Archivio mensile:maggio 2011

NGC 2414: grande varietà in un piccolo spazio!

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La nuova camera di Hubble continua a regalarci immagini di grande interesse. Ora è la volta della galassia nana NGC 4214: questa piccola galassia che brilla gagliarda di luce di stelle giovani, e nuvole di gas ionizzato,  rappresenta un laboratorio ideale per le indagini sulla formazione delle stelle e sulla loro evoluzione.

Non è vero che le dimensioni contino… almeno, non in ambito astronomico! Consideriamo il caso di NGC 4214: una galassia piccolina, senza dubbio, eppure non le manca nulla. E’ dotata di ogni cosa che può interessare l’astronomo, dalle regioni calde di formazione stellare intensa, alle regioni con ammassi più vecchi, con tanto di stelle supergiganti rosse.

L’immagine acquisita con la Wide Field Camera 3 (WFC3) ci mostra una intricata trama di idrogeno ionizzato brillante, cavità di gas scavate da venti stellari, e ammassi stellari brillanti.

La cosa che forse colpisce maggiormente, è la grande cavità a forma di cuore, che occupa il centro dell’immagine. Dentro tale regione si trova un grande ammasso di stelle giovani, di grande massa, la cui temperatura superficiale può raggiungere i 50.000 gradi Celsius. Il fatto che non vi sia più gas nella regione ci dice che la formazione stellare – entro tale zona – è ormai inibita (cosa che non è vera in altre parti della galassia).

La galassia nana NGC4214 (Crediti: NASA, ESA and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration. )

NGC4214 ha molte ragioni per catturare l’attenzione degli studiosi. Intanto è abbastanza vicina a noi (10 milioni di anni luce non sono molti, per l’astronomo moderno). Posta nella costellazione Canes Venatici, la galassia presenta anche una rimarchevole varietà di stelle, nelle più diverse fasi evolutive. Niente di meglio per studiare “sul campo” le modalità specifiche della formazione e dell’evoluzione degli oggetti stellari, dunque. Giova anche che vi sia relativamente poca polvere interstellare tra noi e la galassia, il che rende le osservazioni ancora più accurate, e le misure più precise.

Il fatto che vi sia compresenza di stelle giovani con ambienti stellari sicuramente più antichi, ci insegna anche come la galassia debba essere stata interessata da diversi episodi di intensa formazione stellare, durante la sua evoluzione. La grande quantità di gas ancora “a disposizione”, poi, ci suggerisce come con ogni probabilità ce ne possiamo attendere di altri. Questa è un’altra evidenza che si aggiunge a supporto di un quadro per il quale galassie – ed anche ammassi globulari – presentano una storia di formazione stellare ben più complessa ed articolata di quanto si supponeva soltanto pochi anni fa.

Sono proprio casi come questo (merito di Hubble, ancora in ottimo stato) che ci insegnano che le teorie, per quanto indispensabili, spesso tendono a semplificare, e che la natura presenta una varietà che ci esorta senza sosta ad “allargare la mente” … è vero, vi sono più cose in cielo e in terra che nella nostra filosofia, e NGC2414 è lì a ricordarcelo!

AMS-02 cacciatore di antimateria

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Modello molto semplificato dell’atomo di idrogeno e dell’anti-idrogeno. Disponibile su: http://www.vagabondaggi.it/wp-content/uploads/2011/04/idrogeno-anti.jpg.

In collaborazione con Umberto Genovese


L’antimateria fu ipotizzata diverse volte tra la fine del XIX secolo e i primi del XX, ma fu solo nel 1928 che il fisico Paul Dirac lavorando a una versione relativistica dell’equazione d’onda di Schrodinger scoprì che era necessario introdurre una nuova particella di carica opposta all’elettrone, un antielettrone o positrone, come poi sarebbe stata chiamata nel 1932 da Carl D. Anderson che la scoprì mentre analizzava le tracce dei raggi cosmici rilasciate in una camera a nebbia.

L’unica differenza reale che distingue una particella dal suo omologo opposto anti – per ogni particella conosciuta ne esiste una di segno opposto – è solo nella sua carica elettrica, l’elettrone ad esempio possiede la stessa massa a riposo e lo stesso spin di un positrone ma la carica elettrica è opposta. Lo stesso vale anche per i quark, stesso sapore e massa, ma con la carica frazionaria tipica di queste particelle fondamentali opposta. Così ad esempio l’antineutrone è composto da un antiquark up e due antiquark down, esattamente come il neutrone (1 quark up e 2 quark down), è anch’esso elettricamente neutro, ma rispetto alla particella ordinaria possiede un momento magnetico opposto (le cariche elettriche degli antiquark sono opposte).

Idealizzazione della materia e antimateria. Disponibile su: http://www.camminandoscalzi.it/wordpress/wp-content/uploads/2010/05/matter_antimatter.jpg .

 

A questo punto è chiaro che un universo interamente costituito da antiprotoni, antineutroni e positroni sarebbe altrettanto stabile quanto il nostro, che il segno anti a questo punto assume un titolo puramente convenzionale, giusto per distinguere le particelle dai suoi omologhi di carica elettrica opposta.

Anche se il termine antimateria incute paura in quanto un antiatomo che collide col suo omologo di materia ordinaria provoca l’annichilazione immediata dei due atomi convertendo interamente la somma delle loro masse a riposo in energia cinetica sotto forma di radiazione e altre particelle elementari – per questo non è possibile confinare e immagazzinare antiatomi elettricamente neutri – questa viene già usata comunemente in medicina: la tomografia a emissione di positroni (o PET dall’inglese Positron Emission Tomography).

Per finire, l’antimateria è stata scoperta formarsi sopra le nubi della nostra atmosfera, nelle fasce di Van Allen di Giove, e comunque in tutti i processi ad alta ed altissima energia.

Visto che l’antimateria immediatamente decade quando viene a contatto con la materia ordinaria, sorge spontanea una domanda: nella fase di bariogenesi, quando cioè la materia si è disaccoppiata dall’energia poco dopo il Big Bang, perché poi la materia con questa configurazione di carica elettrica di cui è composto l’universo che conosciamo è sopravvissuta all’annichilazione con la sua omologa di carica opposta?

È a questa domanda, e anche altre, che una collobarazione scientifica internazionale, che coinvolge 16 nazioni di tre continenti, 56 istitutizioni e 600 scienziati  vogliono dare una risposta con uno strumento significativamente più evoluto della camera a bolle di Anderson, l’Alpha Magnetic Spectrometer (AMS-02).

 

Due immagini di fantasia che simulano la posizione di AMS sulla Stazione Spaziale Internazionale. Disponibile su: http://www.roma1.infn.it/exp/ams/AMSonISSbig.jpg


Disponibile su:  http://accms04.physik.rwth-aachen.de/~schael/AMS.html


L’Italia è in prima linea nella realizzazione di un ambizioso esperimento di fisica delle particelle che avrà luogo nei prossimi mesi nello spazio, a bordo della Stazione Spaziale Internazionale (ISS) a quasi 500 chilometri di altezza dalla superficie terrestre. Con la missione STS-134 dello Space Shuttle Endeavour viene traslato sulla ISS l’Alpha Magnetic Spectrometer (AMS-02), uno spettrometro magnetico con l’obiettivo di studiare i raggi cosmici alla ricerca di nuclei di antimateria e tracce di nuove forme di materia che si possono riprodurre in laboratorio.

Il contributo dell’Italia è stato davvero importante per la realizzazione di AMS-02 con un finanziamento pari a circa il 25% sul costo totale. L’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) insieme all’Agenzia Spaziale Europea (ESA) e l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) è responsabile della realizzazione dei principali strumenti a bordo di AMS-02, il potente “cacciatore di particelle”, come è stato definito dall’opinione pubblica internazionale. AMS-02 è stato realizzato in circa dieci anni da una grande collaborazione internazionale diretta dal Premio Nobel Samuel Ting del MIT e del CERN, il cui vice responsabile è il Prof. Roberto Battiston dell’INFN-Università degli Studi di Perugia.

I ricercatori dell’INFN hanno progettato e realizzato, sotto la gestione dell’ASI, alcuni tra i principali sistemi di identificazione di raggi cosmici, in particolare il time of flight, il rivelatore ad immagini Cherenkov, il calorimetro elettromagnetico, il tracciatore al silicio e gli star tracker.
Nel 1998 un prototipo dell’esperimento, AMS-01, ha realizzato un primo volo con successo sullo Shuttle. AMS-02, portato in orbita con l’ultima missione Shuttle Endeavour, sarà successivamente montato all’esterno della ISS.

Questo spettrometro magnetico sarà in grado di identificare antiparticelle e antinuclei con una precisione di una parte per miliardo. Qualcuno lo ha confrontato con l’Hubble Space Telescope (HST), facendolo diventare il nuovo HST dei raggi cosmici, di cui misurerà la composizione nello spettro di energia compresa tra i 100 MeV e i 5 TeV. Realizzato sulle tecniche di rivelazione di particelle sviluppate negli esperimenti al CERN e presso i Laboratori dell’INFN, AMS-02 è composto da una serie di rivelatori in grado di “individuare” vari tipi di particelle di raggi cosmici che attraverseranno la sua sezione sensibile tramite misure di carica, velocità, energia e direzione di moto, ricostruendone la traiettoria all’interno del campo magnetico generato da un magnete permanente cilindrico che deflette i raggi cosmici carichi che lo attraverseranno.

 

Rappresentazione schematica dell’Alpha Magnetic Spectrometer. Disponibile su: http://www.bo.infn.it/ams/Images/ams2.gif .


Gli obiettivi scientifici sono molteplici. Da questo spettrometro magnetico ci si aspetta risposte a problemi che stanno alla base della fisica delle particelle elementari: dalla ricerca dell’antimateria primordiale allo studio della natura della materia oscura, che non emette luce come la materia ordinaria, e della cui esistenza si hanno prove indirette di carattere astrofisico, come per esempio lo studio delle curve di rotazione delle galassie. Non si hanno al momento prove dirette sulla sua esistenza anche se sembra che la materia oscura sia circa sei volte maggiore della materia ordinaria luminosa.

Il precursore AMS-01 aveva raggiunto in soli dieci giorni di funzionamento la stessa sensibilità all’antimateria ottenuta in decenni di misure con palloni stratosferici, identificando in meno di una parte per milione la proporzione della frazione nei raggi cosmici dell’antielio rispetto all’elio.
AMS-02, capace di effettuare la ricerca diretta di antinuclei con una sensibilità di una  parte per miliardo, si propone di migliorare questo valore e di far luce su una delle grandi domande della cosmologia moderna, l’apparente scomparsa dell’antimateria primordiale.

Inoltre, AMS-02 compirà misure di precisione della composizione di tutte le componenti cariche dei raggi cosmici fino a una energia di 5 TeV, alla ricerca di eventi estremamente rari che sarà più probabile identificare grazie al fatto che gli anni di attività sono passati dai primi 3 anni ai 10 anni, anni che la ISS è in grado di garantire.

Anche gli aspetti tecnologici sono notevoli: AMS-02 è il più grande payload scientifico previsto per la ISS. Le sue dimensioni sono di circa 64 metri cubi per un peso di 6,9 tonnellate. Il magnete cilindrico ha un campo magnetico di circa 0.15 Tesla, ossia 3000 volte più intenso del campo magnetico medio terrestre. I rivelatori a bordo di AMS-02 sono in grado di rilevare in poche centinaia di microsecondi ogni singolo raggio cosmico che attraversa lo spettrometro.

 

AMS02 viene estratto dalla bay dello shuttle il 19 maggio 2011 alle ore 5:46 EDT. – Crediti NASA. Disponibile su AMS-02 Italia: http://www.ams02.org/it/2011/05/finalmente-a-casa/ .

AMS-02 è un potente strumento per il quale è stato richiesto lo sviluppo e la qualificazione spaziale di numerose nuove tecnologie, molte della quali sviluppate dalle industrie italiane e nei laboratori dell’INFN, in particolare presso il Laboratorio SERMS di Terni.

Le industrie italiane coinvolte in questo esperimento: Carlo Gavazzi Space (Milano); G&A Engineering (Carsoli, Aquila); FBK-irst (Trento); SITAEL Aerospace, Euromec (Parma); Ri-Ba Composites (Faenza, RA), Carso (Trieste); e Galli & Morelli (Lucca).


Fonte: A.S.I. Agenzia Spaziale Italiana-Alpha Magnetic Spectrometer:

http://www.asi.it/it/attivita/astrofisica/ams_alpha_magnetic_spectrometer

Sito dell’Alpha Magnetic Spectrometer: http://www.ams02.org/

Altre informazioni utili
Video sulla Dark Matter:
http://www.youtube.com/watch?v=pZGbopE-X2k&feature=player_embedded

Video sull’antimateria:
http://www.youtube.com/watch?v=mOKJXJ8BsSk&feature=player_embedded

Video sull’Alpha Magnetic Spectrometer:
http://www.youtube.com/watch?v=GOJsccquXNQ&feature=player_embedded

Video dell’installazione di AMS-02 (animazione):
http://www.youtube.com/watch?v=9SFislv9lhI&feature=share

Album di AMS-02: http://www.flickr.com/photos/ams02/

Informazioni sulla ISS:  http://spacevids.info/

Sabrina e Umberto

Confermato ruolo dell’energia oscura nell’espansione cosmica

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Una survey della durata di ben cinque anni. E’ quanto è stato necessario per osservare circa 200.000 galassie, arrivando fino a circa sette miliardi di anni indietro, nel tempo cosmico. Questo ha portato ad una delle migliori conferme indipendenti del fatto che l’energia oscura stia guidando il nostro universo ad espandersi ad una velocità sempre maggiore.

I dati sono stati acquisiti con il Galaxy Evolution Explorer (NASA) e l’Anglo-Australian Telescope (posizionato in Australia).  I risultati (si veda per maggiori dettagli la relativa Press Release NASA) offrono un deciso supporto per la teoria più in voga riguardo l’energia oscura – una forza costante, che influenza  uniformemente tutto l’universo e fornisce una “spinta” importante per l’espansione cosmica. Esiste infatti anche un’altra interpretazione teorica, secondo la quale è la gravità stessa, e non l’energia oscura, la forza che guida l’allontanamento dei corpi celesti. Beh, ma come fa la gravità ad allontanare i corpi, quando sappiamo dall’esperienza comune che invece li tende ad avvicinare? Ecco, secondo tele teoria, il concetto di gravità di Einstein è sbagliato (o incompleto), e la gravità diventerebbe una forza repulsiva invece che attrattiva, quando agisce su grandi distanze.

Ebbene, i dati recenti sembrano sfavorire tale interpretazione. Come dicono gli scienziati che hanno condotto questa ricerca, è invece l’energia oscura la responsabile, che agisce come una costante cosmologica (come propose lo stesso Einstein, anche se poi rigettò l’ipotesi).

Secondo le modere ricerche, la distribuzione di L'energia oscura (rappresentata dal grigliato viola) rimane "imperturbabilmente distribuita" nello spazio, laddove la gravità (grigliato verde) viene palesemente influenzata dalla presenza di oggetti massivi, come le galassie. Crediti: NASA/JPL-Caltech.

L’energia oscura è di per sè un capitolo affascinante dell’astronomia moderna, senza ombra di dubbio. Si ritiene infatti che ben il 74 % del nostro universo sia composto da questa “misteriosa” energia. Invece la materia oscura, qualcosa di solo appena un pò meno misterioso, renderebbe conto di circa il 22 % dell’universo stesso. Proseguendo in questo conteggio, può essere divertente scoprire che la materia “ordinaria” – quella composta di atomi, il costituente di cui son fatti i pianeti, le stelle, le rocce,le creature viventi - renda conto di appena il 4 % del nostro universo!

Basterebbe meditare un pò su questo, per capire quanto la scienza astronomica abbia ancora un lungo cammino davanti a sè. Questo, nonostante negli ultimi anni si siano fatte delle scoperte fondamentali, riguardo ad esempio l’età stessa dell’universo (risolvendo una diatriba tra cosmologi e astrofisici che è durata diversi anni): al proposito, ricordiamo che ormai c’è una ampia convergenza sul valore di 13,7 miliardi di anni, corroborato anche da esperimenti recenti come la sonda WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe).

La cosa bella è che siamo finalmente arrivati a comprendere con chiarezza quanto è grande… quello che non sappiamo: un “bagno di umiltà” probabilmente necessario, dal quale partire per una decifrazione della struttura e della costituzione dell’universo, che certo ci riserverà sempre nuove ed eccitanti sorprese!

Come si direbbe in questi casi… il bello deve ancora venire, dopotutto. Stay tuned! :-)

Luna… La splendida Luna

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Immagine spettacolare della “super Luna”bnottenuta con 90/91 e una compatta da 8 Mp+Ke 25 mm da Marco Mattorre il 18 marzo 2011.

Luna ripresa il 10 aprile 2011. E’ un mosaico di circa 14 foto fatte con un Konuspace 90/910 a fuoco diretto con una webcam Meade LPI. Cortesia Marco Mattorre.

Luna ripresa il 13 maggio 2011 alle ore 22. Questa foto è in realtà un mosaico di foto. Strumentazione 90ino acro e un LPI Meade. Cortesia Marco Mattorre. Cliccare per ingrandire.

Sito web:  http://marcomatt.jimdo.com/

Grazie Marco!!!

Sabrina

Il bellissimo lancio dello Shuttle Endeavour

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Una sequenza mozzafiato del lancio dello Shuttle Endeavour di lunedì 16 maggio 2011 con a bordo l’astronauta dell’ESA, Roberto Vittori e l’Alpha Magnetic Spectrometer (AMG-02) .

 

L’accensione dei motori dello Shuttle Endeavour. Cortesia NASA.


A carico pieno, gli Space Shuttle hanno una massa di circa 100 tonnellate. Alla partenza sono spinte in verticale da tre motori a razzo (Space Shuttle main engine, SSME) alimentati da combustibile liquido; a questi si aggiungono due razzi ausiliari (o booster) laterali alimentati a combustibile solido, per un totale di circa 2000 tonnellate di carburante.

Dopo 32 secondi dalla partenza, lo Shuttle raggiunge circa 2400 metri di quota con un’accelerazione media di 4,7 m/s^2.

Il lift off dello Shuttle Endeavour. Sono le 14:56 ora italiana quando la navetta si alza dal Kennedy Space Center nei cieli di Houston diretta verso la ISS che incontrerà oggi. Cortesia NASA.


Lo Shuttle si alza in volo. Maestosamente… Cortesia NASA.


I booster ausiliari a propellente solido (Solid Rocket Booster, SRB) viengono sganciati ad un’altezza di 45,7 km e recuperati successivamente.

Due minuti dopo la partenza, lo Shuttle supera i 50 km di quota e i 5000 km/h e raggiunge la massima accelerazione, pari a 25 m/s^2.

Il serbatoio si sgancia dopo aver esaurito il carburante.

 

In poche decine di minuti lo Shuttle raggiunge la quota operativa, a oltre 300 chilometri di altezza dalla superficie terrestre. Qui la velocità di crociera è di quasi 28000 km/h.

 

Fonte Wikipedia: http://it.wikipedia.org/wiki/File:Space_Shuttle_Profilo_Missione.jpg Cliccare per ingrandire.

Il lancio si può vedere su You Tube:

Space Shuttle Endeavour last NASA Launch 5-16-11

 

Qui sotto, il video della vestizione e della partenza per la rampa di lancio. Tra i sei membri dell’equipaggio anche l’astronauta dell’Agenzia Spaziale Europea, Roberto Vittori.

STS-134 Crew Suitup and Walkout

 

Infine, un video che riassume la spettacolare missione dello Shuttle Endeavour e dei 19 anni spettacolari dell’attività dello Shuttle Endeavour.

Sabrina