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

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).

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

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

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).

Le immagini sono state acquisite con il fotometro a tre bande di PACS, alle lunghezze d’onda di 160, 100 e 70 micrometri. Tali lungheze d’onda sono circa 200 volte più lunghe di quelle della luce che possiamo osservare con i nostri occhi, e risultano ideali per scoprire ed investigare le regioni dove si stanno formando nuove stelle, e poi giù giù fino ai nuclei delle galassie dove, come in M51, si trovano assai spesso buchi neri di grande massa…

Insomma, per dirla breve, le immagini hanno reso molto felici gli astronomi del progetto, poichè dimostrano come le performance di Herschel e del suo telescopio al momento stanno confermando le più ottimistiche aspettative… Tutto fa pensare che la scienza che si potrà fare con Hershel sarà davvero di prim’ordine: ora non ci resta che aspettare i veri dati “scientifici”, quando la fase di messa a punto sarà terminata.

Press Release dell’Istituto di Astronomica di Leuven