Un secolo di relatività… sperimentale!

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29 maggio 2019

di Emiliano Ricci

Composizione digitale di 22 immagini dell’eclissi di Sole dell’11 agosto 1999 (Science Photo Library / AGF) 

Il 29 maggio 1919 la teoria generale della relatività di Albert Einstein ottenne la sua prima conferma sperimentale grazie a un’eclissi totale di SoleLa guerra, si sa, non rende mai agevoli le comunicazioni, soprattutto se ci si trova su fronti contrapposti, a combattere gli uni contro gli altri. E nel 1915, anno in cui il tedesco Albert Einstein presentò all’Accademia prussiana delle scienze la sua teoria della relatività generale, l’Impero tedesco e l’Impero britannico (come si chiamavano allora) erano impegnati – assieme a gran parte dei paesi europei – nel tentativo di annientarsi reciprocamente, piuttosto che a scambiarsi informazioni scientifiche. Pubblicata in tedesco, su una rivista tedesca, la nuova teoria della gravità non trovò inizialmente una grande diffusione, né fra gli scienziati né, tantomeno, fra il pubblico.

Fortuna volle che i Paesi Bassi, durante un conflitto che stava devastando l’intero continente, fossero rimasti neutrali. All’epoca, all’Università di Leida, prestigiosa istituzione olandese, era professore un certo Willem de Sitter, matematico e fisico, diventato più tardi noto per i suoi studi di cosmologia (proprio grazie all’applicazione della teoria della relatività generale). Arrivatagli notizia della teoria di Einstein, de Sitter – scienziato illuminato – ne comprese presto l’importanza e decise di divulgarne i contenuti principali scrivendo alcuni articoli in lingua inglese.

Fu proprio grazie a questo passaggio in una terra neutrale che la teoria della relatività poté varcare il canale della Manica e arrivare in Inghilterra, dove trovò subito un sostenitore entusiasta: l’astrofisico Arthur Stanley Eddington, già titolare delle cattedre di astronomia teorica e sperimentale a Cambridge. È curioso pensare che Eddington iniziò ad apprezzare il lavoro di Einstein, ancora prima che per la rilevanza in fisica, per l’eleganza dell’elaborazione matematica. Fatto è che, grazie a questa sua immediata attenzione nei confronti della nuova teoria della gravità, quest’ultima trovò modo di diffondersi anche nei paesi anglosassoni, in particolare proprio per un celebre articolo scritto da Eddington stesso, dal titolo Report on the Relativity Theory of Gravitation, pubblicato nel 1920 dalla Physical Society of London.

Sir Arthur Stanley Eddington (1882-1944)

Eddington, a quel punto, non era più solo affascinato dalla “bellezza matematica” della teoria di Einstein, ma aveva potuto saggiarla sul campo, mettendola direttamente alla prova dei fatti. L’anno prima, quindi nel 1919, era riuscito a farsi finanziare dalla Royal Society e dalla Royal Astronomical Society una costosa missione scientifica volta proprio a dimostrare per la prima volta sperimentalmente la validità della teoria di Einstein. A convincere le due prestigiose istituzioni britanniche fu ancora uno scritto di Eddington, che nel 1918 – a guerra ancora in corso, quindi in condizioni di grande difficoltà anche economica del paese, impegnato nello sforzo bellico – arrivò a tessere le lodi di una teoria formulata da un tedesco (quindi tecnicamente un nemico) scrivendo una relazione per diffonderla fra i suoi colleghi britannici ed esaltando proprio la bellezza della “potenza insita nel ragionamento matematico”, come scrisse nella prefazione.

E siamo quindi al 1919, il 29 maggio, per la precisione. Un secolo fa esatto. La missione scientifica richiesta da Eddington riguardava l’osservazione dell’eclissi totale di Sole che si verificò proprio in quella data. Lo scopo dichiarato era effettuare misurazioni che avrebbero permesso di valutare le previsioni della teoria di Einstein relativamente alla deflessione dei raggi di luce a opera del campo gravitazionale. L’idea era misurare le posizioni apparenti di alcune stelle di sfondo in prossimità del disco solare occultato dalla Luna e di confrontarle con le rispettive posizioni assunte a distanza di alcuni mesi, quando quelle stesse stelle si trovano angolarmente più distanti dal Sole e possono pertanto essere osservate di notte. Quell’eclissi si verificava in condizioni particolarmente favorevoli da questo punto di vista: il campo stellare da osservare era quello dell’ammasso delle Iadi, nella costellazione del Toro, composto da stelle piuttosto luminose e facilmente riconoscibili.

Per inciso, la deflessione della luce è anche all’origine del fenomeno delle lenti gravitazionali: quando lungo la linea di vista fra noi e una sorgente lontana si trova una galassia o anche un ammasso di galassie, la luce della sorgente lontana viene deflessa più o meno intensamente proprio a causa della presenza di quella grande massa. Il risultato è che la sorgente lontana (un quasar, una galassia e così via) viene osservata deformata e talvolta addirittura moltiplicata. La lente gravitazionale – appunto la massa della galassia o dell’ammasso di galassie lungo la linea di vista – può deflettere in maniera diversa la luce a seconda della distribuzione della sua massa, potendo produrre anche immagini multiple della stessa sorgente lontana.

Ma torniamo a Eddington e alla “sua” eclissi. Per tutelarsi da eventuali problemi logistici, meteorologici e altro, furono organizzate due spedizioni scientifiche, naturalmente in due località toccate dalla fascia di totalità dell’eclissi, che avrebbe attraversato l’Oceano Atlantico, dal Brasile all’Africa occidentale. Sotto il coordinamento complessivo di Eddington, la prima spedizione, guidata dall’astronomo Andrew Crommelin, dell’Osservatorio di Greenwich, ebbe come destinazione Sobral, nel nord del Brasile, l’altra l’isola Príncipe, al largo delle coste africane della Guinea, guidata dallo stesso Eddington. E, a posteriori, bisogna dire che l’idea di organizzare due spedizioni fu vincente. Le osservazioni di Eddington furono di bassa qualità, prevalentemente per motivi meteo, mentre da Sobral il gruppo di Crommelin osservò l’eclissi in condizioni ottimali.

Le misurazioni sulle lastre raccolte da più strumenti, rese difficoltose non solo dalla qualità delle immagini, che mostravano poche stelle riconoscibili, ma anche dall’entità della deflessione (inferiore a 2 secondi d’arco), portarono a risultati incerti affetti da errori piuttosto rilevanti, ma comunque compatibili con le previsioni di Einstein. E in ogni caso Eddington non si fece frenare dall’incoerenza di alcuni numeri: la conclusione delle necessarie elaborazioni fu che la teoria generale della relatività era confermata (e, verrebbe da dire, non poteva essere altrimenti).

L’annuncio che la teoria di Einstein aveva ricevuto la prima conferma sperimentale, dato il 6 novembre dello stesso anno nel corso di una riunione congiunta dei due enti finanziatori, Royal Society e Royal Astronomical Society, ebbe immediata e ampia eco non solo nella comunità scientifica, ma anche su quotidiani e riviste sia britanniche sia statunitensi, consegnando definitivamente l’ex oscuro impiegato dell’Ufficio brevetti di Berna alla fama mondiale.

Fu così che, nonostante le ampie e giustificate critiche portate da molti fisici di rilievo alle misurazioni realizzate da Eddington e collaboratori, la relatività generale prese il volo. Un successo più che meritato, certo, anche perché quella nuova e rivoluzionaria teoria della gravità, dopo quella prima verifica, è stata sottoposta a numerose altre verifiche sperimentali che hanno – almeno fino a oggi – confermato la sua validità, ma che, almeno in quel momento, fece affidamento più sul grande entusiasmo di Eddington nei confronti della teoria che sulla reale affidabilità dei dati raccolti durante quell’eclissi di un secolo fa.

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Un ponte di segnali radio nello spazio intergalattico

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07 giugno 2019

Una ricerca internazionale coordinata dall’Istituto nazionale di astrofisica (INAF) ha rilevato per la prima volta un’emissione radio da un filamento che unisce due ammassi di galassie in fase di fusione

In questo articolo parliamo di:

Nell’universo considerato alla scala più ampia, la materia non è distribuita uniformemente. Occupa una vasta struttura chiamata rangnatela cosmica (cosmic web) formata da tenui filamenti di gas. E dove i filamenti s’intersecano sono presenti gli ammassi di galassie, le più ampie strutture legate gravitazionalmente dell’universo, che contengono di tutto: da centinaia o migliaia di galassie a enormi quantità di altro gas e materia oscura.

Ora, per la prima volta, le osservazioni hanno dimostrato che questi filamenti, rarefatti e per questo difficili da osservare, sono pervasi da campi elettrici e magnetici, segnalati da un’emissione radio a bassa frequenza. Lo annuncia su “Science” un gruppo internazionale di ricercatori, coordinati da  Federica Govoni dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) di Cagliari e colleghi dipartimento di Fisica e Astronomia dell’Università di Bologna e della Scuola Normale Superiore di Pisa.

Il risultato è arrivato grazie al radiotelescopio Low-Frequency Array (LOFAR), progettato espressamente per scrutare il cielo alle basse frequenze radio (tra 10 e 240 MHz). Lo strumento è stato puntato verso la regione di spazio che separa Abell 0399 e Abell 0401, due ammassi di galassie distanti da noi circa un miliardo di anni luce, in procinto di fondersi. La scelta è caduta su questi due ammassi perché una precedente ricerca di Govoni e colleghi aveva mostrato che entrambi hanno un alone di emissione radio, indicativo della presenza di un campo magnetico, amplificato probabilmente dal processo di inglobamento e fusione di strutture più piccole.

Immagine composita degli ammassi di galassie Abell 0399 e Abel 0401. Il sistema si trova a circa un miliardo di anni luce dalla Terra, mentre i due ammassi distano tra loro circa 10 milioni di anni luce, in proiezione. I nuclei dei due ammassi sono permeati da plasma ad alte temperature, che emette raggi X (in rosso). L’immagine nelle onde radio a bassa frequenza (in blu) rivela diverse sorgenti discrete associate a singole galassie e due diffusi aloni nei centri dei due ammassi. Un ponte di emissioni radio è visibile lungo i filamenti che collegano Abell 0399 e Abel 0401, rivelando la presenza di un vasto campo magnetico illuminato da una popolazione di elettroni ad alta energia (DSS e Pan-STARRS1 (ottico), XMM-Newton(raggi X), PLANCK satellite (parametro y), F.Govoni, M.Murgia, INAF)

“Più di recente il satellite Planck ha mostrato che i due sistemi sono connessi da un tenue filamento di materia: la presenza di questo filamento ha stimolato la nostra curiosità e ci ha spinti ad investigare se il campo magnetico potesse estendersi anche oltre il centro degli ammassi, permeando il filamento di materia che li connette”, ha commentato Govoni. “Con grande soddisfazione, l’immagine ottenuta con il radiotelescopio LOFAR ha confermato questa nostra intuizione, mostrando quella che può essere definita una sorta di ‘aurora’ su scale cosmiche”.

Le ipotesi degi autori sul possibile fenomeno all’origine del segnale radio puntano al meccanismo di sincrotrone: a produrlo sono gli elettroni che si muovono all’interno di un campo magnetico a velocità prossime alla velocità della luce. Questa conclusione sembra la più logica, ma costringe a rivedere almeno in parte il modello dei processi astrofisici che coinvolgono gli elettroni.

““Tipicamente osserviamo questo meccanismo di emissione in azione in singole galassie e persino in ammassidi galassie, ma mai fino ad ora era stata osservata una emissione radio connettere due di questi sistemi“, ha concluso Matteo Murgia primo ricercatore INAF. “Comprendere la natura di questa sorgente radio è una vera e propria sfida visto che gli elettroni, durante il loro tempo di vita radiativo, riescono a percorrere un tratto di spazio molto minore dell’estensione dell’intera sorgente. Deve quindi esistere un qualche meccanismo responsabile della loro accelerazione che opera lungo tutto il filamento”. (red)

Il collasso diretto dei buchi neri supermassicci

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02 luglio 2019

(Scott Woods, Western University) 

Questi oggetti estremi del cosmo erano presenti già nell’epoca primordiale dell’universo: per spiegarne l’origine, un nuovo modello prevede che si siano formati con un processo molto rapido, e non dal collasso di stelle

In questo articolo parliamo di:

Non c’è bisogno di una stella che collassa per avere un buco nero supermassiccio. E questo spiega perché questo tipo di oggetti potevano essere presenti anche nell’epoca primordiale dell’universo. Lo afferma un nuovo studio pubblicato sulle “Astrophysical Journal Letters” da Shantanu Basu e Arpan Das della University of Western Ontario, in Canada.

I buchi neri supermassicci sono una tipologia di buchi neri caratterizzata da una massa molto elevata, che arriva a milioni o miliardi di volte la massa del Sole. Malgrado le loro caratteristiche estreme però non sono oggetti rari: si stima che ogni galassia o quasi ospiti nel proprio nucleo un buco nero supermassiccio.

Sulla loro origine non c’è accordo tra gli astrofisici. Una prima ipotesi è che derivino dall’accrescimento di buchi neri di dimensioni normali, che a loro volta sono l’esito ultimo del collasso di stelle giunte al termine del loro ciclo vitale. Quando infatti le reazioni di fusione nucleare all’interno della stella hanno trasformato quasi tutto l’idrogeno in elio, la pressione di radiazione verso l’esterno non è più in grado di contrastare la forza gravitazionale che agisce in senso opposto, e tutta la massa tende a concentrarsi nel nucleo.

Altre ipotesi prevedono invece che i buchi neri supermassicci si formino in seguito al collasso di particolari tipologie di stelle o di ammassi stellari.

Nell’ultimo decennio il panorama delle conoscenze su questo argomento si è arricchito di numerose osservazioni di buchi neri supermassicci estremamente lontani, che ci appaiono quindi com’erano poche centinaia di milioni di anni dopo l’origine dell’universo. Ciò depone a favore di una formazione molto rapida e diretta di questi oggetti.

Tenuto conto di questi dati, Basu e Das propongono ora nuovo modello di formazione dei buchi neri supermassicci basato su un’idea di base molto semplice: la loro origine è un collasso molto rapido.

“I buchi neri supermassicci hanno avuto solo un periodo di tempo breve per formarsi e crescere, e a un certo punto la loro produzione nell’universo è cessata”, ha spiegato Basu. “È questo lo scenario del collasso diretto”.

Le simulazioni al computer dei due autori mostrano che le osservazioni e i dati sperimentali dei buchi neri supermassicci già presenti in un’epoca primordiale dell’universo sono compatibili con un accrescimento esponenziale del buco nero, che inizia la sua vita con una massa compresa tra 10.000 e 100.000 masse solari. (red)

Quel disco che non t’aspetti attorno al buco nero

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11 luglio 2019

Comunicato stampa

Fonte: Inaf/Asi

Rappresentazione artistica del tenue disco di materia attorno al buco nero supermassiccio al centro della galassia NGC 3147 Crediti: ESA/Hubble/M. Kornmesser 

Un tenue disco di materia attorno al buco nero supermassiccio della galassia Ngc 3147 è stato scoperto da Stefano Bianchi della Università Roma Tre insieme, tra gli altri, a colleghi dell’Istituto Nazionale di Astrofisica e dell’Agenzia Spaziale Italiana, grazie alle osservazioni del telescopio spaziale Hubble

In questo articolo parliamo di:

Un tenue disco di materia è stato individuato dove non avrebbe dovuto esserci, ovvero attorno al buco nero supermassiccio nel centro della poco luminosa galassia NGC 3147, distante 130 milioni di anni luce da noi. A scoprirlo è stato un team internazionale di ricercatori guidato da Stefano Bianchi, dell’Università degli Studi Roma Tre e a cui hanno partecipato anche colleghe e colleghi dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) e dell’Agenzia Spaziale Italiana (ASI), grazie alle riprese del telescopio spaziale Hubble di NASA ed ESA. Il lavoro che descrive la scoperta viene pubblicato oggi sulla rivista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

La scoperta di un disco di materia attorno al buco nero centrale di una galassia a bassa luminosità come NGC 3147 ha sorpreso gli astronomi. I buchi neri in certi tipi di galassie come NGC 3147 sono infatti considerati “affamati”, in quanto attorno a loro non vi è sufficiente materiale catturato gravitazionalmente che possano ingurgitare e grazie al quale sono in grado di emettere enormi quantità di energia, sotto forma di getti e radiazione elettromagnetica, come la luce, ma anche più energetica, fino ai raggi X e gamma. La tenue struttura individuata nel cuore della galassia NGC 3147, che può essere considerata a tutti gli effetti una copia sbiadita dei luminosi dischi attorno ai buchi neri centrali delle galassie attive, è una novità assoluta per chi studia questi oggetti celesti estremi.

“Questo è il primo, affascinante sguardo che abbiamo ottenuto di un disco così debole, tanto vicino al buco nero che le velocità della materia che lo compone e l’eccezionale forza di attrazione gravitazionale del buco nero che orbita influenzano notevolmente il modo in cui vediamo la luce emessa da questo sistema finora unico nel suo genere” dice Stefano Bianchi, che è anche ricercatore associato all’INAF.

Osservare e misurare gli effetti estremi legati all’interazione tra materia, radiazione elettromagnetica e gravità nel cuore di NGC 3147 è di estremo interesse per testare le teorie della relatività di Albert Einstein, come conferma Marco Chiaberge, In forza all’STScI e alla Johns Hopkins University, anche lui nel team che ha realizzato la scoperta: “non avevamo mai visto gli effetti della Relatività generale e speciale sulla luce visibile con un’accuratezza simile”.

I dati raccolti dallo strumento STIS (Space Telescope Imaging Spectrograph) di Hubble hanno permesso di raccogliere preziose informazioni sulla velocità con cui ruota la materia del disco attorno al buco nero, pari a oltre il 10 per cento di quella della luce. Con questi valori così estremi, il gas sembra risultare più brillante mentre si sposta verso la Terra e al contrario perde luminosità mentre si allontana da noi. Questo effetto è noto come Doppler boosting o relativistic beaming. Le osservazioni di Hubble mostrano inoltre che la materia del disco è così profondamente dominata dalla forza di gravità del buco nero, la cui massa stimata è di 250 milioni di volte quella del Sole, che anche la luce prodotta dal gas che lo compone fa fatica a sfuggirgli, e ci arriva con lunghezze d’onda grandi e ci appare più arrossata. “Grazie agli effetti di distorsione della luce proveniente dal disco di gas siamo riusciti a misurare la sua distanza dal buco nero, che corrisponde a 30 miliardi di km, pari a circa 6 volte la distanza tra il Sole e Nettuno” aggiunge Andrea Marinucci, ricercatore dell’ASI, che ha partecipato allo studio.

Il team ha deciso di studiare in dettaglio il cuore della galassia NGC 3147 proprio per verificare gli attuali modelli teorici che descrivono le proprietà delle galassie attive con bassa luminosità, ovvero quelle che ospitano nel loro centro buchi neri di grande massa ma “affamati”. Questi modelli suggeriscono che i dischi di materiale dovrebbero formarsi quando grandi quantità di gas vengono catturate dalla formidabile attrazione gravitazionale prodotta da un buco nero supermassiccio, emettendo così una enorme quantità di luce, come un potentissimo faro: quello che gli astronomi chiamano quasar.

“Il tipo di disco che vediamo è un quasar ridimensionato che non ci aspettavamo potesse esistere”, sottolinea Alessandro Capetti dell’INAF a Torino, anch’egli nel team di Bianchi. “È lo stesso tipo di disco che vediamo negli oggetti che sono 1000 o anche 100.000 volte più luminosi. È quindi evidente che le previsioni degli attuali modelli per galassie attive molto deboli in questo caso falliscono”.

La scoperta viene pubblicata oggi sulla rivista “Monthly Notices of the Royal Astronomical Society” nell’articolo HST unveils a compact mildly relativistic Broad Line Region in the candidate true type 2 NGC 3147 di Stefano Bianchi, Robert Antonucci, Alessandro Capetti, Marco Chiaberge, Ari Laor, Loredana Bassani, Francisco J. Carrera, Fabio La Franca, Andrea Marinucci, Giorgio Matt, Riccardo Middei, Francesca Panessa

L’ESA VUOLE SAPERE QUALE È IL TUO SOGNO SPAZIALE

Astrofisica/Astrophysics, Astronomi Gesuiti/Jesuit Astronomers, Astronomia/Astronomy, Brother Guy Joseph Consolmagno SJ, Città del Vaticano/Vatican City, Collaborazione Specola Vaticana/Vatican Observatory Collaboration, Compagnia di Gesù/Society of Jesus, Consorzio del Telescopio dell'Orizzonte degli Eventi/Event Horizon Telescope Consortium (EHTC), Consorzio del Telescopio dell'Orizzonte degli Eventi/Telescope Consortium of the Events Horizon (EHTC), Father David Brown SJ, Father Gabriele Gionti SJ, Father George V. Coyne SJ - Director of the Vatican Observatory (1978 - 2006), Fisica/Physics, Fratello Guy Joseph Consolmagno SJ, Geologia/Geology, Gesuiti/Jesuits, Grande Schieramento Millimetrico di Antenne Radio in Atacama/Atacama Large Millimeter Array (ALMA), Intelligenza Artificiale/Artificial Intelligence, Matematica/Mathematics, Oggetti Volanti Non Identificati (OVNI)/Unidentified Flying Objects (UFO), Osservatori Astronomici Australiani/Australian Astronomical Observatories, Osservatori Astronomici/Astronomical Observatories, Osservatorio Australe Europeo (ESO)/European Southern Observatory (ESO), Osservatorio di Antenne Radio di un Chilometro Quadrato/Square Kilometre Array Observatory (SKAO), Padre David Brown SJ, Padre Gabriele Gionti SJ, Padre George V. Coyne SJ - Direttore della Specola Vaticana (1978 - 2006), Pianeti del Sistema Solare/Planets of the Solar System, Pianeti Extrasolari/Extrasolar Planets, Progetto SETI/SETI Project, Specola Vaticana/Vatican Observatory, Storia dell'Astrofisica/History of Astrophysics, Telescopi Spaziali/Space Telescopes, Telescopio dell'Orizzonte degli Eventi/Event Horizon Telescope (EHT), Telescopio dell'Orizzonte degli Eventi/Telescope of the Events Horizon (EHT), Telescopio Sferico con Apertura di Cinquecento Metri/Five Hundred Meter Aperture Spherical Telescope (FAST), Telescopio Spaziale James Webb/James Webb Space Telescope, Unione Astronomica Internazionale/International Astronomical Union (IAU), Vita Extraterrestre/Extraterrestrial Life, Vita intelligente Extraterrestre/Extraterrestrial intelligent Life

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#myspacedream

L’ESA VUOLE SAPERE QUALE È IL TUO SOGNO SPAZIALE

12 Giugno 2019

Quale è la tua visione per il futuro dello spazio? Mentre l’ESA prepara i suoi programmi per i prossimi anni, vogliamo sapere quali sono i vostri sogni spaziali. Su quali temi entusiasmanti dovremmo lavorare – e quali attività faranno la differenza più grande per la vita sulla Terra? Un nuovo concorso, chiamato My Space Dream, vi offre l’opportunità di dirci cosa fare dopo, e di vincere interessanti premi.

Forse, come Alexander Gerst, sognate di un futuro sulla luna e su Marte, o forse, come Tim Peake, siete più concentrati su come il mondo può lavorare, insieme, alle imprese spaziali. Diteci cosa vi ispira di più!

Tutto ciò che dovete fare per avere la possibilità di vincere è registrare un video di voi stessi, della durata di 30 secondi, in cui spiegate quale è il vostro sogno spaziale. I premi saranno assegnati da una giuria ESA, ma anche voi potete scegliere il vostro preferito con una votazione pubblica – e potete chiedere ai vostri amici di fare lo stesso. Al vincitore del primo premio sarà offerta una giornata presso il Centro Europeo Addestramento Astronauti (EAC) a Colonia, in Germania, dove potrà vedere in prima persona come lavorano, si addestrano e mangiano gli astronauti. Potete leggere dei premi, le istruzioni dettagliate su come prendere parte e le condizioni per partecipare, nella pagina web del concorso My Space Dream.

Il concorso My Space Dream si svolge sullo sfondo di Space19+, il Consiglio ESA a livello Ministeriale. Si tratta di un momento fondamentale per gli Stati Membri per condividere le loro idee e le ambizioni delle rispettive agenzie spaziali ed impegnarsi in progetti entusiasmanti e missioni necessari per gli anni a venire. Grandi attività spaziali come la Stazione Spaziale Internazionale, la famiglia dei lanciatori Ariane, e l’atterraggio su una cometa con la missione Rosetta, sono cominciate come sogni ed aspirazioni – quali nuovi sogni diventeranno realtà nella prossima generazione?

Samantha Cristoforetti si tuffa di nuovo nelle operazioni

Astrofisica/Astrophysics, Astronomi Gesuiti/Jesuit Astronomers, Astronomia/Astronomy, Brother Guy Joseph Consolmagno SJ, Città del Vaticano/Vatican City, Collaborazione Specola Vaticana/Vatican Observatory Collaboration, Compagnia di Gesù/Society of Jesus, Consorzio del Telescopio dell'Orizzonte degli Eventi/Event Horizon Telescope Consortium (EHTC), Consorzio del Telescopio dell'Orizzonte degli Eventi/Telescope Consortium of the Events Horizon (EHTC), Father David Brown SJ, Father Gabriele Gionti SJ, Father George V. Coyne SJ - Director of the Vatican Observatory (1978 - 2006), Fisica/Physics, Fratello Guy Joseph Consolmagno SJ, Geologia/Geology, Gesuiti/Jesuits, Grande Schieramento Millimetrico di Antenne Radio in Atacama/Atacama Large Millimeter Array (ALMA), Intelligenza Artificiale/Artificial Intelligence, Matematica/Mathematics, Oggetti Volanti Non Identificati (OVNI)/Unidentified Flying Objects (UFO), Osservatori Astronomici Australiani/Australian Astronomical Observatories, Osservatori Astronomici/Astronomical Observatories, Osservatorio Australe Europeo (ESO)/European Southern Observatory (ESO), Osservatorio di Antenne Radio di un Chilometro Quadrato/Square Kilometre Array Observatory (SKAO), Padre David Brown SJ, Padre Gabriele Gionti SJ, Padre George V. Coyne SJ - Direttore della Specola Vaticana (1978 - 2006), Pianeti del Sistema Solare/Planets of the Solar System, Pianeti Extrasolari/Extrasolar Planets, Progetto SETI/SETI Project, Sonde Interplanetarie/Interplanetary Probes, Specola Vaticana/Vatican Observatory, Storia dell'Astrofisica/History of Astrophysics, Telescopi Spaziali/Space Telescopes, Telescopio dell'Orizzonte degli Eventi/Event Horizon Telescope (EHT), Telescopio dell'Orizzonte degli Eventi/Telescope of the Events Horizon (EHT), Telescopio Sferico con Apertura di Cinquecento Metri/Five Hundred Meter Aperture Spherical Telescope (FAST), Telescopio Spaziale James Webb/James Webb Space Telescope, Unione Astronomica Internazionale/International Astronomical Union (IAU), Vita Extraterrestre/Extraterrestrial Life, Vita intelligente Extraterrestre/Extraterrestrial intelligent Life

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L’equipaggio di NEEMO23

SAMANTHA CRISTOFORETTI SI TUFFA DI NUOVO NELLE OPERAZIONI

11 Giugno 2019

L’astronauta dell’ESA Samantha Cristoforetti scambierà la sua tuta spaziale per l’attrezzatura subacquea questo mese, come comandante della missione internazionale di ricerca ed esplorazione di 10 giorni sui fondali dell’Oceano Atlantico.

Durante la spedizione NEEMO (NASA Extreme Environment Mission Operations) 23 della NASA, l’astronauta guiderà una squadra di quattro acquanauti mentre vivono e lavorano nell’unica stazione di ricerca sottomarina al mondo, Aquarius.

Tim Peake e Samantha Cristoforetti

Situata a quasi 19 metri sotto l’oceano, vicino a Key Largo in Florida, Stati Uniti d’America, Aquarius è un ambiente ideale per testare concetti per future missioni sulla Luna e su Marte, per simulare passeggiate spaziali e per portare avanti studi di scienza marina sotto la guida del Dipartimento di Scienze Marine dell’Università Internazionale della Florida.

Gli acquanauti saranno in saturazione per la durata della missione ed eseguiranno giornalmente escursioni di quattro ore sul fondale marino indossando caschi da sub.

A quattro anni dalla sua prima missione di sei mesi sulla Stazione Spaziale Internazionale, denominata Futura, Samantha Cristoforetti è motivata dalla sfida di un mondo sottomarino.

“Non succede tutti i giorni di poter vivere 10 giorni sott’acqua, dove si trovano questa flora e fauna marina incredibilmente ricche” spiega Cristoforetti. “NEEMO offre letteralmente l’opportunità di tuffarsi di nuovo in un ambiente operativo”.

“Per molti versi, Aquarius funziona come la Stazione Spaziale, con procedure definite, ruoli e scadenze fisse. Non vedo l’ora di provare di nuovo quella sensazione e di imparare dai miei compagni di squadra che portano una grande dose di esperienza nella ricerca marina”.

NEEMO 21

Oltre a Samantha Cristoforetti, l’equipaggio NEEMO 23 comprende la candidata astronauta Jessica Watkins, i ricercatori marini di fama mondiale Shirley Pomponi e Csilla Ari D’Agostino, e due tecnici professionisti dell’habitat, Mark Hulsbeck e Thomas Horn. Saranno supportati da una squadra a terra composta da esperti NASA ed ESA, che li guideranno attraverso le operazioni a bordo e le passeggiate nello spazio sottomarino come farebbero sulla Stazione.

Il personale di supporto dell’ESA comprende l’istruttore di uscite extraveicolari e membro dell’equipaggio NEEMO 19 Hervé Stevenin, la tirocinante Dorota Budzyn e l’ingegnere di supporto per astronauti Romain Charles. Hervé e Romain sono due dei quattro comunicatori specializzati – conosciuti come capcoms – assegnati alla missione. Condivideranno la responsabilità dell’interazione con i membri dell’equipaggio NEEMO dal centro supporto missione, con due colleghi della NASA.

L’ESA ha iniziato il suo coinvolgimento con NEEMO nel 2012 e, ad oggi, ha partecipato ad otto missioni Aquarius. Precedenti membri dell’equipaggio sono stati gli astronauti Tim Peake, Andreas Mogensen, Thomas Pesquet, Luca Parmitano e Matthias Maurer, così come pure l’istruttore di uscite extra veicolari Hervé e, più recentemente, l’astronauta ESA Pedro Duque, nel 2017.

Il Big Bell Test smentisce il realismo locale

Astrofisica/Astrophysics, Astronomi Gesuiti/Jesuit Astronomers, Astronomia/Astronomy, Brother Guy Joseph Consolmagno SJ, Città del Vaticano/Vatican City, Collaborazione Specola Vaticana/Vatican Observatory Collaboration, Compagnia di Gesù/Society of Jesus, Consorzio del Telescopio dell'Orizzonte degli Eventi/Event Horizon Telescope Consortium (EHTC), Consorzio del Telescopio dell'Orizzonte degli Eventi/Telescope Consortium of the Events Horizon (EHTC), Father David Brown SJ, Father Gabriele Gionti SJ, Father George V. Coyne SJ - Director of the Vatican Observatory (1978 - 2006), Fisica/Physics, Fratello Guy Joseph Consolmagno SJ, Geologia/Geology, Gesuiti/Jesuits, Grande Schieramento Millimetrico di Antenne Radio in Atacama/Atacama Large Millimeter Array (ALMA), Intelligenza Artificiale/Artificial Intelligence, Matematica/Mathematics, Oggetti Volanti Non Identificati (OVNI)/Unidentified Flying Objects (UFO), Osservatori Astronomici Australiani/Australian Astronomical Observatories, Osservatori Astronomici/Astronomical Observatories, Osservatorio Australe Europeo (ESO)/European Southern Observatory (ESO), Osservatorio di Antenne Radio di un Chilometro Quadrato/Square Kilometre Array Observatory (SKAO), Padre David Brown SJ, Padre Gabriele Gionti SJ, Padre George V. Coyne SJ - Direttore della Specola Vaticana (1978 - 2006), Pianeti del Sistema Solare/Planets of the Solar System, Pianeti Extrasolari/Extrasolar Planets, Progetto SETI/SETI Project, Storia dell'Astrofisica/History of Astrophysics, Telescopi Spaziali/Space Telescopes, Telescopio dell'Orizzonte degli Eventi/Event Horizon Telescope (EHT), Telescopio dell'Orizzonte degli Eventi/Telescope of the Events Horizon (EHT), Telescopio Sferico con Apertura di Cinquecento Metri/Five Hundred Meter Aperture Spherical Telescope (FAST), Telescopio Spaziale James Webb/James Webb Space Telescope, Unione Astronomica Internazionale/International Astronomical Union (IAU), Vita Extraterrestre/Extraterrestrial Life, Vita intelligente Extraterrestre/Extraterrestrial intelligent Life

14 maggio 2018

Il Big Bell Test smentisce il realismo locale
(Cortesia ICFO)

La violazione nel mondo quantistico di un principio tanto caro ad Albert Einstein è stata confermata da un esperimento che ha sfruttato i risultati di un videogioco on line per generare una serie di dati casuali necessari a eseguirlo
 (red)

Una nuova conferma che nel mondo quantistico non vi sono proprietà indipendenti dalla loro misurazione (ossia preesistenti nella realtà fisica prima della loro misurazione) è venuta dalla conclusione del cosiddetto Big Bell Test. Si tratta di un esperimento particolare, effettuato da una collaborazione internazionale, che per l’Italia ha visto la partecipazione dei ricercatori del Quantum Information Lab della “Sapienza” Università di Roma diretti da Fabio Sciarrino e di circa 100.000 volontari che hanno permesso di ottenere una impressionante mole di dati indispensabili all’esecuzione dell’esperimento. I risultati del test sono stati pubblicati su “Nature”.

La meccanica quantistica descrive il mondo microscopico in termini di leggi probabilistiche, portando a situazioni che possono contraddire il senso comune. La più “scandalosa” di queste situazioni è forse legata al fenomeno dell’entanglement, che si ha quando due particelle, generate in condizioni opportune, mostrano una correlazione anche quando sono separate da una grande distanza. In particolare, se si effettua la misurazione di una grandezza su una di esse, il valore ottenuto influenza il corrispondente valore dell’altra particella, per quanto lontana essa sia.

Il Big Bell Test smentisce il realismo locale
Raffigurazione del Big Bell Test che grazie a un videogioco ha coinvolto circa 100.000 persone in tutto il mondo. (Cortesia ICFO)

Questo fenomeno viola il principio di “realismo locale”, sostenuto da Albert Einstein. Secondo questo principio, da un lato una misurazione non fa altro che rivelare una proprietà preesistente nella realtà fisica (realismo); dall’altro, tra due eventi ci può essere una relazione di causa-effetto solo se essi sono connessi da una catena causale di eventi che si propaga con una velocità minore o uguale alla velocità della luce nel vuoto (ecco il concetto di località), un limite invalicabile per la teoria della relatività.

Nel 1964 il fisico britannico John Stewart Bell dimostrò che se il realismo locale è valido, allora devono essere valide anche alcune leggi fisico-matematiche note come disuguaglianze di Bell, che possono essere confrontate con i risultati degli esperimenti che indagano quel principio. Affinché un esperimento di questo tipo, detto appunto test di Bell, confermi o smentisca il realismo locale è necessario però eseguire un numero elevato di prove in cui le particelle entangled siano distribuite spazialmente in modi differenti; inoltre, le misurazioni devono essere estremamente rapide ed efficienti, e le proprietà delle particelle da misurare devono essere casuali.

Negli ultimi anni, diversi test eseguiti in laboratorio hanno confermato la violazione delle disuguaglianze di Bell, contraddicendo quindi il realismo locale. Tuttavia c’erano ancora dubbi sul fatto che in quei test fosse pienamente soddisfatto il requisito della casualità delle scelte relative alle quantità da misurare. In linea teorica, in questi esperimenti c’era pur sempre la possibilità che le scelte relative all’impostazione dell’esperimento fossero influenzate da “variabili nascoste” correlate con le proprietà delle particelle o, per dirla in modo più approssimativo, che le particelle stesse potessero in qualche modo influenzare la scelta della misura, un’evenienza che invaliderebbe il test.

Per evitare questa possibilità, nota come scappatoia (loophole) della libertà di scelta, la collaborazione internazionale del Big Bell Test ha deciso di effettuare 13 esperimenti in 12 laboratori distribuiti nei cinque continenti, relativi a entità di interesse quantistico differenti tra loro, come fotoni, singoli atomi, gruppi atomici e dispositivi superconduttori. Inoltre, per assicurare la casualità delle scelte nelle impostazioni gli autori hanno creato un videogioco, messo on line, che richiedeva ai partecipanti l’immissione veloce e continua di input, con un insieme di scelte di fatto imprevedibili. I circa 100.000 partecipanti al gioco hanno così generato nell’arco di 12 ore del 30 novembre 2016 ben 97.347.490 scelte, che sono state indirizzate via Web ai laboratori coinvolti dove sono state usate per scegliere le quantità da misurare e gli specifici parametri di misura da impiegare.

“Le correlazioni osservate – concludono i ricercatori – contraddicono fortemente il realismo locale e altre posizioni realistiche.”

Onde gravitazionali, fuoco nucleare, rocce e amore

Astrofisica/Astrophysics, Astronomi Gesuiti/Jesuit Astronomers, Astronomia/Astronomy, Brother Guy Joseph Consolmagno SJ, Città del Vaticano/Vatican City, Collaborazione Specola Vaticana/Vatican Observatory Collaboration, Compagnia di Gesù/Society of Jesus, Consorzio del Telescopio dell'Orizzonte degli Eventi/Event Horizon Telescope Consortium (EHTC), Consorzio del Telescopio dell'Orizzonte degli Eventi/Telescope Consortium of the Events Horizon (EHTC), Father David Brown SJ, Father Gabriele Gionti SJ, Father George V. Coyne SJ - Director of the Vatican Observatory (1978 - 2006), Fisica/Physics, Fratello Guy Joseph Consolmagno SJ, Geologia/Geology, Gesuiti/Jesuits, Grande Schieramento Millimetrico di Antenne Radio in Atacama/Atacama Large Millimeter Array (ALMA), Intelligenza Artificiale/Artificial Intelligence, Matematica/Mathematics, Oggetti Volanti Non Identificati (OVNI)/Unidentified Flying Objects (UFO), Osservatori Astronomici Australiani/Australian Astronomical Observatories, Osservatori Astronomici/Astronomical Observatories, Osservatorio Australe Europeo (ESO)/European Southern Observatory (ESO), Osservatorio di Antenne Radio di un Chilometro Quadrato/Square Kilometre Array Observatory (SKAO), Padre David Brown SJ, Padre Gabriele Gionti SJ, Padre George V. Coyne SJ - Direttore della Specola Vaticana (1978 - 2006), Pianeti del Sistema Solare/Planets of the Solar System, Pianeti Extrasolari/Extrasolar Planets, Progetto SETI/SETI Project, Sonde Interplanetarie/Interplanetary Probes, Specola Vaticana/Vatican Observatory, Storia dell'Astrofisica/History of Astrophysics, Telescopi Spaziali/Space Telescopes, Telescopio dell'Orizzonte degli Eventi/Event Horizon Telescope (EHT), Telescopio dell'Orizzonte degli Eventi/Telescope of the Events Horizon (EHT), Telescopio Sferico con Apertura di Cinquecento Metri/Five Hundred Meter Aperture Spherical Telescope (FAST), Telescopio Spaziale James Webb/James Webb Space Telescope, Unione Astronomica Internazionale/International Astronomical Union (IAU), Vita Extraterrestre/Extraterrestrial Life, Vita intelligente Extraterrestre/Extraterrestrial intelligent Life

08 maggio 2019

di Caleb A. Scharf / Scientific American

Science Photo Library / AGF 

Un giallo di cinque miliardi di anni fa rivela due nuovi attori che hanno preso parte alle nostre origini: gran parte degli elementi pesanti presenti nel sistema solare non derivano nelle esplosioni di supernova, ma dalla fusione di due stelle di neutroni avvenuta nelle vicinanze del nostro Sole

Il vecchio detto “siamo polvere di stelle” è così penetrato nella nostra mente da rischiare di perdere parte della sua poesia. Sì, elementi più pesanti dell’idrogeno e dell’elio presenti nell’ambiente terrestre sono stati forgiati da vari antichi cicli di vita di generazioni di stelle. Molte di queste fornaci cosmiche hanno espulso il loro contenuto nel vuoto, inquinando la nostra galassia con tracce dei nuclei atomici che chiamiamo ossigeno, carbonio, ferro e altro ancora. E nel corso degli eoni la gravità ha provocato la ricondensazione di questa materia interstellare. Come risultato, gli elementi sono stati separati, permettendo alla materia stellare di diventare straordinariamente concentrata, creando nuove stelle, pianeti, e gli ammassi di nuclei pesanti che costituiscono gli esseri umani e la loro assurda complessità.

Tutto ciò è fantastico, ma ripetete la storia un gran numero di volte e comincerà a suonare un po’ banale. Una parte della ragione è che la narrazione può diventare vaga – dal parlare in termini generali di generazioni precedenti di stelle ormai invisibili fino alle nostre ampie descrizioni della natura della materia interstellare. È un po’ come quando un parente anziano vi racconta dell’albero genealogico della vostra famiglia fino alla quinta generazione. Ci può essere poco con cui identificarsi, anche se ci piacerebbe farlo.

La storia diventa molto più interessante quando si guarda più da vicino. Per prima cosa, non tutti gli elementi sono prodotti allo stesso modo. Forse l’esempio più interessante è quello degli elementi del cosiddetto “processo r“.

All’interno delle stelle puà avvenire la nucleosintesi di alcuni elementi, ma per quella degli elementi più pesanti del ferro sono necessari processi ancora più energetici. (© Science Photo Library / AGF)

Questi elementi hanno nuclei più pesanti del ferro e sono costruiti da un meccanismo chiamato cattura rapida dei neutroni. Come suggerisce il nome, c’è bisogno di qualcosa per catturare i neutroni, sotto forma di nuclei “seme”, e c’è bisogno di un tremendo flusso di neutroni, che sia abbastanza veloce da andare a formare dei nuclei al di là di qualsiasi configurazione intermedia altamente instabile.

Ma dove si trovano ambienti di questo tipo?

Nel 2017 gli osservatori delle onde gravitazionali LIGO e Virgo hanno fatto scalpore rilevando la firma di una fusione di due stelle di neutroni. Due sfere di massa stellare di materiale nucleare hanno spiraleggiato una verso l’altra con un urlo di oscillazioni spazio-temporali di intensità crescente.

A differenza della fusione di un buco nero binario, quell’evento ha prodotto una quantità prodigiosa di radiazioni elettromagnetiche nella cosiddetta kilonova (letteralmente, mille volte l’emissione di una normale stella nova). Lo studio telescopico della kilonova ha fornito un sostegno convincente all’idea che la fusone di stelle di neutroni rappresenti un paradiso per il processo r. Ciò suggerisce che questi eventi cataclismatici giochino un ruolo importante nel rifornire il nostro paesaggio galattico di alcuni degli elementi più pesanti. Dall’oro, platino e iridio al torio e all’uranio, fino a elementi di breve durata come il plutonio.

Ora, una nuova ricerca di Bartos e Marka, pubblicata nei giorni scorsi su “Nature”,  offre una visione creativa e piuttosto sorprendente delle origini degli elementi del processo r nel nostro sistema solare. I ricercatori hanno combinato due analisi chiave. Una quella dei dati sui meteoriti che conservano le prove del mix di elementi nel nostro sistema solare in formazione, circa 4,6 miliardi di anni fa. L’altra è un ingegnoso modello statistico della storia delle fusioni di stelle di neutroni della galassia.

La ricerca indica che all’alba della nostra storia cosmica locale si è verificata una collisione di stelle di neutroni molto vicina. Tracce di questo evento unico sembrano essere presenti nei dettagli dei radioisotopi dovuti al processo r che hanno irrorato il nostro sistema in formazione dopo la collisione delle stelle di neutroni.

Raggiungere questa conclusione richiede una certa flessibilità mentale e un duro lavoro. Le fusioni di stelle di neutroni sono cosmicamente rare nella Via Lattea, variando tra uno e cento eventi per milione di anni in tutta la sua estensione. Alcuni elementi del processo r, come gli attinidi (tra cui curio-247, plutonio-244 e iodio-129), hanno emivite relativamente brevi, nell’ordine delle decine di milioni di anni, ma hanno lasciato tracce specifiche nel materiale meteoritico dell’antico sistema solare, che ci permettono di misurare le loro abbondanze originali.

Quindi, la quantità di questi elementi che esisteva durante la finestra di tempo in cui si stava formando il nostro sistema solare offre uno strumento per valutare non solo l’epoca in cui sono stati forgiati quegli elementi, ma anche la distanza a cui doveva trovarsi quella fucina.

Costruendo una simulazione delle fusioni di stelle di neutroni nella nostra galassia, nel corso della sua storia fino alla formazione del nostro sistema solare (nei circa 9 miliardi di anni di esistenza della Via Lattea), Bartos e Marka hanno potuto esaminare quali scenari potrebbero aver prodotto la miscela di attinidi ricavata dalle analisi meteoritiche.

Raffigurazione schematica della rilevazione delle onde gravitazionali da parte di LIGO, in primo piano a destra (Science Photo Library / AGF)

Dal risultato dell’analisi sembra che ci sia stata una sola kilonova prodotta da una fusione di stelle di neutroni che si darebbe verificata entro 80 milioni di anni (più o meno 40) dalla formazione del sistema solare e a circa mille anni luce di distanza. I ricercatori stimano che un evento di kilonova così vicino avrebbe occultato tutto il cielo notturno per oltre un giorno. Quattro miliardi e mezzo di anni fa, quando gli elementi appena generati dalla fusione furono proiettati all’esterno e si diffusero nello spazio interstellare, circa 10^20 chilogrammi di essi finirono per depositarsi nel nostro giovane sistema.

Da lì si può capire quanta parte del deposito terrestre di elementi del processo r proveniva da quell’unico evento. Per esempio, l’equivalente di un ciglio circa dello iodio nel vostro corpo sarà arrivato da quelle stelle di neutroni. Un’automobile Tesla Model 3 contiene un totale di circa 5 grammi dei nuclei generati da questa specifica fusione di stelle di neutroni. Un moderno reattore a fissione, che usa uranio arricchito, conterrà circa 200 chilogrammi di materiale che è stato prodotto in quell’unica esplosione cosmica.

Cosa significativa, lo studio sembra anche escludere che fra i produttori primari di elementi di processo r in tutta la galassia vi siano stati eventi come le supernove a collasso nucleare, legate all’implosione di stelle massicce. Quegli eventi, che si verificano centinaia o addirittura migliaia di volte più frequentemente delle fusioni di stelle di neutroni, non sembrano corrispondere ai dati.

Nel complesso, sembra che possiamo aggiornare il racconto delle nostre origini dalla “polvere di stelle”. Non solo siamo in debito con una fisica ancora più esotica ed estrema di quanto forse immaginassimo, ma ora dobbiamo collocare sull’albero genealogico due membri molto specifici della nostra tribù ancestrale: una coppia di stelle di neutroni amanti, il cui abbraccio è stato letteralmente infuocato.
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L’autore
Caleb A. Scharf è direttore del Centro di astrobiologia della Columbia University. E’ autore e coautore di oltre 100 articoli di ricerca in astronomia e astrofisica. Nel 2012 ha vinto il premio Chambliss dell’AAS. Per “Le Scienze” ha scritto L’universo in scala(In)significanza cosmicaLa generosità dei buchi neri.

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L’originale di questo articolo è stato pubblicato su “Scientific American” il 1° maggio 2019. (Traduzione ed editing a cura di Le Scienze. Riproduzione autorizzata, tutti i diritti riservati.)

Un ponte di segnali radio nello spazio intergalattico

Astrofisica/Astrophysics, Astronomi Gesuiti/Jesuit Astronomers, Astronomia/Astronomy, Brother Guy Joseph Consolmagno SJ, Città del Vaticano/Vatican City, Collaborazione Specola Vaticana/Vatican Observatory Collaboration, Compagnia di Gesù/Society of Jesus, Consorzio del Telescopio dell'Orizzonte degli Eventi/Event Horizon Telescope Consortium (EHTC), Consorzio del Telescopio dell'Orizzonte degli Eventi/Telescope Consortium of the Events Horizon (EHTC), Father David Brown SJ, Father Gabriele Gionti SJ, Father George V. Coyne SJ - Director of the Vatican Observatory (1978 - 2006), Fisica/Physics, Fratello Guy Joseph Consolmagno SJ, Geologia/Geology, Gesuiti/Jesuits, Grande Schieramento Millimetrico di Antenne Radio in Atacama/Atacama Large Millimeter Array (ALMA), Intelligenza Artificiale/Artificial Intelligence, Matematica/Mathematics, Oggetti Volanti Non Identificati (OVNI)/Unidentified Flying Objects (UFO), Osservatori Astronomici Australiani/Australian Astronomical Observatories, Osservatori Astronomici/Astronomical Observatories, Osservatorio Australe Europeo (ESO)/European Southern Observatory (ESO), Osservatorio di Antenne Radio di un Chilometro Quadrato/Square Kilometre Array Observatory (SKAO), Padre David Brown SJ, Padre Gabriele Gionti SJ, Padre George V. Coyne SJ - Direttore della Specola Vaticana (1978 - 2006), Pianeti del Sistema Solare/Planets of the Solar System, Pianeti Extrasolari/Extrasolar Planets, Progetto SETI/SETI Project, Sonde Interplanetarie/Interplanetary Probes, Specola Vaticana/Vatican Observatory, Storia dell'Astrofisica/History of Astrophysics, Telescopi Spaziali/Space Telescopes, Telescopio dell'Orizzonte degli Eventi/Event Horizon Telescope (EHT), Telescopio dell'Orizzonte degli Eventi/Telescope of the Events Horizon (EHT), Telescopio Sferico con Apertura di Cinquecento Metri/Five Hundred Meter Aperture Spherical Telescope (FAST), Telescopio Spaziale James Webb/James Webb Space Telescope, Unione Astronomica Internazionale/International Astronomical Union (IAU), Vita Extraterrestre/Extraterrestrial Life, Vita intelligente Extraterrestre/Extraterrestrial intelligent Life

07 giugno 2019

Una ricerca internazionale coordinata dall’Istituto nazionale di astrofisica (INAF) ha rilevato per la prima volta un’emissione radio da un filamento che unisce due ammassi di galassie in fase di fusione

Nell’universo considerato alla scala più ampia, la materia non è distribuita uniformemente. Occupa una vasta struttura chiamata rangnatela cosmica (cosmic web) formata da tenui filamenti di gas. E dove i filamenti s’intersecano sono presenti gli ammassi di galassie, le più ampie strutture legate gravitazionalmente dell’universo, che contengono di tutto: da centinaia o migliaia di galassie a enormi quantità di altro gas e materia oscura.

Ora, per la prima volta, le osservazioni hanno dimostrato che questi filamenti, rarefatti e per questo difficili da osservare, sono pervasi da campi elettrici e magnetici, segnalati da un’emissione radio a bassa frequenza. Lo annuncia su “Science” un gruppo internazionale di ricercatori, coordinati da  Federica Govoni dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) di Cagliari e colleghi dipartimento di Fisica e Astronomia dell’Università di Bologna e della Scuola Normale Superiore di Pisa.

Il risultato è arrivato grazie al radiotelescopio Low-Frequency Array (LOFAR), progettato espressamente per scrutare il cielo alle basse frequenze radio (tra 10 e 240 MHz). Lo strumento è stato puntato verso la regione di spazio che separa Abell 0399 e Abell 0401, due ammassi di galassie distanti da noi circa un miliardo di anni luce, in procinto di fondersi. La scelta è caduta su questi due ammassi perché una precedente ricerca di Govoni e colleghi aveva mostrato che entrambi hanno un alone di emissione radio, indicativo della presenza di un campo magnetico, amplificato probabilmente dal processo di inglobamento e fusione di strutture più piccole.

Immagine composita degli ammassi di galassie Abell 0399 e Abel 0401. Il sistema si trova a circa un miliardo di anni luce dalla Terra, mentre i due ammassi distano tra loro circa 10 milioni di anni luce, in proiezione. I nuclei dei due ammassi sono permeati da plasma ad alte temperature, che emette raggi X (in rosso). L’immagine nelle onde radio a bassa frequenza (in blu) rivela diverse sorgenti discrete associate a singole galassie e due diffusi aloni nei centri dei due ammassi. Un ponte di emissioni radio è visibile lungo i filamenti che collegano Abell 0399 e Abel 0401, rivelando la presenza di un vasto campo magnetico illuminato da una popolazione di elettroni ad alta energia (DSS e Pan-STARRS1 (ottico), XMM-Newton(raggi X), PLANCK satellite (parametro y), F.Govoni, M.Murgia, INAF)

“Più di recente il satellite Planck ha mostrato che i due sistemi sono connessi da un tenue filamento di materia: la presenza di questo filamento ha stimolato la nostra curiosità e ci ha spinti ad investigare se il campo magnetico potesse estendersi anche oltre il centro degli ammassi, permeando il filamento di materia che li connette”, ha commentato Govoni. “Con grande soddisfazione, l’immagine ottenuta con il radiotelescopio LOFAR ha confermato questa nostra intuizione, mostrando quella che può essere definita una sorta di ‘aurora’ su scale cosmiche”.

Le ipotesi degi autori sul possibile fenomeno all’origine del segnale radio puntano al meccanismo di sincrotrone: a produrlo sono gli elettroni che si muovono all’interno di un campo magnetico a velocità prossime alla velocità della luce. Questa conclusione sembra la più logica, ma costringe a rivedere almeno in parte il modello dei processi astrofisici che coinvolgono gli elettroni.

““Tipicamente osserviamo questo meccanismo di emissione in azione in singole galassie e persino in ammassi di galassie, ma mai fino ad ora era stata osservata una emissione radio connettere due di questi sistemi“, ha concluso Matteo Murgia primo ricercatore INAF. “Comprendere la natura di questa sorgente radio è una vera e propria sfida visto che gli elettroni, durante il loro tempo di vita radiativo, riescono a percorrere un tratto di spazio molto minore dell’estensione dell’intera sorgente. Deve quindi esistere un qualche meccanismo responsabile della loro accelerazione che opera lungo tutto il filamento”. (red)

2006 QV89 è un pericolo per la Terra?

Astrofisica/Astrophysics, Astronomi Gesuiti/Jesuit Astronomers, Astronomia/Astronomy, Brother Guy Joseph Consolmagno SJ, Città del Vaticano/Vatican City, Collaborazione Specola Vaticana/Vatican Observatory Collaboration, Compagnia di Gesù/Society of Jesus, Consorzio del Telescopio dell'Orizzonte degli Eventi/Event Horizon Telescope Consortium (EHTC), Consorzio del Telescopio dell'Orizzonte degli Eventi/Telescope Consortium of the Events Horizon (EHTC), Father David Brown SJ, Father Gabriele Gionti SJ, Father George V. Coyne SJ - Director of the Vatican Observatory (1978 - 2006), Fisica/Physics, Fratello Guy Joseph Consolmagno SJ, Geologia/Geology, Gesuiti/Jesuits, Grande Schieramento Millimetrico di Antenne Radio in Atacama/Atacama Large Millimeter Array (ALMA), Intelligenza Artificiale/Artificial Intelligence, Matematica/Mathematics, Oggetti Volanti Non Identificati (OVNI)/Unidentified Flying Objects (UFO), Osservatori Astronomici Australiani/Australian Astronomical Observatories, Osservatori Astronomici/Astronomical Observatories, Osservatorio Australe Europeo (ESO)/European Southern Observatory (ESO), Osservatorio di Antenne Radio di un Chilometro Quadrato/Square Kilometre Array Observatory (SKAO), Padre David Brown SJ, Padre Gabriele Gionti SJ, Padre George V. Coyne SJ - Direttore della Specola Vaticana (1978 - 2006), Pianeti del Sistema Solare/Planets of the Solar System, Pianeti Extrasolari/Extrasolar Planets, Progetto SETI/SETI Project, Sonde Interplanetarie/Interplanetary Probes, Specola Vaticana/Vatican Observatory, Storia dell'Astrofisica/History of Astrophysics, Telescopi Spaziali/Space Telescopes, Telescopio dell'Orizzonte degli Eventi/Event Horizon Telescope (EHT), Telescopio dell'Orizzonte degli Eventi/Telescope of the Events Horizon (EHT), Telescopio Sferico con Apertura di Cinquecento Metri/Five Hundred Meter Aperture Spherical Telescope (FAST), Telescopio Spaziale James Webb/James Webb Space Telescope, Unione Astronomica Internazionale/International Astronomical Union (IAU), Vita Extraterrestre/Extraterrestrial Life, Vita intelligente Extraterrestre/Extraterrestrial intelligent Life

11 GIU 2019

di Albino Carbognani

Si parla in questi giorni di un asteroide potenzialmente pericoloso che potrebbe causare, a settembre, una nuova Tunguska… si chiama 2006 QV89 ed è davvero un pericolo per la Terra? La risposta è no, ma proviamo a capire perché e che cosa succederà il 9 settembre 2019, indulgendo un po’ nei numeri, con questo dettagliato post di Albino Carbognagni, ricercatore e coordinatore delle operazioni scientifiche all’Osservatorio Astronomico della Regione Autonoma Valle d’Aosta, tratto dal suo blog Asteroidi e Dintorni.

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Il 30 giugno è da qualche anno l’asteroid day, giornata dedicata alla sensibilizzazione sul tema degli asteroidi pericolosi. 2006 QV89 rientra tra questi, e sicuramente si approfitterà del prossimo passaggio di settembre per studiarne meglio l’orbita, ma il rischio di un reale impatto è praticamente nullo.

L’asteroide near-Earth 2006 QV89 in questi primi mesi del 2019 ha attratto periodicamente l’attenzione dei media perché, come riportato dal sistema di monitoraggio Sentry della NASA, esiste una probabilità cumulativa dello 0,012% (ossia 1/8300) che possa collidere con la Terra nel periodo 2019-2117. In particolare, il prossimo flyby con la Terra è previsto attorno al 9 settembre 2019 ed è su questa data che si è focalizzata l’attenzione dei media, che hanno attribuito la probabilità di collisione cumulativa a quest’unico giorno. Per certi aspetti il caso di 2006 QV89 è simile a quello dell’asteroide 2012 TC4. Cerchiamo di capire come stanno davvero le cose e se 2006 QV89 costituisce un reale pericolo per la Terra.

La scoperta e l’orbita

2006 QV89 è un piccolo asteroide di circa 30 metri di diametro scoperto il 29 agosto 2006 dalla Catalina Sky Survey, il programma di detection dei NEA del Lunar and Planetary Laboratory dell’Università dell’Arizona (Tucson). Al momento della scoperta l’asteroide aveva una magnitudine apparente di +18,9 un oggetto debole quindi, ma non particolarmente difficile per i telescopi al suolo. La sua designazione ufficiale è stata assegnata, come consuetudine, dal Minor Planet Center con la circolare MPEC 2006-Q58. In questa circolare sono riportate le 22 osservazioni astrometriche originali usate per determinarne una prima orbita eliocentrica. Così ora sappiamo che 2006 QV89 si muove su un’orbita moderatamente ellittica (e = 0,22) che giace su un piano a bassissima inclinazione sull’Eclittica (i = 1,07°), con un semiasse maggiore a = 1,192 UA e impiegando 475,3 giorni per un giro completo attorno al Sole. Si tratta di un oggetto di tipo “Apollo”, con orbita quasi del tutto esterna a quella della Terra.

Per saperne di più su asteroidi pericolosi e rischio da impatto su Coelum Astronomia 212 uno speciale dedicato in occasione dell’Asteroid Day 2017. Clicca sull’immagine per cominciare a leggere, in formato digitale e gratuito.L’asteroide venne seguito ancora per circa una settimana, l’ultima osservazione è dell’8 settembre 2006. In totale sono state fatte 69 osservazioni di posizione con una copertura osservativa di soli 10 giorni! Da allora l’asteroide non è mai più stato riosservato. Quando le osservazioni astrometriche per la determinazione dell’orbita sono fatte entro un lasso di tempo così breve gli elementi orbitali hanno delle incertezze elevate che, aumentando esponenzialmente nel tempo, non ci consentono di sapere esattamente dove si troverà l’asteroide a una certa data, anche a pochi anni di distanza: più o meno sappiamo che sarà vicino e lungo l’orbita nominale ma esattamente dove?

Nella stessa circolare che ne annunciava la scoperta, insieme agli elementi orbitali, è riportata anche la MOID ossia la Minimum Orbit Intersection Distance, la minima distanza possibile fra le orbite della Terra e dell’asteroide. Nel caso di 2006 QV89 si ha MOID ≈ 0,0001 AU, pari a circa 15.000 km. Questo asteroide può passare davvero molto vicino alla Terra se i due corpi celesti si trovano contemporaneamente al nodo discendente dell’orbita di 2006 QV89. Nel caso improbabile di collisione, considerato il piccolo diametro, l’asteroide probabilmente si frammenterebbe durante il passaggio in atmosfera e al suolo arriverebbero solo grossi frammenti, ciascuno con una massa di decine o centinaia di kg.

Figura 1 – L’orbita eliocentrica nominale di 2006 QV89. Si tratta di un asteroide di tipo Apollo con un’orbita a bassissima inclinazione sull’Eclittica: In azzurro è rappresentata l’orbita della Terra (JPL Small-Body Database Browser).

A “caccia” di asteroidi virtuali con il metodo Monte Carlo

No, non vi sto proponendo di andare al casinò, semplicemente voglio rispondere a questa domanda: come si fa a stimare l’incertezza della posizione orbitale di un asteroide e, da questa, la probabilità d’impatto con la Terra? In casi come questi si può utilizzare il metodo “Monte Carlo”. In questo approccio al problema si prendono le osservazioni astrometriche disponibili, si aggiunge loro un opportuno “rumore gaussiano”, compatibile con l’incertezza delle osservazioni, e si determina l’orbita che meglio si adatta a questi punti leggermente diversi, ma ancora paragonabili con quelli originali. Questo crea un “asteroide virtuale”, che avrà un’orbita che si adatta perfettamente alle osservazioni, ma che non necessariamente corrisponde al corpo reale.

Più sono numerosi gli asteroidi virtuali e meglio viene campionato lo spazio degli elementi orbitali compatibile con le osservazioni date. Una volta ottenuto un buon numero N di corpi virtuali la distribuzione statistica dei loro elementi orbitali ci dirà l’incertezza dell’orbita nominale e, riportando la loro posizione nello spazio per una certa data, si potrà vedere come si distribuisce la “nube” di asteroidi virtuali rispetto alla Terra.

Se n < N asteroidi virtuali colpissero la superficie terrestre, allora la probabilità d’impatto sarebbe stimabile come il rapporto n/N. Per propagare le orbite della nube di asteroidi virtuali in avanti nel tempo e fino alla data che ci interessa, bisogna tenere conto anche delle perturbazioni gravitazionali dovute ai pianeti. Di conseguenza le orbite non saranno delle semplici ellissi kepleriane come accade quando si tiene conto della sola gravità solare e bisogna ricorrere al calcolo numerico.

Figura 2 – La distribuzione dei semiassi maggiori delle orbite degli 11045 cloni di 2006 QV89 generati con Find Orb ci fa capire il concetto di indeterminazione orbitale. Se l’arco orbitale osservato dell’asteroide fosse stato molto più lungo di 10 giorni, la distribuzione avrebbe avuto un aspetto più compatto e con un picco centrale più elevato.

Per 2006 QV89 tutte le 69 osservazioni astrometriche disponibili possono essere scaricate dal database del MPC. Gli asteroidi virtuali, con gli elementi orbitali eclittici eliocentrici al J2000 per la data desiderata (epoca), possono – invece – essere generati usando il software per il calcolo orbitale Find Orb. Se il numero di cloni è elevato ci vorrà un po’ di tempo, specie se si tiene conto delle perturbazioni gravitazionali di tutti i pianeti. Per l’analisi di 2006 QV89 ho generato 11.045 cloni. Vediamo i risultati.

Il flyby del 9 settembre 2019

In base alle simulazioni fatte, per il prossimo settembre la nube di asteroidi virtuali associata a 2006 QV89 si estende per circa 13 milioni di km, ma tutti i cloni sono in prossimità e lungo l’orbita nominale.

Figura 3 – La nube di asteroidi virtuali di 2006 QV89 all’interno del sistema Terra-Luna. Sono le 00 UT del 9 settembre 2019 (plot 3D ottenuto con Celestia).

Uno dei cloni è l’asteroide vero, ma non sappiamo quale. La buona notizia è che nessun clone nel suo movimento eliocentrico colpirà la superficie terrestre. La minima distanza di circa 10.000 km fra il centro della Terra e la nube di asteroidi virtuali verrà raggiunta attorno alle 8 UT del 9 settembre 2019, poi il nostro pianeta e la nube si allontaneranno sempre di più.

Figura 4 – La nube di asteroidi virtuali mentre “sfila” al di sotto del polo sud terrestre nelle prime ore del 9 settembre 2019: In basso a sinistra è visibile la Luna (plot 3D ottenuto con Celestia)

Probabilmente, 2006 QV89 verrà riscoperto prima del flyby e potremo conoscerne la sua esatta posizione in cielo, in ogni caso la probabilità d’impatto con la Terra per il 9 settembre 2019 è zero oppure, volendo essere pignoli, inferiore a 1/11045.