rappresentato una pietra miliare per la fisica, anche se l’esistenza della particella era stata predetta con quasi 50 anni di anticipo.

Una particella che decade in altre particelle quasi nel momento stesso in cui viene prodotta. Finora i ricercatori sono stati in grado di provare empiricamente il decadimento di altre particelle, dai cosiddetti bosoni W e Z, ai fotoni e ai leptoni tau. Con Higgs tutto è più complesso: troppo rumore da ripulire in fase osservativa. Ma se la teoria dava le probabilità di un decadimento in quark della particella a un 60 per cento, oggi possiamo ragionevolmente dire che le probabilità che si tratti di un segnale causato da altri processi sono ferme allo 0,018 per cento.

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Il gruppo di ingegneri e scienziati che ha condotto i test a Rotterdam per il Consorzio Dish. Crediti: Inaf/Oa Catania

A volte basta un piccolo successo per fare un grande passo in avanti, soprattutto se si sta progettando lo Square Kilometre Array, il più grande network di radiotelescopi del mondo. «Possiamo affermare che è nato il sistema nervoso dei dish di Ska». Così Corrado Trigilio (task leader nel Consorzio Dish, responsabile del Dish Local Monitor and Control, nonché ricercatore dell’Istituto nazionale di astrofisica a Catania) ha riassunto l’importante risultato ottenuto di recente dal piccolo gruppo di scienziati e ingegneri del consorzio che si occupa della progettazione delle antenne a parabola (SkaDc) che verranno posizionate in Sudafrica fra qualche anno.

«Si tratta del primo test di integrazione tra due sottosistemi dei singoli telescopi da 15 metri: il sistema di controllo (Local Monitor and Control) e quello dei ricevitori che saranno posizionati nel fuoco del telescopio (Single Pixel Feed)», spiega il ricercatore catanese. In parole semplici, i tecnici sono riusciti a far comunicare due componenti fondamentali dell’antenna a parabola (una delle diverse tipologie di antenne che comporranno il design finale di Ska). Parliamo di centinaia di parabole che lavoreranno sulle medie frequenze. Nella prima fase del progetto (Ska1), la ricerca a medie frequenze verrà effettuata con 197 antenne, di cui 133 dish Ska di 15 metri di diametro che si aggiungeranno all’array di MeerKat, costituito da 64 “piatti” di 13,5 metri: insieme offriranno una copertura continua da 350 MHz a 14 GHz.

Il team che ha lavorato a questi test d’integrazione è composto da ingegneri e scienziati italiani e sudafricani. Per l’Inaf, oltre a Trigilio (leader del gruppo Local Monitor and Control), ci sono Francesco Schillirò (architetto del software), Adriano Ingallinera, Alessandro Marassi e Simone Riggi (i tre sviluppatori del software). In Sudafrica, invece, all’EM Software and Systems, Jean Kotze (leader del gruppo Single Pixel Feed) e Theuns Steyn (sviluppatore del software). Il Local Monitor and Control è un sistema software sviluppato dal nostro Paese e la leadership italiana è all’Inaf di Catania, con la partecipazione dell’Inaf di Trieste e dell’Istituto di radioastronomia dell’Inaf di Bologna.

«I due team, dopo un lungo processo di definizione delle interfacce e dell’architettura del software, hanno sviluppato i primi programmi di comunicazione e finalmente è avvenuta la prima vera operazione d’integrazione», ha aggiunto Trigilio. «Adesso siamo sicuri che il complesso sistema dei feed, che acquisirà e amplificherà le debolissime onde elettromagnetiche provenienti dalle più remote regioni dell’universo, può essere completamente gestito centralmente». E ancora: «Il prossimo passo sarà quello di ripetere quest’esperienza per l’integrazione degli altri sotto-elementi: la struttura stessa dei dish (dish structure), agili telescopi con specchi primari di 15 metri, e il sistema di trattamento, digitalizzazione del segnale (single pixel feed receivers), che invierà via fibra ottica il segnale ricevuto dai singoli dish al correlatore centrale».

Wang Feng (Cetc54) durante un’ispezione del primo dei 66 moduli necessari per Ska-P Dish

«La complessità delle antenne dish necessita di una suddivisione del lavoro in vari sotto-pacchetti, affidati ognuno a un team molto specializzato che cura un particolare aspetto», ha sottolineato Trigilio. «Alla fine, il sistema dovrà funzionare come un unico corpo, ma non è ovvio che parti sviluppate da gruppi diversi che lavorano in zone diverse e lontane del mondo, alla fine, si possano integrare facilmente».

Ed è proprio questa la grande sfida del consorzio, responsabile di tutte le attività di design e progettazione dei “piatti” Ska. Tra le altre mansioni dei tecnici ci sono anche la verifica della struttura dell’antenna, dell’ottica, dei ricevitori e di tutti i sistemi e le infrastrutture di supporto. Il design di queste antenne è il frutto del lavoro di ingegneri cinesi e tedeschi ed è portato avanti dalla collaborazione tra le cinesi Cetc54 e Joint Laboratory for Radio Astronomy Technology (Jlrat) in collaborazione con le compagnie europee Mtm e Società Aerospaziale Mediterranea (Sam). I due prototipi sono in produzione in Cina e dovrebbero essere installati all’inizio del prossimo anno. Al consorzio Ska Dish partecipano istituti ed industrie di diversi paesi: Italia, Cina, Sudafrica, Canada, Svezia, Inghilterra, Germania, Spagna e Francia.

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Crediti: M. Marinova, O. Aharonson ed E. Asphaug

Marte questo (ancora e assai) sconosciuto. Due emisferi geologicamente distinti: dolci pianure a settentrione, crateri e altipiani scoscesi a sud. Un mix di elementi al suolo alquanto (troppo?) diverso da quello che possiamo osservare a Terra.

Secondo uno studio condotto da Stephen Mojzsis della University of Colorado Boulder, appena pubblicato su Geophysical Research Letters, sarebbe tutta colpa di un gigantesco e antichissimo impatto meteorico avvenuto sull’emisfero settentrionale di Marte circa 4 miliardi e mezzo di anni fa. Un asteroide di dimensioni paragonabili a quelle di Cerere avrebbe rovinosamente colpito il pianeta, strappando via un pezzo consistente dell’emisfero nord e lasciando un vero e proprio tesoretto di metalli rari nel ventre marziano. Di più: i satelliti naturali di Marte Phobos e Deimos avrebbero preso forma proprio dall’anello di materiali espulsi durante l’impatto.

Se la scoperta fosse confermata avremmo trovato l’uovo di Colombo della geologia marziana: «La presenza di metalli inaspettati, la differenza fra emisfero nord e sud, la formazione dei satelliti naturali. Se le nostre ipotesi fossero confermate avremmo una soluzione elegante, che risolve tre problemi in un colpo solo e giustificano l’aspetto attuale del pianeta rosso», spiega Mojzsis.

È da tempo che gli scienziati girano a vuoto intorno a questi piccoli enigmi marziani. La teoria di un grande impatto nel lontano passato del pianeta è vecchia di trent’anni. Prove a sostegno di questa ipotesi sono andate accumulandosi negli anni, supportate dalle simulazioni a computer di eventi eccezionali come questo. Mojzsis è stato fra i primi a pensare che studiare l’inventario di elementi metallici che compongono il pianeta potesse essere una buona idea per avere una qualche risposta agli interrogativi aperti.

Il risultato? Marte presenta una sovrabbondanza di metalli rari, come il platino, l’osmio e l’iridio. Elementi che il suolo marziano potrebbe aver assorbito, in fase di formazione, da un violento impatto con un asteroide. Avvenuto 4,43 miliardi di anni fa e seguito da una lunga serie di impatti minori.

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“Thunder Moon over Pisa”, la fotografia di Marco Meniero scelta dalla Nasa come Apod del 18 luglio 2017

Thunder Moon, luna del tuono: è così che viene chiamata la luna piena di luglio. Ed è una bella fotografia della Thunder Moon over Pisa a essersi aggiudicata oggi l’ambito titolo di “Apod” (astronomy picture of the day), la foto astronomica del giorno, della Nasa. L’autore è Marco Meniero, controllore del traffico aereo militare di professione, presso l’aeroporto internazionale di Pisa, e astrofotografo per passione. Lo abbiamo intervistato.

Una luna piena che più pisana non si potrebbe: come le è venuta l’idea?

«Volevo associare un astro ai monumenti di Piazza dei Miracoli per onorare Galileo Galilei. Si narra infatti che egli abbia effettuato l’esperimento dei gravi proprio lanciando dei pesi dalla sommità della Torre Pendente. Inoltre sembrerebbe che egli abbia elaborato la legge del pendolo osservando la lampada nel Duomo di Pisa».

Lo scatto quando e come è nato?

«In realtà la foto è il risultato della somma di due scatti: uno per lo sfondo e uno per la Luna Piena del 9 luglio scorso. Ho usato questa tecnica per evitare la sovraesposizione del disco lunare».

E si è aggiudicato l’ambitissima “Astronomy picture of the day” della Nasa… congratulazioni. Le era già capitato?

«No, è la prima volta che una mia foto viene scelta per un’Apod. La cosa mi ha fatto ovviamente piacere per il prestigio della Nasa. Non conosco i meccanismi di scelta e penso che i selezionatori delle Apod siano scienziati e non esperti di fotografia, come ad esempio nei concorsi di fotografia, quindi ritengo che quando una foto viene scelta per l’Apod non sempre sia la foto tecnicamente migliore, ma forse la più significativa per qualche evento tipo eclissi, congiunzioni di un determinato periodo. Molti fotografi ritengono che “vincere un’Apod” sia un premio come vincere un concorso fotografico. Io invece penso solo di aver fatto una buona foto che è piaciuta ai selezionatori».

Marco Meniero con la moglie, Andreina Ricco. «Allego una foto con mia moglie», spiega a Media Inaf, «perché tutte le foto le realizzo insieme a lei».

Quando ha iniziato ad appassionarsi all’astrofotografia?

«Da metà anni ’90. Nel fare astrofotografia ho sempre tenuto conto sia della tecnica, che permette di sfruttare al massimo le possibilità della propria strumentazione, sia della creatività, che consente, invece, di rivelare l’abilità e il sentimento personale nell’atto espressivo. Nella continua ricerca artistica cerco di creare un’immagine creativa, equilibrata e armoniosa. Scegliere un’inquadratura, piuttosto che un’altra, significa, poter esprimere la mia intima interpretazione della scena».

Cosa c’è dietro alla passione per la fotografia, e per l’astrofotografia in particolare?

«Quando riprendo il Cielo, ritraggo me stesso, o almeno ciò che vedo del contesto rapportato al mio io. La tecnica fotografica fornisce la capacità di estrarre il magico mondo che portiamo dentro. Non vivo la fotografia come un campo di sfida in cui vince chi ottiene un’Apod, chi raggiunge la risoluzione dell’ottica o supera la magnitudine limite: ho sempre visto la tecnica fotografica solo come una dimensione culturale, e come nelle arti, mi sono posto al centro dell’universo rappresentativo: testimone e interprete delle bellezze osservate. Cerco di comporre l’immagine dando una struttura all’inquadratura tale da permettere alla foto di raccontare più di quanto si possa semplicemente vedere. Quando metto l’occhio dietro la reflex cerco di trasmettere le sensazioni con il linguaggio della fotografia: una buona foto deve far pensare oppure sognare. Per riuscirci si deve essere in grado di riconoscere i fenomeni celesti con le loro effemeridi e saperli inserire con armonia nel fotogramma».

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Alcune regioni con diversi tipi di plasma attorno alla Terra. Crediti: Nasa’s Goddard Space Flight Center/Mary Pat Hrybyk-Keith

Onde di plasma “tradotte” in frequenze udibili dall’orecchio umano. È quanto hanno prodotto gli scienziati delle sonde gemelle Van Allen della Nasa: una serie di file mp3 per ascoltare la sinfonia del plasma. Una sinfonia cacofonica come poche, a onor del vero, ma nella quale è possibile distinguere diversi “strumenti”, differenti per timbro e frequenza a seconda del processo fisico e della regione di provenienza all’origine del segnale.

Lo stratagemma non è nuovo, ma esercita sempre un notevole fascino: ci consente l’esperienza sinestetica di “sentire” lo spazio vuoto al di là dell’atmosfera. Spazio che in realtà vuoto non è, brulicante com’è di particelle cariche più o meno energetiche. Ed è proprio dalle onde che si sollevano, al fluttuare dei campi magnetici, in questo plasma di ioni e d’elettroni che gli scienziati della Nasa sono partiti per registrare il concerto della magnetosfera.

Sentiamone dunque qualcuno. C’è il coro di onde radio (si chiama proprio così: coro), dal sound che sembra quello d’una voliera aliena, registrato in atmosfera: un fenomeno elettromagnetico causato da onde a frequenze molto basse.

Poi ci sono le cosiddette whistler waves (onde “fischio”), onde di plasma come quelle innescate dai fulmini, dalla caratteristica modulazione con frequenza calante che ricorda i raggi mortali d’un videogioco sparatutto.

Al di là della plasmasfera, dove il plasma è tenue e relativamente caldo, le whistler waves hanno invece una modulazione in parte opposta, con la frequenza che aumenta come in un chirp. Sono onde di tipo “coro” e si producono, spiegano gli scienziati della Nasa, quando gli elettroni vengono spinti verso il lato notturno della Terra – processo che in alcuni casi può essere dovuto a fenomeni di riconnessione magnetica. Quando questi elettroni a basso contenuto energetico raggiungono il plasma, interagiscono con le particelle in esso presenti dando origine, appunto, a una modulazione dalla tonalità ascendente.

Infine le whistler waves, attraversando la plasmasfera, possono produrre suoni simili alle scariche statiche delle vecchie radio chiamati sibili plasmasferici (plasmaspheric hiss waves).

 

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La stazione osservativa dell’Eso Mascara (Multi-site All-Sky CAmeRA) si trova a La Silla, in Cile, e andrà a caccia di pianeti extrasolari con il metodo del transito. Crediti: Eso/G. Otten and G. J. Talens

La stazione osservativa Mascara (Multi-site All-Sky Camera) a La Silla dell’Eso in Cile ha visto la sua prima luce. Il nuovo strumento andrà a caccia di esopianeti transienti. Con “transito” si intende il momento in cui il pianeta passa di fronte alla sua brillante stella madre, per creare un catalogo di bersagli per le prossime osservazioni che caratterizzeranno gli esopianeti.

La stazione Mascara in Cile (frutto di un accordo tra l’Eso l’Unviersità di Leida) è la seconda a iniziare i lavori: la prima si trova nell’emisfero boreale, all’Osservatorio del Roque de los Muchachos, sull’isola di La Palma nelle Isole Canarie. Ogni stazione contiene una batteria di fotocamere in un ambiente a temperatura controllata: con queste si può osservare continuamente quasi tutto il cielo visibile dalla sua posizione. Mascara può monitorare stelle fino alla magnitudo di 8,4 – circa dieci volte più deboli di quanto si possa vedere a occhio nudo in una notte buia e serena. Grazie alla sua struttura, questa stazione è meno sensibile alle condizioni atmosferiche di altri strumenti e le osservazioni si possono realizzare anche quando il cielo è parzialmente nuvoloso, allungando i tempi di osservazione.

«Servono stazioni sia nell’emisfero australe che in quello boreale, in modo da poter ottenere una copertura completa del cielo», ha commentato Ignas Snellen, dell’Università di Leida e a capo del progetto. «Con la seconda stazione a La Silla possiamo ora monitorare quasi tutte le stelle più brillanti in tutto il cielo».

La stazione osservativa Mascara, in Cile. Crediti: ESO/G. Otten and G. J. Talens

Mascara è un progetto a basso costo dal design compatto, innovativo, flessibile e molto affidabile. Composto da cinque fotocamere digitali, questo piccolo cercatore di pianeti osserva ripetutamente la luminosità di migliaia di stelle. Un software controlla la presenza di piccoli affievolimenti della luce della stella dovuti al passaggio di un pianeta. Questo metodo di scoperta dei pianeti si chiama fotometria di transito. La dimensione del pianeta e l’orbita possono essere determinate direttamente e, in sistemi molto brillanti, si può anche caratterizzare l’atmosfera con ulteriori osservazioni grazie a telescopi molto grandi come il Very Large Telescope.

L’obiettivo di Mascara è di trovare esopianeti intorno alle stelle più brillanti del cielo, che al momento non sono oggetto di survey. La popolazione osservata da Mascara consiste soprattutto di pianeti del tipo “Giove caldo” —  grandi mondi fisicamente simili a Giove ma in orbita molto vicino alla propria stella madre. Ciò produce una temperatura superficiale molto alta e periodi orbitali di sole poche ore. Sono state scoperte decine di gioviani caldi con il metodo delle velocità radiali, poiché la loro influenza gravitazionale sulla stella è elevata.

Questa foto mostra le cinque telecamere che formano il sistema Mascara. Insieme i cinque obiettivi grandangolari consentono alla stazione osservativa cilena di fotografare quasi l’intero cielo visibile in una sola volta. Crediti: ESO/G. J. Talens

«Non si può imparare molto dai pianeti scoperti con il metodo della velocità radiale, poiché servono tecniche di produzione di immagini molto sofisticate per separare la luce di questi pianeti, vecchi e freddi, da quella della stella madre», ha aggiunto Snellen. «Al contrario, i pianeti che transitano di fronte alla loro stella madre possono essere caratterizzati facilmente».

Mascara ha anche la potenzialità di scoprire super-Terre e pianeti della dimensione di Nettuno. Il progetto dovrebbe fornire un catalogo dei bersagli più brillanti e vicini per le future osservazioni di caratterizzazione, in particolare osservazioni dettagliate delle atmosfere planetarie.

Per saperne di più:

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