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Il contributo dell’Italia alla sonda GAIA

Mancano ormai pochi mesi (la data di lancio è ora fissata per ottobre), ma il team è al lavoro ormai da anni ed anni. E in realtà chiamarlo team in questo caso è davvero riduttivo. Nei tempi moderni è normale, è la regola. Un satellite scientifico è innanzitutto una impresa tecnologica, che passa attraverso varie fasi e muove una organizzazione decisamente complessa e articolata. Il satellite GAIA di ESA non fa eccezione. Ne abbiamo parlato in varie occasioni su GruppoLocale, ma ci piace tornarci ora che si è appena concluso il mini-workshop “L’Italia in GAIA” presso gli HeadQuarters dell’INAF, ovvero la sede di Monte Mario dell’Osservatorio Astronomico di Roma .

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Una immagine “artistica” della sonda GAIA (crediti: ESA)

Forse la cosa che colpisce di più, ad uno scienziato magari non introdotto a GAIA ma presente al workshop, è l’ampissimo spettro di temi e di ricerche nei quali la sonda promette (con buona ragione) di portare avanzamenti significativi. Siamo abituati a pensare a GAIA come alla sonda che rivoluzionerà la conoscenza delle popolazioni stellari nella Galassia, ma non è soltanto questo. Come il workshop ha efficacemente dimostrato, le potenzialità di GAIA sono molto maggiori. E lo spettro di aree dove i dati di GAIA avranno un impatto significativo è sorprendentemente esteso. Si va dai pianeti del sistema solare ai quasar, agli esperimenti di realatività generale.

Eh già, perché la comunità scientifica è al lavoro da molto tempo, per capire che tipo di dati invierà a terra GAIA, e come utilizzarli al meglio per estrarne ogni informazione scientifica possibile.

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Dall’osservatorio si gode anche una meravigliosa vista della città eterna (Crediti: INAF) …

Pesco un po’ a caso dai miei appunti, tanto per dare un’idea (sommaria ed imprecisa e parziale quanto si voglia, ovviamente)… dunque, avremo dati per mezzo milione di nuovi quasar (non male per una missione ‘stellare’ eh?), avremo inoltre la possibilità di esplorare tematiche di fisica fondamentale. Ben di più: GAIA (e questo lo ignoravo anche io, in buona parte) si presenta come il più grande esperimento di relatività generale mai realizzato, segnando (come è stato detto al congresso) il primo vero accesso dell’astronomia relativistica nella fisica fondamentale.

Potremmo poi parlare (o prima) di tutta la parte tecnologica che è dietro il progetto GAIA. Sotto questo punto di vista – come tutte le più moderne imprese spaziali – GAIA è una conquista ed insieme una sfida. Certo, perché comunque la realizzazione pratica di quanto ideato in astratto è una conquista. Si potrebbe parlare delle collaborazioni con l’industria, come con Oracle che si occupa di una parte importante del progetto, come i database. Potremmo accennare a questo punto alla ingente quantità di dati che dovremo gestire, quando la sonda sarà in opera. A tutte le sfide che si stanno affrontando anche nel campo del software.

Chi scrive è nel team di persone che devono elaborare degli algoritmi per separare i profili di stelle parzialmente sovrapposti. Non proprio uno scherzetto, se considerate che per minimizzare il flusso di dati trasmesso dalla sonda le stelle meno luminose, prima di essere inviate a Terra, vengono artificialmente “schiacciate” in una dimensione soltanto… pertanto è necessario “riespandere” il segnale in 2D, poi finalmente usare delle tecniche matematiche relativamente complesse (come la “Analisi delle componenti principali”) per separare i profili delle due stelle.

La missione (ben vista e concretamente sostenuta anche dai vertici dell’INAF, come ha esplicitamente dichiarato il nostro presidente Bignami in apertura di congresso) è uno sforzo tecnologico e scientifico tutto europeo, essendo un progetto di ESA.

In questo sforzo europeo – come è stato rilevato giovedì scorso a Monte Mario – l’Italia è in prima linea come uno dei contributori più decisi, sia in termini di risorse stanziate che di uomini. E questo non può che farci piacere. E anche – perché no – ci permette ancora una volta di essere orgogliosi dell’appartenenza a questo nostro Bel Paese.

Senza eccessiva retorica si può ben dire che se tutto andrà bene, si dovrà all’Europa e al contributo finanziario e scientifico di tutti i suoi cittadini – Italia inclusa, a pieno titolo – se la conoscenza della Via Lattea e del cosmo in generale, avrà fatto, nei prossimi anni, un grande e forse decisivo passo in avanti.

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Herschel e Keck: il censimento sull’universo invisibile

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Immagine dell’Hubble Space Telescope di galassie stardust per la prima volta osservate dall’Herschel Space Observatory dell’ESA. I dati del Keck sono mostrati in basso, in ciascuna immagine, in blu. Crediti: ESA–C. Carreau/C. Casey (University of Hawai’i); COSMOS field: ESA/Herschel/SPIRE/HerMES Key Programme; Hubble images: NASA, ESA. Inset image courtesy W. M. Keck Observatory.


Combinando il potere osservativo dell’Herschel Space Observatory dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA) e dei telescopi terrestri Keck gli astronomi hanno caratterizzato centinaia di galassie Starburst in precedenza non osservate rivelando tassi di formazione stellare straordinari in tutta la storia dell’Universo.

Le galassie Starbust danno vita a centinaia di stelle di massa stellare ogni anno con eventi di breve durata ma molto intensi. In confronto, la nostra Galassia in media produce l’equivalente di una sola stella simile al Sole ogni anno.

Le galassie Stardust generano così tanta luce stellare che potrebbero oscurare la nostra Galassia centinaia di migliaia di volte, ma le enormi quantità di gas che li alimentano contengono anche quantità di polvere come risultato della loro frenetica formazione stellare. La polvere assorbe molta della luce visibile il che significa che essa sembra abbastanza insignificante in quella parte dello spettro, ma non lo è. In realtà, la polvere viene riscaldata dalle stelle calde circostanti e riemette l’energia assorbita a lunghezze d’onda del lontano infrarosso. Utilizzando l’Herschel Space Observatory dell’ESA è stato possibile misurare la temperatura e la luminosità di centinaia di galassie ricche di polveri. Da queste, il loro tasso di formazione stellare potrebbe essere quindi calcolato.

“Le galassie Stardust sono le galassie più luminose dell’Universo e contribuiscono in modo significativo alla formazione stellare cosmica, così che è importante studiarle in dettaglio e conoscere le loro proprietà” ha affermato Caitlin Casey dell’University of Hawaii, autore capo dei paper dove vengono spiegati i risultati pubblicati nell’Astrophysical Journal.

“Alcune delle galassie trovate in questa nuova survey hanno tassi di formazione stellare equivalenti alla nascita di parecchie centinaia di stelle di massa solare all’anno, costituendo alcune delle galassie più luminose nell’infrarosso mai scoperte prima”.
Per fornire un contesto alle osservazioni e capire come la formazione stellare è cambiata nel corso dei 13,7 miliardi di anni di vita dell’Universo, è necessario conoscere anche la distanza delle galassie.

Con Herschel che ha individuato la strada da seguire, il team guidato da Casey ha utilizzato gli spettrometri dei W. M. Keck Telescope di 10 metri di diametro a Mauna Kea, nelle Isole Hawaii ottenendo un redshift di 767 galassie stardust.
I redshift (o spostamenti verso il rosso) forniscono una misura di quanto tempo che la luce di ogni galassia impiega a viaggiare in tutto l’universo che, a loro volta, indicano quando, nella storia del cosmo, è stata emessa la luce di ogni galassia.

Per la maggior parte delle galassie si è trovato che la luce ha viaggiato verso di noi per circa 10 miliardi di anni. Circa il 5% delle galassie si trovano a redshift ancora maggiori: la loro luce è stato emessa quando l’universo aveva un’età approssimativamente di 1-3 miliardi di anni. “I dati di Herschel ci dicono quanto altamente prolifiche sono queste galassie nel formare stelle” ha affermato Seb Oliver dell’University of Sussex, Regno Unito, e Principal Investigator per MerMES Key Programme, dove i dati vengono raccolti.

“Combinando questa informazione con le distanze previste dai dati del Keck, possiamo scoprire il contributo delle galassie Stardust per quanto riguarda la quantità totale di stelle prodotte in tutta la storia dell’Universo”.
Con un così grande numero di galassie stardust formate durante i primi pochi miliardi di anni della nascita dell’Universo si pone un problema di vitale importanza per la formazione e l’evoluzione delle galassie.
Una teoria di una certa importanza propone che una collisione tra due giovani galassie possa aver scatenato un’intensa formazione stellare di breve durata. Un’altra teoria ipotizza che quando l’Universo era giovane, galassie singole avevano molto più gas a loro disposizione per alimentarle, consentendo alti tassi di formazione stellare, senza la necessità di collisioni. “E’ un argomento dibattuto che richiede informazioni sulla forma e la rotazione delle galassie prima di poterlo risoluvere” ha affermato Casey.

stardust galaxies

Una rappresentazione della distribuzione di circa 300 galassie stardust in un campo di vista di 1,4° x 1,4°. Crediti: ESA–C. Carreau/C. Casey (University of Hawai’i); COSMOS field: ESA/Herschel/SPIRE/HerMES Key Programme; Hubble images: NASA, ESA. Inset image courtesy W. M. Keck Observatory.


“Prima di Herschel, il più grande sondaggio di galassie stardust lontane aveva coinvolto solo 73 galassie, ora abbiamo aumentato il numero di un fattore almeno dieci volte maggiore in questa survey combinata col i Keck Telescope per determinare le caratteristiche di questa importante popolazione di galassie” ha aggiunto Goran Pilbratt, scienziato del progetto Herschel dell’ESA.

Fonte: ESA-Hershel – Herschel and Keck Take Census of the Invisible Universe  http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/Herschel/Herschel_and_Keck_take_census_of_the_invisible_Universe

Sabrina

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Dal Sistema Solare alla Galassia, con il browser

Visualizzare la posizione esatta di ogni stella nella Galassia è appunto un problema… di dimensioni galattiche! Considerando che la Via Lattea contiene circa 200 miliardi di stelle, anche avessimo tutti i dati a nostra disposizione, risulterebbe comunque impossibile – allo stato attuale – poter rendere al computer ogni dettaglio in un simile “affollamento”. Tuttavia adesso ci si può andare vicino, tanto vicino da avere l’impressione di muoversi effettivamente all’interno della Via Lattea.

E’ quello che ha fatto il team di Google, con un nuovo esperimento dedicato al suo browser Chrome. Utilizzando dati raccolti da diverse sorgenti, tra le quali spiccano sia la NASA che l’ESA (gli enti spaziali statunitensi ed europeo), possiamo dire che è stata compiuto un primo passo nella rappresentazione più realistica della Galassia, mappando la posizione delle stelle più vicine al nostro Sole.

Il nuovo Chrome Experiment prende il nome di 100.000 stelleUtilizzando il mouse o il trackpad, si è liberi di zoomare avanti e indietro per condurre una emozionante esplorazione della  Via Lattea. Zoomando in avanti si scopre il nome delle stelle più vicine a noi. Cliccando sui nomi inoltre si possono ottenere maggiori informazioni su ognuno di questi nostri “vicini stellari”.

Proseguendo il viaggio “verso casa”, incontriamo poi la Nube di Oort, le orbite planetarie, e finalmente il Sole. Al contrario, muovendosi verso l’esterno, si può avere un’idea di come potrebbe essere un vero e proprio “viaggio nella Galassia”. Va comunque tenuto ben presente che quest’ultima è per larga parte una elaborazione artistica (di tutto rispetto, devo dire). C’è anche un pulsante nell’angolo superiore sinistro, che vi conduce in un simpatico “tour guidato”, assai utile per capire rapidamente quali sono i punti di forza dell’esperimento stesso.

E qui, già ci stiamo avvicinando ad una stella che ben conosciamo…
(Crediti: Google)

 

L’esperimento fa uso del supporto di Chrome per alcuni tra i più moderni standard, come WebGL, CSS3D e Web Audio. A proposito di audio, la musica è gentilmente fornita da Sam Hulick, celebre agli appassionati di videogiochi per aver musicato gli episodi della serie di avventure spaziali Mass Effect.

Mentre esplorate l’esperimento (unica avvertenza: su browser diversi da Chrome potrebbe non funzionare correttamente), vi potreste rendere conto di quante siano centomila stelle. E potreste meravigliarci tanto di più, al pensiero che il numero totale di stelle nell’Universo, è stimato essere una cifra con ben… ventitré zeri!

 (Elaborazione di un post sul Chrome Blog)

 

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NGC 6745, tracce evidenti di collisioni galattiche

No, decisamente le galassie normalmente non si presentano in questo modo. NGC 6745 in realtà mostra chiari segni dell’effetto di  una gigantesca ‘collisione’ galattica. Le collisioni di questo tipo sono peculiari anche nella durata, bisogna dire, perché le galassie in realtà sono state in collisione per centinaia di milioni di anni.  Appena al di fuori dell’immagine presentata, elaborata in maniera digitale al fine di aumentare i contrasti, ci sarebbe (nell’angolo in basso a destra) una galassia più piccola, in allontanamento.

Crediti: NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration

La galassia più grande, che vediamo nella foto, doveva essere una normale galassia a spirale, ma ora che è ‘danneggiata’ dall’urto, la forma appare decisamente peculiare. Di fatto, gli effetti della gravità sulla forma della galassia sono evidenti. Per quanto sia assai probabile, visti gli spazi in gioco e le distanze tra gli oggetti, che nessuna stella nelle due galassie si sia direttamente scontrata con un’altra, in tale tipo di ‘collisioni’ sono il gas, la polvere e il campo magnetico ambientale che interagiscono direttamente. Arrivando appunto a modificare profondamente l’aspetto delle galassie che hanno subito tale processo.

Il fatto è tutt’altro che raro, nell’economia dello sviluppo delle galassie. Tra l’altro, ha notevole importanza anche per chi studia specificamente la formazione e l’evoluzione di nuove stelle, poiché sovente nelle zone di collisione si vengono a creare le condizioni ideali per la comparsa di zone di fresca formazione stellare. Anche in questo caso lo scontro ha fatto in modo di dare un deciso impulso alla formazione stellare: di fatto, un grumo di gas espulso dalla galassia più grande, a destra in basso, ha già iniziato a formare stelle.

La peculiare galassia NGC 6745 si estende per circa ottantamila anni luce di diametro, e si trova a circa 200 milioni di anni luce dalla Terra. La sua età presunta dovrebbe aggirarsi intorno ai 10 milioni di anni.

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Cinque telescopi per scopi educativi

Immagine aerea dell’antenna di 15m in banda S del VIL-1 dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA) presso l’European Space Astronomy Center a Villafranca, vicino Madrid. Crediti: ESAC, disponibile sul sito dell’ESA: http://www.esa.int/esaMI/ESAC/SEMPVI0U5LG_1.html e su: http://esamultimedia.esa.int/images/esoc_pr/cebreros/F_0057_H.JPG

Un nuovo accordo di collaborazione educativo-didattico per le scienze spaziali e l’astronomia riguarderà l’utilizzo di cinque telescopi da parte degli studenti universitari e delle scuole superiori e in tutta Europa.

Gli studenti potranno utilizzare il radiotelescopio dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA) in Spagna, oltre ad altri quattro telescopi che appartengono sia all’ESA che al National Institute for Aerospace Technology (INTA) e alla Società Ingenieria y Servicios Aeroespaciales (INSA).

L’iniziativa rientra all’interno del Progetto Cooperation through Education in Science and Astronomy Research (CESAR) che è stato presentato ufficialmente lo scorso giugno presso l’European Space Astronomy Centre (ESAC) dell’ESA a Villanueva de la Cañada, Madrid.

Il Direttore Scientifico dell’ESA Álvaro Giménez, il Direttore Generale dell’INTA Jaime Denís e Il Vice Presidente Esecutivo dell’INSA Miguel Lens hanno firmato l’accordo di collaborazione CESAR tra i tre istituti spaziali lo scorso 28 giugno.

Il radiotelescopio dell’ESA sta rendendo disponibile la prima antenna di localizzazione satellitare (VIL-1) che l’Agenzia Spaziale Europea installò in Spagna nel 1974. VIL-1, non essendo più operativo come antenna di localizzazione, è stato reso utilizzabile come radiotelescopio per scopi educativi, fornendo grossi contributi al progetto CESAR e offrendo agli studenti europei la possibilità di far esperienza pratica nella ricerca astronomica.

ESAC raccoglie e conserva i dati scientifici dei telescopi spaziali dell’ESA come il Telescopio Herschel e l’XMM-Newton, utilizzati per osservare le più distanti galassie nelle lunghezze d’onda infrarosse e nei raggi X, rispettivamente, e del Telescopio Planck, che è stato utilizzato per esplorare le origini dell’Universo. A parte il VIL-1 l’ESAC sarà pure la casa di altri due telescopi solari come parte del progetto CESAR oltre che come sala di controllo di tutta la strumentazione.

I due telescopi ottici nel progetto CESAR, che rilevano lo stesso tipo di luce che è in grado di rilevare l’occhio umano, verranno posizionati presso la stazione NASA a Robledo de Chavela, Madrid, e a Cebreros, Ávila, presso la stazione spaziale dell’ESA. Quest’ultima ospita una delle tre antenne a livello globale dell’ESA  utili per le comunicazioni e il controllo delle proprie missioni interplanetarie e dei telescopi spaziali a grande distanza dalla Terra.

Tutti i telescopi sono robotici, il che significa che gli studenti possono controllarli dalle loro classi grazie ad un software sviluppato dagli scienziati e ingegneri del progetto CESAR.

Insieme ai loro tutor, gli studenti saranno in grado di compiere osservazioni astronomiche di notte e osservazioni solari, e successivamente fare il download dei dati raccolti. Il progetto, inoltre, ha un aspetto tecnologico e scientifico, in quanto CESAR verrà ad includere dei progetti di collaborazione nei quali gruppi di studenti svilupperanno nuovi programmi di controllo degli strumenti e ne miglioreranno degli altri per le osservazioni astronomiche.

Durante la cerimonia della nuova collaborazione, il Dott. Álvaro Giménez, Direttore del Science and Robotic Exploration dell’ESA, ha affermato che “questo progetto ha un grande potenziale, in quando combina la conoscenza didattico-scientifica dei tre istituti di ricerca che la compongono. Per esempio è molto interessante il fatto che il centro di controllo di CESAR sia situato all’ESAC, al centro di scienze spaziali dell’ESA, in modo da consentire uno stretto contatto tra gli astronomi e gli ingegneri che vi lavorano”.

Il team di CESAR è già al lavoro per lo sviluppo di progetti educativi per ogni apparecchiatura e per progetti a livello accademico, in stretto contatto con l’Ufficio Educazione dell’ESA. L’obiettivo è quello di raggiungere accordi con le scuole e le università europee, in modo che le apparecchiature abbiano un proprio controllo remoto e la distanza fisica non rappresenti un ostacolo una volta stabilite connessioni Internet veloci. In alcuni casi, l’ESA, INSA e INTA stanno già collaborando con le istituzioni scolastiche.

Gli studenti europei riceveranno informazioni aggiornate sulle opportunità offerte dal programma CESAR attraverso il sito web educativo dell’ESA.

Fonte ESA: Five telescopes for educational purposes – http://www.esa.int/SPECIALS/Education/SEMKXVUTP4H_0.html

Sabrina

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