Il cuore rotante delle stelle antiche…
Scritto da Marco Castellani in Stelle il 9 dicembre 2011
Un gruppo internazionale di ricercatori è riuscito nell’intento di “guardare attraverso” le stelle più vecchie, scoprendo che il loro nucleo è capace di ruotare anche dieci volte più velocemente rispetto alla superficie.
E’ noto da tempo come la superficie di un tipo particolare di queste stelle, le giganti rosse, ruoti piuttosto lentamente, impiegando un intero anno per effettuare una rotazione completa. Quello che è stato appena scoperto è che la velocità del nucleo è davvero molto più elevata, perché riesce ad effettuare una intera rotazione in appena un mese.
Come è possibile rendersi conto di quanto avviene all’interno di una stella, una regione chiaramente preclusa alle normali osservazioni? Il gruppo, guidato dallo studente Paul Beck (Leuven University, Belgio) è ricorso ad una tecnica già nota, ma che ha portato risultati inattesi. L’attenzione è stata puntata sulle onde che si propagano nella struttura stellare, e che si manifestano sulla superficie come variazioni ritmiche della luminosità della stella.
La ricostruzione della struttura di una stella gigante rossa. Il nucleo è la struttura bianca centrale (Crediti: Paul Beck, Leuven University in Belgium)
Lo studio di queste onde afferisce alla disciplina chiamata astrosismologia. E’ un settore molto interessante della scienza astronomica, perché capace di rivelare dettagli sulle condizioni interne delle strutture, che altrimenti rimarrebbero assolutamente preclusi alle consuete indagini basate sulla radiazione luminosa. E’ noto ormai come onde di tipo diverso portino informazioni su diverse parti della stella, cosicché l’analisi comparata dello spettro delle variazioni di luminosità permette di ricostruire molti dettagli sugli strati stellari più interni. In questo caso l’analisi ha permesso di ricavare come la velocità di rotazione aumenta in maniera molto rilevante procedendo verso l’interno della struttura.
Questo è interessante anche per capire le modalità specifiche di invecchiamento del nostro stesso Sole. Esso infatti si avvierà a diventare una gigante rossa tra circa circa cinque miliardi di anni, quando per la prima volta si troverà costretto a fronteggiare una scarsità di idrogeno per alimentare i consueti canali di reazioni nucleari. Allora Gli strati esterni si espanderanno di circa cinque volte le dimensioni attuali, mentre gli strati più interni saranno soggetti ad un destino opposto, collassando verso il centro, in una struttura compatta e molto calda. Globalmente, la luce proveniente dal Sole acquisterà una coloritura sul rosso, corrispondente alla diminuita temperatura degli strati esterni.
La scoperta è stata resa possibile dall’analisi dei dati di grande precisione ottenuti dalla sonda Kepler (il cui obiettivo principale consiste nel trovare pianeti di tipo terrestre intorno a stelle lontane, compresi nella fascia di abitabilità e perciò di grande interesse per la ricerca di vita nell’universo).
Tra le altre cose, Kepler è in grado di rilevare di luminosità delle stelle dell’ordine di appena alcune parti per milione, dunque si presta assai bene a ricerche del tipo di quella qui descritta. Nonostante queste caratteristiche, le variazioni da monitorare sono così piccole che ci sono voluti ben due anni di osservazioni praticamente continue, perchè tale scoperta diventasse possibile.
Anche in questo caso, la pazienza e la costanza sono state premiate. Ora ne sappiamo un pò di più, su come invecchiano stelle come il Sole. E sulle sorprese che ancora possono riservarci.
Per maggiori informazioni, puoi consultare la Press Release (in inglese) o anche vedere il breve video che mostra la rotazione differenziale di una stella in fase di gigante rossa.
Galassie super rosse, scoperto un “anello mancante” ?
Scritto da Marco Castellani in DeepSky il 5 dicembre 2011
Così rosse da diventare invisibili. Perlomeno, agli occhi di Hubble. C’è stato bisogno della nota sensibilità infrarossa del telescopio spaziale Spitzer per poterle individuare. Stiamo parlando di alcune galassie rossissime sperse nei più remoti angoli dell’universo. Gli astronomi stanno già studiando e catalogando queste galassie di “nuova specie”. Senza ancora poter dire con sicurezza come mai siano così rosse.
Spitzer è riuscito là dove anche il Telescopio Spaziale Hubble avrebbe certamente fallito. Ce l’ha fatta grazie alla sua estrema sensibilità alle bande infrarosse dello spettro. Una caratteristica vincente, visto che il gruppetto di galassie appena scoperte presentano una luminosità in infrarosso che è circa sessanta volte maggiore di quella che si ha nel colore più rosso che Hubble possa ancora rilevare.
Una rielaborazione un pò di fantasia delle quattro galassie "super rosse" scoperte da Spitzer (Crediti: D.A. Aguillar, CfA)
Come mai tanto rossore? Le galassie, come sappiamo, possono esser rosse per una serie di ragioni. Intanto, possono essere piene di gas e polvere. La presenza di polvere cosmica “arrossa” la radiazione delle stelle, spostando lo spettro di emissione dal visibile alle bande meno energetiche (rosso, infrarosso, per l’appunto). Altra spiegazione: potrebbero essere presenti molte stelle vecchie. Il cui colore predominante è appunto il rosso. Infine, potrebbero essere galassie estremamente lontane, la cui luce viene “stirata” dall’espansione stessa dell’universo, verso lunghezze d’onda più ampie e dunque – ancora – verso le regioni spettrali del rosso e dell’infrarosso.
Gli scienziati ritengono che tutti e tre i motivi potrebbero essere validi, per spiegare la luce proveniente da queste galassie. Le galassie individuate da Spitzer sono quattro, raggruppate insieme: tutto fa pensare che siano fisicamente associate. A motivo della loro grande distanza, le possiamo vedere come fossero ad un solo miliardo di anni dal Big Bang — proprio l’era in cui le prime galassie si venivano formando. La luce che ci arriva oggi da loro infatti è partita proprio a quell’epoca.
Gli studi su tale gruppo di galassie sono appena iniziati. Ci vuole senz’altro una ulteriore determinazione di redshift, per verificare e confermarne la distanza. Inoltre gli astronomi sono alla ricerca di altre galassie simili, in diversi punti dello spazio.
Per ora comunque c’è margine per considerarle una “nuova specie” di galassie. Secondo le parole di Giovanni Fazio, nel team che ha effettuato l’indagine, potrebbero anche costituire un “anello mancante” nell’evoluzione galattica. Altre informazioni potete trovarle nella press release dell’ Harvard Smithsonian Center for Astrophysics.
Un quasar usato come lente gravitazionale
Questa immagine mostra un quasar che è stato reso doppio per il fenomeno di lente gravitazionale da parte di una galassia posta tra la Terra e il quasar e che può essere vista come la macchia confusa di forma sferica comprese tra i due oggetti brillanti del quasar. Le osservazioni di una di queste immagini mostra una variazione in colore nel corso del tempo. Questa viene prodotta dalle stelle all’interno della galassia che funge da lente che passano attraverso il cammino di luce che proviene dal quasar, e che rende più intensa la luce che proviene da diversi parti del disco di accrescimento del quasar a causa del loro movimento. Questo ha permesso ad un gruppo di ricercatori di ricostruire il profilo dei colori e la temperatura del disco di accrescimento con elevata precisione. Il livello di dettaglio raggiungo è equivalente a quello di singoli grani di sabbia sulla superficie della Luna per osservatori da Terra. Image credit: NASA, ESA, J.A. Muñoz (University of Valencia)
Un team di ricercatori utilizzando l’Hubble Space Telescope della NASA/ESA ha osservato un disco di accrescimento di un quasar, un disco luminoso incandescente di materia che si sta lentamente risucchiando nel buco nero centrale della sua galassia. Il loro studio si avvale di una tecnica innovativa che sfrutta la lente gravitazionale per dare una spinta enorme alla potenza del telescopio. L’incredibile precisione del metodo ha permesso agli astronomi di misurare in modo diretto le dimensioni del disco di accrescimento ed avere una mappa di temperatura nelle diverse parti di esso.
Un team internazionale di astronomi ha usato una nuova tecnica per studiare il disco luminoso di materia che circonda da lontano il buco nero. Utilizzando l’Hubble Space Telescope della NASA/ESA, in combinazione con l’effetto di lente gravitazionale delle stelle in una galassia distante interposta tra il quasar e noi, il team ha misurato le dimensioni del disco di accrescimento e studiato i colori (e di qui la temperatura) di differenti parti di disco. Le osservazioni mostrano un livello di precisione equivalente alle macchie di singoli granelli di sabbia sulla superficie della Luna.
Mentre i buchi neri appaiono invisibili e la loro presenza si può rilevare grazie alle interazioni gravitazionali del gas che li circonda e dalle curve di luce della galassia, le forze che essi scatenano producono alcuni dei fenomeni più luminosi nell’universo. Un quasar è una galassia lontanissima con un nucleo galattico attivo molto piccolo e potente, appena visibile a causa dell’enorme distanza dalla Terra. Il motore centrale di un quasar è molto probabilmente un buco nero supermassiccio situato nel nucleo della galassia. Attorno ad esso vi è un disco di accresciemnto di gas e di stelle in rapida rotazione attorno ad un asse centrale; dal disco, la materia cade continuamente sul buco nero supermassiccio producendo della radiazione con una potenza enorme. Basterebbe che il buco nero accrescesse ogni anno una massa di poco superiore a quella del Sole per spiegare la luminosità che osserviamo.
Questo meccanismo di caduta sul buco nero spiega anche perchè i quasi fossero più comuni nell’Universo primitivo, perchè non vi sia più produzione di energia quando il buco nero supermassiccio ha consumato tutto il gas, le polveri e le stelle attorno ad esso. Quindi, è possibile che la maggior parte delle galassie, compresa la nostra, siano passate attraverso una fase di quasar e che siano ora quiescenti per mancanza di rifornimenti di materia del buco nero.
Dato che i quasar sono a distanze enormi, intorno a 13 miliardi di anni luce, la radiazione che noi vediamo provenire da essi è stata emessa miliardi di anni fa e quindi questi oggetti sono interessanti perchè permettono di capire com’erano le galassie nei primi miliardi di vita dell’Universo. Per questo motivo spesso si dice che i quasar possono rappresentare “l’infanzia delle galassie”. Al momento non è ancora chiaro se tutte le galassie hanno attraversato, nel corso della loro vita, una fase di questo tipo o se, invece, si tratta di oggetti davvero peculiari (Fonte: pd.astro.it).
“Un disco di accrescimento di un quasar ha una dimensione di circa un paio di giorni-luce, ovvero circa 100 miliardi di chilometri, ma i quasar si trovano a miliardi di anni luce di distanza. Questo significa che la loro dimensione apparente, quando vengono osservati da Terra, è così piccola che noi avremo mai un telescopio così potente da osservare in modo diretto la loro struttura” ha affermato Josè Muñoz, il primo autore della pubblicazione.
Finora, la dimensione apparente dei quasar era tale che la maggior parte delle nostre conoscenze sulla loro struttura interna era basata su estrapolazioni teoriche, non su osservazioni dirette.
Un diagramma che dimostra il Principio della lente gravitazionale. Nel diagramma superiore vi è un oggetto distante (a sinistra, il puntino in giallo), la galassia che funge da lente gravitazionale (Lens Galaxy) e la Terra. I tre oggetti sono perfettamente allineati. Inquesto caso, la lente galattica forma un anello come immagine della stella lontana, anello conosciuto come l’anello di Einstein. Nel diagramma sottostante, l’oggetto distante, la lente gravitazionale galattica e la Terra non sono perfettamente allineati. In questo caso la galassia che funge da lente forma immagini multiple dell’oggetto distante. Disponibile su: http://www.racine.ra.it/planet/testi/Dis/98-14b.htm
Nella Relatività Generale la presenza di materia (densità di energia) può curvare lo spazio-tempo, e il risultato è che il cammino di un raggio di luce viene deflesso. Questo processo è chiamato gravitational lensing, o lensing gravitazionale, e in molti casi può essere descritto in modo analogo alla deflessione di un raggio di luce in ottica da parte delle lenti
Nel 1937 Albert Einstein, studiando le conseguenze dell’incurvamento dei raggi di luce prodotto dalla gravità, arrivò ad ipotizzare che se la luce di una stella lontana, durante il suo viaggio di avvicinamento alla Terra, si fosse trovata a passare nelle vicinanze di una stella massiccia molto più vicina a noi, la luce di questa stella lontana avrebbe potuto subire una deviazione causata dalla curvatura dello spazio provocata dalla stella vicina, analogamente a quello che succede alla luce delle stelle che si trovano in prossimità del bordo del disco solare.
In condizioni particolari di allineamento, la luce della stella lontana avrebbe potuto subire una scissione in più parti, dando origine a immagini multiple, o triple o quadruple.
Il 29 marzo 1980 si è osservato il primo fenomeno di lente gravitazionale: due quasar oltre che ad essere molto vicini (separati solo da sei secondi d’arco), erano anche identici con la stessa luminosità e gli stessi spettri con righe identiche di emissione e di assorbimento caratterizzate dallo stesso spostamento verso il rosso. In realtà, il quasar era solo uno e la sua immagine era sdoppiata dalla curvatura dello spazio indotta da un oggetto, la lente, che si trovava lungo la retta che congiunge quasar e Terra. La candidata al ruolo di lente era una galassia ellittica molto debole.
Successivamente, vennero scoperto il primo quasar triplo, i primi quasar quadrupli (chiamati croci di Einstein) e nel 1986 fu osservato il primo Anello di Einstein, dove la luce proveniente da un quasar lontano, oltre ad essere sdoppiata subisce una particolare deflessione che la porta ad assumere una configurazione sferica ad anello.
Il team di ricercatori ha quindi utilizzato un metodo innovativo per studiare il quasar utilizzando le stelle di una galassia intermedia che entra come fosse un microscopio a scansionare le caratteristiche del disco di accrescimento che sarebbero di gran lunga troppo piccole per poter essere osservate. Dato che le stelle della galassia intermedia si muovono attraverso la luce che proviene dal quasar che si trova dietro di esse, gli effetti gravitazionali di queste stelle amplificano la luce che proviene da diverse parti del quasar, dando informazioni dettagliate sul colore e quindi sulla temperatura e sulla sua posizione.
Il team ha osservato un gruppo di quasar lontani che hanno subito il fenomeno della lente gravitazionale a causa dell’allineamento con altre galassie che si trovavano frapposte fra i quasar e la Terra, producendo vari immagini dei quasar.
I ricercatori hanno messo in evidenza differenze di colore tra le immagini e cambiamenti di colore nel corso del tempo. In parte queste differenze di colore sono causate dalle proprietà della polvere nella galassia che si frappone fra l’osservatore e il quasar, e la luce che proviene da ciascuna di queste immagini di lente gravitazionale seguono un differente cammino attraverso la galassia, tanto che i vari colori racchiudono informazioni sul materiale all’interno della galassia stessa. Misurare l’enstensione della polvere e il modo in cui questa polvere entro la galassia blocca la luce (nota come la legge di estinzione, o Extintion Law) a distanze così grandi è di per sé un risultato importante.
Questo diagramma mostra come Hubble sia in grado di osservare un quasar, un disco di accrescimento di materia attorno ad un buco nero molto lontano, anche se il buco nero si trova ad una enorme distanza da poter essere osservato.
Il diagramma mostra tre differenti regioni: sulla sinistra, il disco di accrescimento del quasar, che è più blu nel centro e più arrossato nel bordo; nella regione centrale una macchia nella galassia intermedia che è la luce del quasar che passa attraverso la galassia stessa e nella regione di destra, invece, Hubble in orbita intorno alla Terra (le dimensioni non sono rispettate). La gravità da una stelle nella galassia intermedia tra la Terra e il quasar, mentre transita attraverso il raggio di luce che proviene dal quasar lontano, viene a deflettere uno ad uno questi raggi di colore differente verso l’Hubble Space Telescope. I colori osservati da Hubble di conseguenza cambiano nel tempo mentre la stella fa una sorta di scansione della luce del disco di accrescimento del quasar. Questo permette ai ricercatori di osservare direttamente il colore, la temperatura e le dimensioni del disco con una precisione senza precedenti.
La precisione di queste osservazioni è equivalente ad osservare i singoli granelli di sabbia sulla superficie della Luna. Credit NASA ed ESA. Disponibile su: http://www.spacetelescope.org/static/archives/images/screen/heic1116b.jpg
Per uno dei quasar studiati, però, vi sono chiari segni che le stelle nella galassia intermedia stavano transitando attraverso il cammino di luce del quasar. Così come l’effetto gravitazionale dovuto all’intervento della galassia può curvare e amplificare la luce del quasar, così le stelle all’interno della galassia che passano attraverso il percorso di luce del quasar possono curvare e amplificare la luce proveniente da diverse parti del disco di accrescimento.
Registrando le variazioni di colore, il team di ricercatori è stato in grado di ricostruire il profilo di colore sul disco di accrescimento. Questo è un risultato importante perchè la temperatura di un disco di accrescimento aumenta tanto più esso è vicino al buco nero e i colori emessi dalla materia caldissima tendono tanto più al blu tanto più aumenta la temperatura. Questo ha permesso al gruppo di ricercatori di misurare il diametro del disco di materia calda e creare una sorta di plot o mappa di come varia il calore al variare dalla distanza dal centro.
I ricercatori hanno scoperto, infine, che il disco è tra i quattro e gli undici giorni luce (ossia 1-300 chilometri) di grandezza. Mentre questa misurazione mostra grandi incertezze, essa è comunque ancora una misura molto accurata per un piccolo oggetto a così grandi distanze, e in sè il metodo ha un grande potenziale per misure di maggiore precisione nel futuro.
“Questo risultato è molto rilevante perchè ora siamo in grado di ottenere dati osservativi sulla struttura di questi sistemi, anzichè basarci sulla sola teoria” ha affermato Muñoz. “Le proprietà fisiche dei quasar non sono ancora ben comprese. Questa nuova capacità di ottenere misure osservative e quindi di aprire a una nuova finestra permetterà di capire la natura di questi oggetti”.
Hubble Space Telescope in orbita. Credit ESA. Disponibile su: http://www.spacetelescope.org/static/archives/images/screen/hubble_in_orbit1.jpg
L’Hubble Space Telescope è un progetto internazionale di cooperazione tra l’ESA e la NASA. Lo studio intitolato: “A study of gravitational lens chromaticity with the Hubble Space Telescope”, sarà pubblicato nel numero del primo dicembre sull’ Astrophysical Journal. Il team internazionale è composto da: J. A. Muñoz (University of Valencia, Spagna), E. Mediavilla (Instituto de Astrofísica de Canarias, Spagna), C. S. Kochanek (Ohio State University, USA), E. E. Falco (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, USA) e A. M. Mosquera (University of Valencia and Ohio State University).
Fonte Hubble-SpaceTelescope: http://www.spacetelescope.org/news/heic1116/
Quasar – Dipartimento di Astronomia dell’Università di Padova: http://www.pd.astro.it/MOSTRA/NEW/A5021QSO.HTM
Hubble Site-ESA Science and Technology: http://sci.esa.int/science-e/www/area/index.cfm?fareaid=31
Il video del disco disco di accrescimento di un quasar con l’utilizzo di una lente gravitazionale: http://www.spacetelescope.org/videos/heic1116a/
Sabrina
Curiosity in rotta verso Marte
Scritto da Marco Castellani in NASA il 28 novembre 2011
Con il lancio dell’altro ieri, la NASA ha dato il via ad un viaggio verso Marte che ben si può definire “storico”. A lasciare la Terra alla volta del pianeta rosso è stato il Mars Science Laboratory, partito a bordo di un Atlas V da Cape Canaveral. Si porta con sè un rover grande come un’automobile, chiamato Curiosity.
Gli scienziati si aspettano di imparare un bel pò di cose da questa missione (con un occhio a mettere da parte altre conoscenze in vista della realizzazione dell’antico “sogno”… ovvero lo sbarco di uomini su Marte). La missione sperimenterà un bel pò di nuove tecnologie, a cominciare da una tecnica di atterraggio di precisione, per far arrivare Curiosity vicino ai piedi di uan montagna all’interno del “Gale Crater”, il giorno 6 agosto del prossimo anno.
Il 26 novembre Curiosity ha iniziato il suo lungo viaggio verso Marte (Crediti: NASA/Bill White)
A quel punto prenderà il via un primo troncone della missione, della durata di circa due anni, nei quali il rover cercherà di capire se la regione abbia mai offerto condizioni favorevoli alla vita di microrganismi.
Il lancio è andato come doveva, ci dice la NASA. Il rover è in cammino verso Marte e tutti gli strumenti rispondono a dovere. Il viaggio prevede inizialmente l’ingresso nell’orbita terrestre, e poi – tramite una spinta dallo stadio superiore del veicolo – l’uscita dall’orbita per un tragitto di circa 567 milioni di chilometri, fino a Marte.
Gli obiettivi scientifici di Curiosity sono davvero ambiziosi: sono quelli che dovranno fare la differenza rispetto alle precedenti missioni marziane. Curiosity sarà in grado di scavare nel terreno per prelevare campioni di suolo e di rocce. Sarà anche in grado di frantumare i campioni ed analizzarli nel laboratorio al suo interno. Al proposito, va detto che Curiosity si porta appresso ben dieci strumenti scientifici, per una massa totale ben 15 volte più grande rispetto al payload scientifico delle sonde Spirit e Opportunity.
Le innovazioni tecnologiche che si sono rese necessarie per fare atterrare un rover così pesante, mantenendo una precisione molto grande rispetto al sito prescelto, sono passi importanti in vista di una futura missione umana sul pianeta. Oltre a questo, Curiosity porta con sè uno strumento per monitorare il livello di radiazione naturale su Marte, informazione cruciale per comprendere come proteggere efficacemente la salute dei futuri astronauti.
I grandi obiettivi vanno raggiunti a piccoli passi. La presenza umana su Marte, se e quando avverrà, sarà anche un pò per merito di Curiosity. Per il momento, viaggi umani a parte, ci aspettiamo di imparare un altro bel pò di cose interessanti sul pianeta rosso…
NASA Press Release
Full Frame di Vesta
Vesta ripreso dalla sonda Dawn. Image credit: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA disponibile sul sito del JPL-NASA: http://www.jpl.nasa.gov/spaceimages/details.php?id=PIA14317
La sona DAWN della NASA ha ottenuto questa immagine dell’intera superficie dell’asteroide Vesta con la sua telecamera di bordo lo scorso 24 luglio 2011. E’ stata presa da una distanza di circa 5 200 chiloemtri. Dawn è entrato in orbita attorno a Vesta lo scorso 15 luglio e trascorrerà un anno in orbita attorno all’asteroide della Fascia Principale, popolato da oltre 35 000 corpi noti tra l’orbita di Marte e quella di Giove.
Il prossimo obiettivo della missione è un incontro ravvicinato con il pianeta nano Cerere che ha un diametro di poco inferiore ai 1 000 chilometri e che è il rappresentante maggiore della Fascia Principale degli Asteroidi.
La superficie di Vesta. Disponibile su: http://www.jpl.nasa.gov/spaceimages/details.php?id=PIA14318
Questa seconda immagine (cliccare per ingrandire) è in realtà un mosaico di immagini della regione equatoriale dell’asteroide, ottenuta attraverso il filtro pancromatico sulla framing camera sempre lo scorso 24 luglio 2011. La foto è stata presa ad una distanza di circa 5 200 chilometri dalla superficie.
La missione Dawn su Vesta e Cerere viene gestita dal Jet Propulsion Laboratory della NASA a Pasadena, California per il Science Mission Directorate della NASA, a Washington D.C. E’ un progetto del Discovery Program, gestito dal Marshall Space Flight Center ad Huntsville, Alabama.
La framing camera che ha ottenuto queste immagini è finanziata dalla NASA,dal Max Planck Society e dal DLR, l’Agenzia Spaziale Tedesca. Per ulteriori informazioni su Dawn: http://www.nasa.gov/dawn.
Sabrina
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