Herschel, il Sistema Solare si capisce dall’acqua

Una delle molecole più interessanti che gli astonomi (e gli scienziati in generale) si possano trovare a dover studiare è senz’altro l’acqua. Come sappiamo, è assai abbondante sulla Terra, ed è anche indispensabile alla vita. L’acqua si forma piuttosto facilmente – se le condizioni ambientali sono favorevoli – tanto è vero che anche le regioni esterne del Sistema Solare sono piene di corpi “ghiacciati”. 

La ricerca di acqua al di fuori del nostro pianeta va condotta… da fuori (appunto), poiché l’atmosfera terrestre interferisce pesantemente su tale tipo di misure. E’ il campo di lavoro ideale per le sonde, come Herschel. Orbene, nel 2010 la cometa Hartley 2 si trovò a passare relativamente vicino alla Terra. L’occasione era davvero ghiotta, visto che la cometa proveniva dalla lontana regione della fascia di Kuiper, e solo l’orbita molto allungata permetteva questa incursione nei paraggi del Sole di un corpo proveniente dagli spazi più remoti. Gli strumenti di Hartley 2 si sono attivati e hanno stabilito che la composizione dell’acqua della cometa è molto simile  a quella degli oceani terrestri.Il fatto che la natura dell’acqua sulla cometa e sulla Terra sia molto simile, sicuramente rinforza l’ipotesi per la quale sarebbero proprio le comete ad aver portato l’acqua sul nostro pianeta.

Rappresentazione artistica del disco di gas e polvere intorno alla giovanissima stella TW Hydrae (Crediti: ESA/NASA/JPL-Caltech/WISH)

Ma non è tutto qui: la sensibilità degli strumenti di Herschel ha permesso anche di studiare il materiale in orbita intorno ad altre stelle, come TW Hydrae. La stella è poco più piccola del Sole, ma è molto, molto più giovane. Ad una età di appena 10 milioni di anni, possiamo pensarla come una stella “adolescente”. Fosse stata il nostro Sole, per i pianeti avremmo dovuto aspettare ancora decine o centinaia di milioni di anni!

Alla distanza di 175 anni luce, non possiamo pretendere troppo dagli strumenti di Herschel – non è possibile uno studio dettagliato. Ugualmente, la sensibilità della sonda ha permesso di trovare segnali di vapore acqueo e di determinarne locazione e temperatura. In particolare, il vapore risulta “strappato via” dai grani di ghiaccio dalla luce stessa della stella, ma si riscontra ad una temperatura di circa -170 gradi Celsius. Decisamente molto più freddo di quanto si riteneva finora. Trovare vapore a tale temperatura indica come questo debba essere presente in ampie zone del disco stellare.

Sono appena due esempi di come lo studio dell’acqua sia fondamentale per  la comprensione stessa delle modalità di formazione ed evoluzione del Sistema Solare. Molto ancora possiamo aspettarci di comprendere dall’analisi della distribuzione dell’acqua nell’universo a noi più prossimo: la storia di questa molecola e la storia della nostra stella e dei suoi pianeti, risultano fortissimamente allacciate.

Herschel Press Release

Materia oscura… quanto basta!

Avete presente le galassie, brilluccicanti di milioni e milioni di oggetti stellari? Beh non è cosi semplice che si creino e si sviluppino, se non si “dosa” la materia oscura secondo una attenta valutazione. Troppa o troppo poca.. ed ecco che la galassia svanisce!

La materia oscura è quella sostanza invisibile che permea il nostro universo, che contribuisce in maniera determinante  alla crescita ed allo sviluppo delle galassie di grande massa, nei primi momenti di vita del cosmo.

Dalle simulazioni degli ricercatori, risulta che la dose di materia oscura è tutt’altro che secondaria, nel delicato equilibrio dello sviluppo delle galassie. Mettine troppo poca, e la galassia non si forma nemmeno. Mettine troppa, invece, e il gas non si raffredda in maniera abbastanza efficace per formare una vera galassia “come si deve”, ed invece si creano una miriade di galassiette più piccole. Insomma devi averne la giusta quantità, di materia oscura (anche se non la vedi).

Regione nei pressi di Ursa Major
Una regione nei pressi della costellazione dell'Orsa Maggiore, una delle aree scrutate da Herschel. Ogni piccolo puntino in realtà è una intera galassia (Crediti: ESA/Herschel/SPIRE/HerMES)

Dunque la ricetta prescrive, aggiungere materia oscura “quanto basta”. Si ma quanto? potreste giustamente dire voi.

Ebbene per risolvere la questione è arrivato Herschel (a dire la verità, è dal 2009 che è in operazione). La sonda monta un telescopio da 3.5 metri che è sintonizzato nella ricezione della luce in banda infrarossa, proveniente da una enorme serie di oggetti celesti (dagli asteroidi e i pianeti nelle nostre vicinanze, fino alle più lontane galassie).

L’occhio infrarosso di Herschel dunque è andato a scovare la luce infrarossa proveniente da una serie di galassie lontane, in fase di forte formazione stellare. La luce infrarossa di queste strutture forma una vera e propria struttura “a ragnatela”, chiamata radiazione di fondo in infrarosso. Poichè questa dipende strettamente dall’addensamento degli oggetti che la emettono, e questo dipende a sua volta dalla quantità di materia oscura che è presente nell’ambiente, ecco che la catena è chiusa, e si può arrivare alla stima.

Dall’analisi dei dati, risulta che per fare una galassia ci vuole una quantità di materia oscura circa equivalente a 300 miliardi di volte il nostro Sole. Ditemi voi, se vi par poco…….

NASA/JPL Press Release

Acqua nell’atmosfera stellare, dalla radiazione ultravioletta

La sonda Herschel ha appena scoperto un ingradiente di importanza fondamentale nella produzione di acqua nell’atmosfera di alcune stelle: la luce ultravioletta!  E’ la sola spiegazione possibile per interpretare la presenza delle gigantesche nubi di vapor d’acqua che si trovano spesso intorno alle stelle nelle ultime fasi della loro evoluzione. I risultati di questa ricerca sono appena stati pubblicati nella prestigiosa rivista Nature.

Ma andiamo con ordine. Ogni ricetta degna di questo nome, include un ingradiente “segreto”. Quando gli astronomi trovarono una inattesa nube di vapore acqueo intorno alla stella vecchia CW Leonis, nell’anno 2001, furono immediatamente curiosi di scoprirne la sorgente. La faccenda infatti era curiosa: si sapeva che l’acqua è presente intorno a diversi tipi di stelle, ma CW Leonis è una “stella al carbonio”, cioè di una categoria che non dovrebbe produrre acqua. Tanto è vero che le ipotesi iniziali si aggiravano sulla possibilità che l’acqua fosse prodotta da comete in evaporazione, oppure anche da piccoli pianeti.

La stella la carbonio CW Leonis vista da Herschel. Crediti: ESA / SPIRE / PACS / MESS Consortia

Ora però gli strumenti PACS e SPIRE a bordo di Herschel hanno potuto rivelare il famoso “ingradiente segreto” individuandolo appunto nella luce ultravioletta: il vapor d’acqua è troppo caldo per provenire dalla distruzione di corpi celesti, inoltre è ben distribuito attraverso tutto il vento stellare, in una zona che si spinge anche al di sotto della superficie della stella medesima. Questo fa pensare al fatto che l’acqua sia stata creata da un fenomeno chimico, mai ipotizzato finora, per il quale la radiazione ultravioletta proveniente dallo spazio intertstellare riesce a scindere le molecole di monossido di carbonio, rilasciando atomi di ossigeno. A questo punto il gioco è fatto: l’ossigeno liberato interagisce con l’idrogeno presente in abbondanza, e forma molecole d’acqua.

Riguardo a CW Leonis, possiamo dire che è una stella gigante rossa, solo poche volte più grande del nostro Sole, che però si è espansa nell’arrivo in fase di gigante, per  un raggio di centinaia di volte quello originario. Le reazioni nucleari al suo interno stanno convertendo l’elio in carbonio, molto del quale finisce per esporsi sulla superficie della stella medesima (di qui il nome di “stella al carbonio”). Proprio l’abbondanza di carbonio faceva pensare agli astronomi che l’acqua non potesse esistere in tali ambienti: con tutto il carbonio presente, ci si aspettava che l’ossigeno fosse tutto “bloccato” nelle molecole di monossido di carbonio (CO). A tale quadro mancava, come abbiamo visto, di tenere in considerazione l‘ingradiente segreto

Il prof. Mike Barlow, coautore dell’articolo pubblicato su Nature, si spinge a dire che “La scoperta del vapor d’acqua dal vento proveniente da una stella al carbonio ha richiesto una completa rivisitazione dei nostri modelli dei processi chimici in tali flussi, e testimonia le eccezionali capacità degli spettrometri a bordo del Telescopio Spaziale Herschel”

Potete leggere maggiori dettagli nella Press Release di Herschel


Si apre l’occhio di Herschel sulla Via Lattea

Una nuova immagine dall’Osservatorio Herschel ben mette in evidenza il naturale “talento” della sonda verso le osservazioni a lunghezze d’onda multiple. L’osservatorio opera nell’infrarosso, ed è una missione dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA) con una quota importante di partecipazione anche dell’ente spaziale statunitense (NASA). Notevole il fatto che Herschel possa utilizzare due strumenti scientifici in maniera simultanea, per osservare in ben cinque diversi colori nell’infrarosso, una lunghezza d’onda com’è noto invisibile all’occhio umano, ma decisamente importante per una estesa serie di osservazioni spaziali (prima tra tutte lo studio della formazione stellare, come più volte abbiamo evidenziato in questo sito).

Alcune regioni tra le più fredde e ricche di polvere nello spazio, risultano ugualmente brillanti se osservate in luce infrarossa, come può fare Herschel…
Crediti: ESA/NASA/JPL-Caltech

La nuova immagine composita, appena rilasciata, è decisamente interessante e mostra una regione scura e fredda della nostra Via Lattea, dove il materiale interstellare viene compattato insieme, incamminandosi verso la sua prospettiva di formare nuove stelle. Va detto che gran parte della regione apparirebbe davvero scura nella luce visibile, tuttavia Herschel riesce a scorgere il rivestimento molto sottile di polvere, solo leggermente più calda della temperatura minima teoricamente ottenibile nella zona.

La visione della sonda rivela anche che la regione di formazione stellare è addirittura più ricca di materiale freddo e turbolento di quanto ritenuto fino ad oggi: dunque sta già fornendo dei dati importanti per  gli scienziati.  Herschel è in verità ancora in quella che viene detta performance verification phase, nella quale gli strumenti sono attivi ma prevalentemente per essere registrati e messi a punto, prima dell’inizio delle osservazioni scientifiche “programmate”.

Pur dunque nelle fasi iniziali del suo ciclo operativo, dunque, la sonda sembra già fornire ottimi risultati… Dunque un’altra missione spaziale, tra le tante ormai, dalla quale possiamo aspettarci con fiducia un non trascurabile contributo alla sempre migliore conoscenza del nostro Universo…!

NASA JPL Press Release

Herschel apre gli occhi sulla galassia Vortice

L’Herschel Space Observatory è stato lanciato appena un mese fa, ed è ancora nella fase di aggiustamento che precede l’acquisizione delle immagini scientifiche vere e proprie. Tuttavia, quando pochi giorni fa, il 14 giugno, è stato aperta la copertura del criostato della sonda, e gli strumenti sono stati in grado di “osservare” il cielo per la prima volta, ESA ha suggerito che si usasse tale opportunità per produrre una immagine (davvero preliminare) di quello che si sarebbe potuto vedere nei mesi futuri.

Il Photodetector Array Camera and Spectrometer (PACS) è stato abbastanza fortunato da catturare subito alcune immagini che hanno inequivocabilmente dimostrato la “superiorità” di Herschel, il più potente telescopio in infrarosso che ora abbiamo tra gli strumenti che lavorano nello spazio.



La Galassia Vortice, una delle prime cose viste da Herschel
Crediti: ESA e il consorzio PACS

Alla costruzione di PACS ha concorso un insieme di diversi istituti ed università di tutta Europa, tra cui naturalmente anche il nostro paese (per l’Italia, le istituzioni coinvolte sono numerose: IFSI, OAP/AOT, OAA/CAISMI, LENS, SISSA)

L’immagine mostra la famosa “Galassia Vortice” (Whirlpool Galaxy), osservata la prima volta da Charles Messier nel lontano 1773 (e da lui catalogata come Messier 51). Questo classico esempio di una galassia a spirale si trova relativamente vicino a noi, nella costellazione dei Cani da Caccia (Canes Venatici).

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