BepiColombo saluta la Terra

Una visione d’artista del flyby di BepiColombo con la Terra. Crediti: Esa

L’appuntamento è per venerdì 10 aprile, alle 6:25 di mattina ora italiana: la missione BepiColombo, lanciata il 20 ottobre 2018, si avvicinerà alla Terra – arrivando a soli 12.677 km di distanza – per effettuare il primo dei nove voli ravvicinati (o flyby, in inglese) che le consentirà di rallentare leggermente la sua corsa cambiando traiettoria puntando verso il Sistema solare centrale. Obiettivo: Mercurio. Arrivo previsto: dicembre 2025 dopo un viaggio di oltre 7 anni. A causa delle misure di distanziamento sociale adottate in tutta Europa come risposta alla pandemia da nuovo coronavirus, le operazioni verranno seguite da un numero limitato di ingegneri e tecnici presso il Centro operativo spaziale europeo (Esoc) dell’ESA a Darmstadt in Germania. La missione ha visto il forte contributo dell’Italia che, grazie al supporto dell’Agenzia spaziale italiana (Asi) e al contributo scientifico dell’Istituto nazionale di astrofisica (Inaf), ha realizzato 4 dei 16 strumenti/esperimenti a bordo più una collaborazione internazionale.

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Frutto della collaborazione tra l’Agenzia spaziale europea (Esa) e l’Agenzia spaziale giapponese (Jaxa), la missione BepiColombo si compone di due sonde, l’europea Mercury Planetary Orbiter (Mpo) e la giapponese Mercury Magnetospheric Orbiter (Mmo). Le due sonde viaggiano a bordo di un modulo trasportatore, il Mercury Transfer Module (Mtm), che utilizzerà una combinazione di propulsione ionica e chimica in aggiunta a numerose spinte gravitazionali durante il lungo percorso. Oltre a quello intorno alla Terra, BepiColombo effettuerà altri due voli ravvicinati attorno a Venere e sei attorno Mercurio prima di passare alle cruciali manovre di frenata e posizionamento orbitale.

«Man mano che si avvicina l’evento del 10 aprile l’ansia cresce, tanto che in questi giorni mi è sembrato di tornare ai momenti emozionantissimi prima del lancio», commenta Valeria Mangano, ricercatrice Inaf del team scientifico di Serena, strumento a bordo di BepiColombo. «Abbiamo seriamente temuto che, a causa dell’emergenza coronavirus, questo evento potesse avvenire solo con le minime operazioni strettamente necessarie e senza strumenti accesi. Grazie al lavoro di Esoc e di Esa e all’operato in remoto dei gruppi scientifici, incluso quello dell’Inaf, tutti gli strumenti che possono prendere dati saranno operativi e faranno misure attorno alla Terra. Si tratta di un test molto importante dal punto di vista scientifico e tecnologico, perché conoscendo bene l’ambiente vicino la Terra, potremo capire se la strumentazione funziona a dovere».

«È il primo, e quindi molto importante, dei flyby della complicatissima rotta di BepiColombo verso Mercurio: ci saranno altri 2 con Venere, e poi ben 6 con Mercurio prima di raggiungere l’orbita ottimale», ricorda Raffaele Mugnuolo, capo Ufficio missioni scientifiche dell’Unità esplorazione e osservazione dell’universo di Asi, «per avviare l’osservazione scientifica del pianeta; durante questi flyby sarà verificato lo stato dei singoli strumenti e soprattutto si potranno verificare le loro capacità di osservazione in orbita».

«La data del 10 aprile rappresenta una tappa molto importante per la missione BepiColombo è lo è a maggior ragione per tutti noi», sottolinea Angelo Olivieri, di Asi e responsabile di progetto per Serena, «che per molti anni abbiamo lavorato alla realizzazione degli strumenti a bordo, affrontando con tenacia tutte le difficoltà tecnologiche che una missione così ambiziosa presentava».

Le tappe principali del viggio di BepiColombo verso Mercurio. Crediti: Esa

Come funziona un flyby: la fionda gravitazionale

Sfruttando i sorvoli e l’effetto “fionda gravitazionale” si riesce a imprimere a una sonda spaziale una spinta sufficiente per farle raggiungere più rapidamente la sua destinazione finale. Questo perché nella maggior parte dei casi, per problemi di peso al momento del lancio, le sonde non vengono equipaggiate del propellente sufficiente per arrivare direttamente sull’obiettivo prefissato, dovendo già trasportare numerosi strumenti scientifici.  Per evitare l’eccessivo dispendio di carburante, il modo più efficiente per viaggiare nel Sistema solare  è, quindi, quello di utilizzare traiettorie tangenti ai pianeti (FlyBy) per sfruttarne l’attrazione gravitazionale, il cosiddetto effetto fionda. Si tratta di una grande intuizione del professor Giuseppe (Bepi) Colombo (1920-1984) dell’Università di Padova, matematico e ingegnere famoso per i suoi importanti studi sulle orbite di Mercurio. I voli ravvicinati sfruttano la forza di gravità del pianeta per rallentare o accelerare e per modificare le traiettorie della sonda spaziale durante il suo viaggio.

BepiColombo saluta la Terra

Quando BepiColombo si avvicinerà al nostro pianeta il prossimo 10 aprile, volerà “di fronte” alla Terra da est a ovest e la sfiorerà: la vedremo a 12.700 km di distanza, meno della metà dell’altitudine dei satelliti di navigazione Galileo e circa un terzo di quelli in orbita geostazionaria. Il 9 aprile si troverà a oltre 500mila km e il giorno successivo al flyby sarà già a oltre 300mila km. Il veicolo spaziale deve ridurre la sua energia e cambiare la sua traiettoria per spostarsi verso il Sistema Solare interno, guadagnando il percorso di volo che lo porterà attorno a Venere, per le prossime spinte gravitazionali previste a ottobre 2020 e ad agosto 2021. In termini di velocità, BepiColombo guadagnerà circa 5 km/s rispetto al Sole.

Per avere un flyby di successo sono necessarie diverse manovre correttive della traiettoria (trajectory correction manoeuvers, o Tcm) eseguite nelle settimane precedenti al volo ravvicinato, a cui va aggiunta poi un’altra manovra dopo il flyby. Queste operazioni si basano sul sistema di propulsione chimica del Mercury Transfer Module, ad eccezione dell’ultima che utilizza il sistema di propulsione elettrica solare (Seps). Durante il flyby, non vengono azionati i propulsori: è la gravità a farla da padrona.

Cenni sulla missione

BepiColombo è la prima missione europea verso Mercurio, è la quinta missione cornerstone del programma Horizon 2000+ adottata dallo Science Programme Committee dell’Esa per il programma del Direttorato scientifico. È una delle missioni di esplorazione interplanetaria più ambiziose mai programmate dall’Esa. L’industria italiana ha collaborato alla realizzazione della missione, in particolare sono Leonardo e Thales Alenia Space (Thales-Leonardo). Quest’ultima è stata il subcontraente principale del satellite (costruito da Airbus Defence and Space in qualità di prime contractor) guidando le 35 aziende europee coinvolte e sviluppando i sistemi di telecomunicazione, controllo termico e distribuzione dell’energia elettrica, insieme all’integrazione e al testing del Mercury Planetary Orbiter (Mpo), del Mercury Transfer Module (Mtm) e del satellite completo sino alla conclusione della campagna di lancio. L’Agenzia spaziale italiana (Asi) ha realizzato 4 dei 16 strumenti ed esperimenti a bordo dei due orbiter, grazie al contributo della comunità scientifica italiana, tra cui i ricercatori dell’Istituto nazionale di astrofisica (Inaf) e dell’Università “La Sapienza” di Roma. A bordo del Mercury Planetary Orbiter ci sono gli esperimenti italiani Isa, Serena e Simbio-Sys, mentre More è un esperimento effettuato sulla Terra.

Là dove la tavola periodica ha solo tre caselle

Eros Vanzella indica la regione di emissione Lyman-Alpha misurata con lo strumento Muse installato al Very Large Telescope dell’Eso. Nello schermo a sinistra, è riportata la mappa di amplificazione della stessa regione. Le zone bianche sono quelle con il valore più elevato di amplificazione

La chiamano “Popolazione III”. Una popolazione mai entrata in contatto con la civiltà. Vergine. Sembra il desiderio segreto di ogni antropologo. E invece è il sogno di ogni astronomo. Perché Popolazione III – Pop III, per comodità – non è fatta di esseri umani, bensì di stelle. Stelle incontaminate. Pure. Illibate, le definiscono. Mai sfiorate da alcun elemento che non sia fra i pochi presenti nella tavola periodica primordiale, quella forgiata direttamente dal Big Bang. Vale a dire, una tavola periodica di soli tre elementi: idrogeno, elio e tutt’al più una spolverata di litio.

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Il sogno d’ogni astronomo, dicevamo. Ebbene, un team d’astrofisici guidato da Eros Vanzella e Massimo Meneghetti dell’Inaf di Bologna, scrutando le profondità del cielo con il Very Large Telescope (Vlt) dell’Eso in direzione della costellazione di Eridano, potrebbe essersi imbattuto in alcuni di questi rari esemplari di Pop III: un complesso di una dozzina di stelle massicce potenzialmente “fresche”, come si dice in gergo. Per riuscirci c’è voluta fortuna, certo. Ma soprattutto è stato necessario far ricorso a uno strumento straordinario, perché queste stelle – pur enormi e caldissime ­– sono talmente lontane da produrre una luce che giunge a noi 400 miliardi di volte più fioca di quella della stella più debole che si possa osservare a occhio nudo. Uno strumento straordinario fornito direttamente dalla natura: un ammasso di galassie di nome Macs J0416 piazzato esattamente là dove occorreva per agire, su quella dozzina di stelle, come una lente gravitazionale di potenza inaudita.

«Una lente gravitazionale forte come Macs J0416», spiega Meneghetti, «è in grado di distorcere il cielo retrostante in modo drammatico. Sorgenti molto piccole diventano spettacolari archi gravitazionali, venendo così ingrandite. Questo ingrandimento è chiamato ‘amplificazione’. Esistono delle regioni – dette linee critiche – laddove l’amplificazione diventa enorme. Non abbiamo dubbi sul fatto che la sorgente in questione si trovi proprio sopra alla linea critica di Macs J0416, e per questo la radiazione elettromagnetica che stiamo rilevando sotto forma di emissione Lyman-alpha sia almeno 40 volte più grande di quella che potremmo vedere in assenza dell’ammasso lente».

Rappresentazione artistica di un ammasso composto da stelle primordiali, appartenenti alla cosiddetta Popolazione III – Crediti: National Astronomical Observatory of Japan

Ma come se ne sono accorti, di quella dozzina di stelle? Una volta inquadrata la remota regione d’universo alle spalle della lente di Macs J0416 e al centro dello specchio del Vlt, Vanzella e colleghi hanno cominciato a interrogarla per decifrarne la composizione chimica. Usando lo spettrografo a campo integrale Muse, hanno fatto l’appello degli elementi là presenti. Partendo, ovviamente, dalla prima casella: l’idrogeno. Niente di nuovo, ne avevano già messe sotto esame tante, di regioni così. Ma questa volta la risposta è stata diversa.

«Abbiamo misurato una fortissima emissione dell’idrogeno, nota come Lyman-alpha. Talmente forte», ricorda Vanzella, «da richiedere la presenza di stelle speciali, di prima generazione – predette, ma fino a ora mai trovate. Le sole capaci di stimolare enormemente la suddetta riga spettrale. Le stelle di prima generazione – note come Pop III stars – si formano in un ambiente illibato arricchito dalla nucleosintesi primordiale degli elementi, in cui solo idrogeno, elio e qualche traccia di litio rispondono all’appello. È un’evidenza indiretta, tuttavia queste straordinarie stelle possono raggiungere una massa mille volte quella del Sole ed essere venti volte più calde, oltre ad aver dato il via alla costruzione della tabella periodica degli elementi in quella regione».

Se sono davvero stelle “illibate”, poterle studiare sarà un’esperienza emozionante: sarà come assistere ai primi passi della formazione stellare. Al momento, mettono le mani avanti gli autori dello studio, sono solo “candidate”. «La conferma definitiva che là ci siano proprio stelle di Popolazione III verrà da osservazioni dedicate con il futuro telescopio Elt da 39 metri», conclude Vanzella, «oppure, con un po’ di fortuna, con l’attuale Vlt, misurando una seconda riga chiave dell’elio come caratteristica inequivocabile della loro presenza». Servono 30 ore di osservazione, e la richiesta la inoltreremo nei prossimi giorni».

Per saperne di più:

  • Leggi su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society l’articolo “Candidate Population III stellar complex at z=6.629 in the MUSE Deep Lensed Field”, di E. Vanzella, M. Meneghetti, G. B. Caminha, M. Castellano, F. Calura, P. Rosati, C. Grillo, M. Dijkstra, M. Gronke, E. Sani, A. Mercurio, P. Tozzi, M. Nonino, S. Cristiani, M. Mignoli, L. Pentericci, R. Gilli, T. Treu, K. Caputi, G. Cupani, A. Fontana, A. Grazian e I. Balestra

Tutto l’azoto di Chury

Il nucleo della cometa 67P Churyumov-Gerasimenko, in un’immagine scattata da Rosetta. Crediti: Esa

La missione Rosetta dell’Esa ci ha fornito una vista senza precedenti del nucleo di una cometa, la ormai celebre 67/P-Churyumov-Gerasimenko. Un’importante fetta di questo merito va allo spettrometro italiano Virtis, che è riuscito a mappare la composizione superficiale di questo oggetto celeste particolarmente scuro a causa di una miscela di composti carboniosi e minerali opachi, ma anche chiazze di ghiaccio d’acqua e ghiaccio secco, ovvero biossido di carbonio solido.

C’era però ancora una traccia anomala negli spettri raccolti da Virtis che gli scienziati non erano riusciti a decifrare. Ora un team di ricercatori guidati da Oliver Poch del Cnrs, in Francia, e di cui fanno parte alcuni colleghi dell’Istituto nazionale di astrofisica, è riuscito a riprodurre in laboratorio un composto che sembra avere quelle stesse caratteristiche di emissione nell’infrarosso, proprio come registrato da Virtis su 67P. L’impronta infrarossa finora sconosciuta sarebbe dovuta, secondo il team, alla presenza di sali di ammonio, uno ione composto da quattro atomi di idrogeno e uno di azoto. I risultati di questa indagine sono riportati oggi in un articolo sulla rivista Science.

I sali di ammonio sono mescolati con la polvere scura della cometa su tutta la superficie del nucleo e la loro presenza può aumentare considerevolmente la quantità di azoto precedentemente prevista su questa cometa, ma forse anche su altri corpi celesti simili. I risultati ottenuti da Virtis – realizzato sotto la responsabilità scientifica dell’Istituto di astrofisica e planetologia spaziali dell’Inaf (principal investigator Fabrizio Capaccioni) dalla Leonardo di Campi Bisenzio (Firenze) con il contributo dell’Agenzia spaziale italiana – sono in accordo con quelli ottenuti da una altro strumento su Rosetta, lo spettrometro per ioni e atomi neutri Rosina, che ha identificato i gas prodotti dalla decomposizione dei sali di ammonio sui grani di polvere espulsi dalla cometa.

Inoltre, diversi asteroidi della fascia principale, così come vari asteroidi troiani di Giove e la stessa luna gioviana Himalia, presentano spettri con una caratteristica di assorbimento simile a quella osservata da Virtis sulla cometa 67P. Dunque è possibile che anche su quei corpi celesti siano presenti significative quantità di sali di ammonio. Questi sali possono quindi essere un anello di congiunzione riguardo la composizione di asteroidi, comete e, in ultima analisi, della nebulosa proto-solare da cui tutti noi discendiamo. A seconda di come, quando e dove si formano, i sali di ammonio potrebbero influenzare la chimica dell’azoto nelle diverse fasi del ciclo cosmico della materia. Questi sali potrebbero iniziare a formarsi nei manti di ghiaccio depositati sui grani di polvere nelle fasi pre-stellari o proto-planetarie, quindi potrebbero influenzare la coagulazione dei grani durante i processi di accrescimento degli embrioni planetari, e avrebbero anche potuto fornire l’azoto ai pianeti interni del Sistema solare, favorendo così l’insorgenza di processi chimici prebiotici.

«L’individuazione dei sali di ammonio, ottenuta contemporaneamente dagli strumenti Virtis e Rosina usando tecniche indipendenti tra loro, ci ha permesso di risolvere un’anomalia riscontrata in precedenza nei dati della composizione gassosa della 67P, che appare impoverita di azoto rispetto alle abbondanze tipiche osservate nel Sistema solare. Questi risultati mostrano invece come l’azoto cometario sia presente nello stato solido sotto forma di sali ammoniati e pertanto non sia rilevabile in forma gassosa nella chioma», spiega Gianrico Filacchione dell’Istituto nazionale di astrofisica a Roma, che ha partecipato all’analisi dei dati di Virtis.

«Lo studio pubblicato oggi ha permesso di identificare la presenza di sali di ammonio sulla cometa 67/P, scoperta molto interessante perché l’ammonio è un importante tracciatore per comprendere l’evoluzione chimico-fisica della cometa. Riempie di soddisfazione vedere come la sonda Rosetta, e in particolare lo strumento italiano Virtis, stanno un poco alla volta fornendo informazioni sempre più dettagliate sulla cometa 67/P aiutandoci a capire meglio le fasi iniziali del processo di formazione planetaria», ricorda Eleonora Ammannito, ricercatrice Asi per le tematiche legate all’esplorazione del Sistema solare.

Per saperne di più:

  • Leggi ssu Science l’articolo “Ammonium salts are a reservoir of nitrogen on a cometary nucleus and possibly on some asteroids”, di Olivier Poch, Istiqomah Istiqomah, Eric Quirico, Pierre Beck, Bernard Schmitt, Patrice Theulé, Alexandre Faure, Pierre Hily-Blant, Lydie Bonal, Andrea Raponi, Mauro Ciarniello, Batiste Rousseau, Sandra Potin, Olivier Brissaud, Laurène Flandinet, Gianrico Filacchione, Antoine Pommerol, Nicolas Thomas, David Kappel, Vito Mennella, Lyuba Moroz, Vassilissa Vinogradoff, Gabriele Arnold, Stéphane Erard, Dominique Bockelée-Morvan, Cédric Leyrat, Fabrizio Capaccioni, Maria Cristina De Sanctis, Andrea Longobardo, Francesca Mancarella, Ernesto Palomba e Federico Tosi

Stelle in altalena, sulla cresta dell’onda galattica

Modello di evoluzione per il disco della nostra Galassia (superficie in movimento). Al passare del tempo, il ‘warp’ (ovvero la deformazione verticale) presente nelle parti esterne si muove ad una velocità di 10 chilometri al secondo per chiloparsec, che corrisponde a una rotazione completa attorno al centro della Galassia (croce al centro della superficie in movimento) di 600-700 milioni di anni. Il puntino nero sulla superficie mostra il moto medio delle stelle attorno al centro Galattico (alla posizione dove oggi si trova il Sole), con un periodo di circa 220 milioni di anni

Come la sterminata superficie di un lago, il disco di stelle della nostra galassia è attraversato da una sterminata onda che lo deforma. Ora un team di ricercatori guidati da Eloisa Poggio dell’Istituto nazionale di astrofisica è riuscito a misurare la velocità con cui si propaga quest’onda ruotando attorno al centro galattico, ricavando per essa un valore pari a circa un terzo della velocità con cui si spostano le stelle del disco nel loro moto di rotazione. L’onda viaggia molto rapidamente, probabilmente come conseguenza dell’interazione con un’altra galassia vicina che potrebbe essere avvenuta nel recente passato della Via Lattea – o essere addirittura ancora in corso. I risultati del lavoro, pubblicato su Nature Astronomy, sono stati ottenuti analizzando i dati accuratissimi dei moti stellari raccolti dalla missione spaziale Gaia dell’Esa, che vede un’importante partecipazione italiana con l’Inaf e l’Asi (Agenzia spaziale italiana) che partecipano al Data Processing and Analysis Consortium (Dpac).

In un contesto cosmologico, il disco di una galassia può subire perturbazioni e torsioni da una grande varietà di sollecitazioni, come possibili accrescimenti di materiale, dalla forza esercitata dall’alone di materia oscura che la circonda o  dall’interazione con galassie satelliti. Quindi, il disco di una galassia può essere deformato – e pertanto formare quello che gli addetti ai lavori chiamano un warp galattico. Lo studio dei warp può quindi fornire informazioni fondamentali sulla storia evolutiva della galassia stessa. Anche la Via Lattea, come molte altre galassie a spirale, presenta un warp, che può essere studiato in grande dettaglio grazie al fatto che il nostro Sistema solare è immerso nel disco galattico, e che possiamo quindi studiare il moto delle singole stelle che lo compongono. Con i dati di Gaia presenti nel catalogo Dr2, i ricercatori hanno avuto accesso a una mole senza precedenti di dati di altissima precisione. Gaia ha misurato le posizioni sulla volta celeste e i movimenti su di essa per oltre 1.3 miliardi di stelle, raggiungendo anche stelle molto deboli.

Il team ha quindi potuto ricostruire le posizioni e le velocità delle stelle per una buona porzione del disco della nostra galassia, raggiungendo distanze di 25 mila anni luce dal Sole. Grazie all’estensione spaziale e alla precisione delle misure del campione osservativo, è stato possibile mettere a confronto i dati con dei modelli cinematici in grado di simulare l’evoluzione nel tempo di questa deformazione del disco galattico. I risultati escludono che il disco deformato risulti immobile nel tempo, avvalorando lo scenario di una sua rotazione attorno al centro della galassia, con una velocità che corrisponde circa a un terzo della velocità angolare della rotazione galattica alla posizione del Sole e con lo stesso verso di percorrenza.

Ronald Drimmel ed Eloisa Poggio

«Secondo il nostro modello, le stelle della nostra galassia stanno “planando” sul warp, come dei surfisti cavalcano le onde del mare», commenta Poggio, dell’Inaf di Torino, prima autrice dell’articolo pubblicato su Nature Astronomy. «Con i dati di Gaia Dr2 abbiamo misurato che il warp si sta muovendo a una velocità angolare di 10 chilometri al secondo per chiloparsec. L’elevata velocità angolare suggerisce che il warp sia dovuto a un’interazione recente o ancora in atto con una galassia satellite».

Se confrontata con modelli dinamici già elaborati da altri gruppi di ricerca, questa velocità risulta essere molto elevata e compatibile con uno scenario in cui la deformazione del disco galattico sia stato provocato da un’interazione recente o ancora in atto con una galassia satellite della Via Lattea. I risultati del lavoro indicano che le forze esterne provenienti dalle interazioni con le galassie satelliti svolgono un ruolo significativo – e ancora in atto – nei moti di stelle e gas nelle regioni esterne del disco galattico, come già indicato da altri risultati. I dati di Gaia Dr2 segnano una vera a propria rivoluzione per lo studio della nostra galassia, fornendo un’occasione senza precedenti di analizzare la Via Lattea “dall’interno”, confrontando i nostri modelli con le posizioni e le velocità delle stelle che la compongono.

«Non posso essere più contento del risultato», ribadisce Ronald Drimmel, sempre dell’Inaf di Torino e coautore dello studio. «Inizialmente eravamo sorpresi che la velocità di precessione del warp fosse così grande. Questo risultato già in sé chiarisce la natura dinamica del warp della nostra galassia, finora un grande mistero che ha ispirato molte teorie in passato. Adesso abbiamo una nuova domanda: potrebbe essere la galassia nana del Sagittario la causa del warp, oppure un’altra ancora?»

Per saperne di più:

Guarda il servizio video su MediaInaf Tv:

Alma e Rosetta sulle tracce del fosforo

Questa infografica mostra i risultati chiave di uno studio che ha rivelato la traccia interstellare del fosforo, uno dei mattoni costitutivi della vita. Crediti: Alma (Eso/Naoj/Nrao), Rivilla et al.; Eso/L. Calçada; Esa/Rosetta/NavCam; Mario Weigand, www.SkyTrip.de

«La vita è apparsa sulla Terra circa 4 miliardi di anni fa, ma non conosciamo ancora i processi che l’hanno resa possibile», dice Víctor Rivilla, autore principale di un nuovo studio pubblicato oggi dalla rivista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. I nuovi risultati di Alma (Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array), di cui l’Osservatorio europeo australe (Eso) è partner, e dello strumento Rosina a bordo di Rosetta mostrano che il monossido di fosforo è un elemento chiave nel rompicapo sull’origine della vita.

Con la potenza di Alma, che ha permesso uno sguardo dettagliato nella regione di formazione stellare Afgl 5142, gli astronomi sono stati in grado di individuare i luoghi in cui si formano molecole contenenti fosforo, come il monossido di fosforo. Nuove stelle e sistemi planetari sorgono in regioni, simili a nubi, formate da gas e polvere sparsi tra le stelle, rendendo queste nubi interstellari i luoghi ideali da cui iniziare la ricerca dei mattoni costitutivi della vita.

Le osservazioni Alma hanno mostrato che le molecole che contengono fosforo vengono create quando si formano stelle massicce. Flussi di gas da stelle giovani e massicce scavano cavità nelle nubi interstellari. Le molecole contenenti fosforo si formano sulle pareti della cavità, attraverso l’azione combinata di urti e radiazioni della giovane stella. Gli astronomi hanno anche dimostrato che il monossido di fosforo è la molecola più abbondante sulle pareti della cavità, tra tutte le molecole contenenti fosforo.

Dopo aver cercato questa molecola nelle regioni di formazione stellare con Alma, il gruppo europeo è passato a un oggetto del Sistema Solare: l’ormai famosa cometa 67P/Churyumov–Gerasimenko. L’idea era di seguire le tracce di questi composti contenenti fosforo. Se le pareti della cavità collassano per formare una stella, in particolare una non particolarmente massiccia, come il Sole, il monossido di fosforo può congelarsi e rimanere intrappolato nei granelli di polvere ghiacciata che rimangono intorno alla nuova stella. Ancor prima che la stella sia completamente formata, i granelli di polvere si uniscono per formare sassolini, rocce e infine comete, che diventano così trasportatori di monossido di fosforo.

Rosina, acronimo che sta per Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis, ha raccolto dati da 67P per due anni, mentre Rosetta era in orbita intorno alla cometa. Gli astronomi avevano già trovato tracce di fosforo nei dati di Rosina, ma non sapevano di quale molecola si trattasse. Kathrin Altwegg, principal investigator di Rosina e co-autrice del nuovo studio, ha avuto un suggerimento su quale potesse essere questa molecola dopo essere stata avvicinata a una conferenza da un’astronoma che studiava con Alma le regioni di formazione stellare: «Mi disse che il monossido di fosforo sarebbe un candidato molto probabile, quindi sono tornata a verificare i nostri dati ed eccolo lì!».

La regione di formazione stellare Afgl 5142vista da Alma. Crediti: Alma (Eso/Naoj/Nrao), Rivilla et al.

Questo primo avvistamento del monossido di fosforo su una cometa aiuta gli astronomi a stabilire una connessione tra le regioni di formazione stellare, dove la molecola viene creata, fino alla Terra.

«La combinazione dei dati di Alma e di Rosina ha rivelato una sorta di filo chimico durante l’intero processo di formazione stellare, in cui il monossido di fosforo svolge il ruolo dominante», spiega Rivilla, ricercatore all’Osservatorio astrofisico di arcetri dell’Inaf, l’Istituto nazionale di astrofisica italiano.

«Il fosforo è essenziale per la vita come la conosciamo», aggiunge Altwegg. «Dato che le comete hanno probabilmente fornito grandi quantità di composti organici alla Terra, il monossido di fosforo trovato nella cometa 67P potrebbe rafforzare il legame tra le comete e la vita sulla Terra».

Questo affascinante viaggio ha potuto essere documentato grazie alla collaborazione tra astronomi. «Il rilevamento del monossido di fosforo è stato chiaramente ottenuto grazie a uno scambio interdisciplinare tra telescopi sulla Terra e strumenti nello spazio», commenta Altwegg.

Leonardo Testi, astronomo dell’Eso e responsabile europeo delle operazioni di Alma, conclude: «Comprendere le nostre origini cosmiche, tra cui quanto siano comuni le condizioni chimiche favorevoli all’emergenza della vita, è uno dei temi principali dell’astrofisica moderna. Mentre Eso e Alma si concentrano sulle osservazioni di molecole in giovani sistemi planetari distanti, l’esplorazione diretta dell’inventario chimico all’interno del Sistema solare è resa possibile dalle missioni Esa, come Rosetta. La sinergia tra le strutture terrestri e spaziali all’avanguardi a livello mondiale, attraverso la collaborazione tra Eso ed Esa, è una risorsa preziosa per i ricercatori europei e consente scoperte rivoluzionarie come quella riportata in questo articolo».

Fonte: comunicato stampa Eso

Per saperne di più:

Magic apre una nuova era nell’astronomia gamma

Rappresentazione artistica di un’esplosione cosmica che origina un lampo di raggi gamma sovrapposta allo scorcio di uno dei due telescopi gemelli Magic. Crediti: Gabriel Pérez Díaz, Iac

Grazie a un lavoro di squadra perfetto, che ha coinvolto telescopi spaziali e sulla Terra nonché centinaia di ricercatori in tutto il mondo, è stato possibile registrare, per la prima volta in assoluto, fotoni di altissima energia emessi da un lampo di raggi gamma (Grb) – il risultato di una potentissima esplosione cosmica –registrato il 14 gennaio 2019. A captare questi fotoni, che hanno raggiunto energie dell’ordine del teraelettronvolt, ovvero migliaia di miliardi di volte più elevate di quelli della luce visibile, sono stati i telescopi gemelli Magic sulle isole Canarie. Fondamentale per la scoperta – della quale avevamo dato un’anticipazione a caldo proprio qui su Media Inaf – è stato il contributo scientifico italiano, con l’Istituto nazionale di astrofisica (Inaf), l’Istituto nazionale di fisica nucleare (Infn), l’Agenzia spaziale italiana (Asi) e varie università. I risultati vengono pubblicati oggi in due articoli sulla rivista Nature.

Storia breve di Grb 190114C

Il 14 gennaio scorso, come dicevamo, un Grb è stato scoperto in modo indipendente dai telescopi a bordo di due satelliti: il Neil Gehrels Swift Observatory e il Fermi Gamma-ray Space Telescope. «L’evento mostrava una forte emissione sia nei raggi X che in ottico, e questo ci suggeriva si trattasse di un Grb esploso abbastanza vicino e sicuramente interessante», dice Valerio D’Elia dello Space science data center dell’Asi. «L’evento osservato», ricorda Francesco Longo, dell’Università e dell’Infn di Trieste, «è stato chiamato Grb 190114C e le sue coordinate, che ne identificavano la posizione in cielo tra le costellazioni dell’Eridano e della Fornace, sono state distribuite via internet agli astronomi di tutto il mondo in 22 secondi dal rilevamento dell’esplosione».

A ricevere l’allerta c’erano i telescopi a terra – come il telescopio robotico dell’Inaf Rem, situato in Cile, che ha colto l’emissione ottica – e gli scienziati della collaborazione internazionale Magic, che gestisce due telescopi a luce Cherenkov, ognuno con specchio del diametro di 17 m, situati sull’isola di La Palma, alle Canarie (Spagna). I telescopi Magic sono stati concepiti per rispondere rapidamente alle allerte Grb, e inoltre hanno una strategia di follow-up dedicata. «Un sistema automatico elabora in tempo reale le allerte Grb dai satelliti e fa in modo che i telescopi Magic puntino rapidamente la posizione del Grb in cielo», spiega Antonio Stamerra dell’Inaf di Roma, co-portavoce della collaborazione Magic. «I telescopi sono stati progettati per puntare rapidamente, nonostante il peso di 64 tonnellate ciascuno, qualsiasi regione di cielo e possono farlo in poche decine di secondi. Nel caso del Grb 190114C, Magic è stato in grado di iniziare l’osservazione circa 30 secondi dopo l’arrivo dell’allerta Grb da parte dei satelliti, cioè circa 50 secondi dopo la rivelazione del fenomeno».

Dopo il puntamento in direzione del Grb 190114C, i telescopi Magic hanno captato per la prima volta i fotoni di più alta energia mai misurati per questo tipo di eventi celesti. Un risultato senza precedenti, che fornisce nuove informazioni fondamentali per la comprensione dei processi fisici in atto nei Grb. I fotoni rivelati da MAGIC devono infatti avere origine da un processo finora non legato alla radiazione prodotta negli afterglow dei Grb (un’emissione di luce osservabile a tutte le lunghezze d’onda che si affievolisce nel tempo) e che è distinto dal processo fisico responsabile della emissione dei Grb stessi alle energie più basse.

«L’analisi dei dati risultanti per le prime decine di secondi di osservazione rivela l’emissione di fotoni che raggiungono le energie del teraelettronvolt (TeV), cioè un trilione di volte più energetici della luce visibile», dice Alessio Berti dell’Infn di Torino. «Durante questo lasso di tempo, l’emissione di fotoni TeV dal Grb 190114C è stata cento volte più intensa della sorgente celeste più brillante conosciuta a queste energie: la Nebulosa del Granchio. Tra i vari record registrati dal Grb 190114C c’è dunque anche quello di essere la sorgente più brillante di fotoni conosciuta a queste energie». Sebbene l’emissione fino alle energie del TeV nei Grb fosse stata prevista in alcuni studi teorici, essa era rimasta finora inosservata nonostante le numerose ricerche svolte negli ultimi decenni con vari strumenti che lavorano a queste energie, tra cui Magic.

Le tante facce di una potentissima esplosione

I fotoni di altissima energia sono stati osservati da Magic fino a mezz’ora dopo l’esplosione del Grb per cui, grazie sia all’intensità del segnale ricevuto che alla procedura di analisi dei dati in tempo reale disponibile all’osservatorio, è stato possibile comunicare entro poche ore dall’osservazione alla comunità astronomica internazionale la scoperta del primo inequivocabile rilevamento di fotoni di altissima energia da un Grb. Questa comunicazione ha messo in evidenza l’importanza di questo evento astronomico e ha dato luogo a una vasta campagna di osservazioni di follow-up a tutte le lunghezze d’onda del Grb 190114C da parte di oltre due dozzine di osservatori o strumenti dalla banda radio alle energie TeV. In particolare, le osservazioni ottiche hanno consentito una misurazione della distanza dal Grb 190114C di circa 7 miliardi di anni luce.

Grb 190114C visto da terra e dallo spazio. Gabriel Pérez Díaz, Iac

«L’osservazione alle varie lunghezze d’onda, che coprono tutto lo spettro elettromagnetico dal radio ai raggi gamma, è di fondamentale importanza perché i fotoni che arrivano a noi con energie diverse spesso sono emessi da regioni diverse e trasportano informazioni differenti», spiega Marco Tavani dell’Inaf di Roma, responsabile della missione per astronomia gamma Agile, che ha osservato l’evento nell’istante dello scoppio e in quelli immediatamente successivi. «In particolare, poter osservare il fenomeno alle energie più alte è da sempre stato un obiettivo della ricerca in questo settore in quanto i fotoni di più alta energia ci portano informazioni dalle regioni più vicine all’origine del fenomeno».

Tutte le osservazioni effettuate – tra cui quelle degli astronomi dell’Inaf, che con vari telescopi ottici sparsi in giro per il mondo hanno seguito per giorni il fenomeno – offrono una panoramica multifrequenza molto completa per questo evento e forniscono le prove inequivocabili che l’emissione di alta energia osservata da Magic è originata da un ulteriore, distinto processo di emissione nell’afterglow finora mai osservato. «Dalla nostra analisi, il candidato favorito per spiegare l’emissione di altissima energia è il cosiddetto processo di Compton inverso, in cui i fotoni ricevono l’energia osservata da una popolazione di elettroni di energia ancora più alta che sono stati accelerati dall’esplosione», dice Lara Nava dell’Inaf Milano. «Viceversa i fotoni di più bassa energia che si osservano negli afterglow sono originati dal cosiddetto processo di sincrotrone in cui i fotoni osservati sono invece generati dall’interazione tra elettroni e campi magnetici».

Dopo oltre 50 anni dalla prima scoperta dei Grb, molti aspetti di questo fenomeno rimangono ancora misteriosi. Tuttavia, uno studio comparativo di tutte le precedenti osservazioni Grb di Magic suggerisce che Grb 190114C non è stato un evento particolarmente singolare, se non per la sua relativa vicinanza, e che il successo dell’osservazione si deve alle eccellenti prestazioni dello strumento. «Magic ha aperto una nuova finestra per studiare i Grb», osserva Lucio Angelo Antonelli dell’Inaf di Roma, responsabile Inaf presso la collaborazione Magic. «I nostri risultati indicano che siamo sicuramente in grado di rilevare molti più Grb alle energie TeV sia con Magic che con gli strumenti Cherenkov di nuova generazione».


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Guarda su MediaInaf Tv la versione italiana del video del MAGIC outreach team:

 

Struttura italiana per il Giant Magellan Telescope

Rappresentazione artistica del futuro Giant Magellan Telescope. Crediti: Gmto Corporation

Il Gruppo italiano Camozzi, tramite la società interamente controllata Ingersoll Machine Tools che ha sede a Rockford (Illinois), ha siglato un accordo – in collaborazione con Mt Mechatronics, con sede a Magonza (Germania) – con Gmto, l’ente che si occupa di promuovere la realizzazione del Giant Magellan Telescope (Gmt) per conto dei suoi fondatori statunitensi e internazionali, per la costruzione della struttura di precisione in acciaio del telescopio.

Il Gmt è un osservatorio a infrarossi di ultima generazione con diametro 24,5 metri pensato per esplorare le frontiere dell’astronomia cercando evidenze di forme di vita oltre il Sistema solare e in grado di cambiare la storia delle esplorazioni spaziali. Il telescopio sarà collocato all’Osservatorio Las Campanas, nel deserto di Atacama, in Cile.

Ingersoll Machine Tools – spiega il Gruppo Camozzi – produrrà, assemblerà e testerà il meccanismo di precisione di acciaio da 1.300 tonnellate che dovrà sostenere la parte ottica e gli specchi del Gmt e che seguirà il movimento dei corpi celesti tenendone traccia. Mt Mechatronics sarà responsabile invece della progettazione, della meccanica e del sistema di controllo del telescopio. La struttura del telescopio sarà testata dalla Ingersoll prima di essere consegnata ed installata all’osservatorio Gmt nelle remote Ande Cilene.

Il valore totale dell’accordo – riporta Askanews – ammonta a 135 milioni di dollari, il più grande investimento realizzato a oggi da Gmto, arrivato al termine di una gara competiviva mondiale. «Siamo felici di lavorare per creare un apparato scientifico esclusivo e rivoluzionario per lo studio del cosmo profondo», ha dichiarato Lodovico Camozzi, presidente e amministratore delegato di Camozzi Group. «Il progetto riempie di orgoglio e motiva tutti noi di Camozzi ed è un importante riconoscimento alle tecnologie più avanzate del nostro gruppo. Siamo inoltre soddisfatti di essere stati prescelti in una competizione fra i gruppi più importanti a livello internazionale».

«La costruzione della struttura del telescopio è uno degli step principali da intraprendere per la costruzione del Giant Magellan Telescope», ha affermato Robert N. Shelton, presidente di Gmto. «Abbiamo scelto Ingersoll Machines Tools e Mt Mechatronics per la loro grande specializzazione nella produzione di complesse strutture di precisione e nell’eccellenza dimostrata nella realizzazione qualitativa e temporale, dopo due anni di competizione a livello globale», ha aggiunto James Fanson, project manager di Gmto.

La struttura del telescopio manterrà in posizione i sette specchi giganti del Gmt quando metteranno a fuoco la luce di stelle e galassie distanti perché possa essere analizzata dalla strumentazione scientifica collocata all’interno del telescopio. Gli specchi, i più grandi al mondo, sono realizzati al Richard F. Caris Mirror Lab dell’Università dell’Arizona. La struttura del telescopio completa di specchi e di tutta la strumentazione peserà 2.100 tonnellate e galleggerà su un film d’olio spesso solo 50 micron, che ne garantirà il movimento senza attrito per compensare la rotazione terrestre e seguire i corpi celesti nel loro arco attraverso il cielo. Questa tecnologia “idrostatica” applicata a tali strutture fu brevetta vari anni fa da Innse, azienda del Gruppo Camozzi, riconosciuta a livello mondiale per questa tecnologia. Con il suo design unico, il Gmt produrrà immagini che nella sezione infrarossa dello spettro avranno una risoluzione dieci volte superiore a quelle dello Hubble Space Telescope.

«Sarà un giorno speciale quando la struttura del Gmt sarà completata e posizionata in Cile, parte di uno fra i progetti più complessi e affascinati per la comunità scientifica mondiale», ha detto Chip Storie, Ceo di Ingersoll Machine Tools. L’accordo tra Gmto e Ingersoll Machine Tools richiederà 9 anni di lavoro e 1300 tonnellate di acciaio. La struttura sarà consegnata in Cile alla fine del 2025 e dovrebbe essere pronta per il posizionamento degli specchi nel 2028.

«Già nel 2016 l’Eso aveva aggiudicato al consorzio industriale italiano Ace un contratto da 400 milioni di euro per la costruzione dell’Extremely Large Telescope, il più grande telescopio al mondo», ricorda Nichi D’Amico, presidente dell’Istituto nazionale di astrofisica. «E ancora prima, per citare uno dei grandi telescopi concepiti dall’Inaf, la montatura metallica da oltre 900 tonnellate del Large Binocular Telescope, in Arizona, fu costruita proprio dalla Ansaldo Camozzi: un parallelepipedo alto 25 metri, largo 18 e profondo 12, che era valso al gruppo italiano una importante commessa».

«La partecipazione del Paese alle grandi sfide tecnologiche dell’astrofisica moderna è ormai un asset consolidato di prestigio internazionale», continua il presidente D’Amico, «importanti commesse per la realizzazione di questi impianti sono appannaggio ormai da diversi anni delle aziende italiane, con un ritorno economico per il Paese che supera largamente il capitale pubblico investito in questa disciplina, oltre che generare innovazione».

«Oggi è il turno del Giant Magellan Telescope, commissionato all’azienda italiana dal Consorzio scientifico e accademico americano che ne ha promosso la realizzazione. Non possiamo che esprimere soddisfazione per questo ulteriore successo. Ci congratuliamo con il Gruppo Camozzi, è un successo che continua ad affermare il ruolo di prestigio del Paese in un settore a elevatissimo contenuto tecnologico della scienza moderna. Il circuito industriale nazionale è in prima linea nella realizzazione di questi impianti; l’Inaf è fra i primi Enti al mondo nello sviluppo delle tecnologie e della scienza di riferimento, e questo vuol dire fare sistema», conclude D’Amico.

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Tre milioni di dollari ai “fotografi“ del buco nero

Elisabetta Liuzzo (sx) e Kazi Rygl (dx). Crediti: Media Inaf

Il premio Breakthrough 2020 per la Fisica fondamentale è stato assegnato alla collaborazione dell’Event Horizon Telescope (Eht) “per la prima immagine di un buco nero supermassiccio grazie a una rete di telescopi su scala globale”. Nel team che verrà ufficialmente premiato il 3 novembre prossimo all’Ames Research Center della Nasa a Mountain View, in California, fanno parte le ricercatrici dell’Istituto nazionale di astrofisica (Inaf) Elisabetta Liuzzo e Kazi Rygl.

Giunto alla sua ottava edizione, il Breakthrough Prize, noto come “Oscar della scienza”, premia ogni anno le ricerche e le scoperte più importanti nelle scienze della vita, nella fisica e nella matematica. I soci finanziatori della Breakthrough Prize Foundation sono Sergey Brin, Priscilla Chan, Mark Zuckerberg, Ma Huateng, Yuri e Julia Milner, Anne Wojcicki. Considerato il premio scientifico più generoso al mondo, ogni Breakthrough Prize ammonta a 3 milioni di dollari. Questo importo verrà equamente ripartito tra i 347 scienziati che hanno firmato i sei articoli scientifici pubblicati dalla collaborazione Eht il 10 aprile 2019.

Elisabetta Liuzzo è raggiante: «La notizia del premio è stata inaspettata e sorprendente! Costituisce l’ennesima conferma dei traguardi incredibili che più di trecento persone possono raggiungere insieme. È un onore essere parte di questa collaborazione internazionale e un privilegio aver avuto l’opportunità di contribuire a questi risultati». Le fa eco Kazi Rygl: «È fantastico aver ottenuto questo riconoscimento pubblico facendo ciò che ci piace. Un raggiungimento straordinario per la nostra collaborazione che premia lo sforzo di tanti scienziati ed ingegneri appassionati sparsi in tutto il globo. Ad meliora et maiora semper

«È con grande soddisfazione che apprendiamo questa notizia, sia per l’importante risvolto scientifico di questo risultato, sia soprattutto per il suo rilievo tecnologico: il Breakthrough Prize è infatti un premio alle innovazioni che portano svolte radicali, e l’Inaf anche in questo caso è protagonista, confermando ancora una volta le sue eccellenze a livello internazionale» sottolinea il presidente dell’Istituto nazionale di astrofisica, Nichi D’Amico.

Il buco nero supermassiccio al centro di Messier 87. Crediti: The Event Horizon Telescope

L’Event Horizon Telescope è un gruppo di otto radiotelescopi da Terra che opera su scala planetaria, nato grazie a una collaborazione internazionale e progettato con lo scopo di catturare le immagini di un buco nero. Obiettivo che è stato raggiunto e presentato il 10 aprile scorso, quando è stata mostrata al pubblico la prima immagine di un buco nero supermassiccio, quello al centro di Messier 87, un’enorme galassia situata nel vicino ammasso della Vergine. Questo buco nero dista da noi 55 milioni di anni luce e ha una massa pari a 6,5 miliardi e mezzo di volte quella del Sole.

L’Inaf ha un importante coinvolgimento nella rivoluzionaria osservazione come parte del progetto europeo BlackHoleCam (Bhc), il cui project Scientist è l’italiano Ciriaco Goddi, già in forza all’Inaf e attualmente ricercatore presso la Radboud University nei Paesi Bassi, nonché segretario del consiglio scientifico del consorzio Eht. Elisabetta Liuzzo e Kazi Rygl dell’Istituto nazionale di astrofisica a Bologna sono due ricercatrici del nodo italiano dell’Alma Regional Centre, uno dei sette che compongono la rete europea che fornisce supporto tecnico-scientifico agli utenti di Alma, e che è ospitato proprio presso la sede dell’Inaf – Istituto di radioastronomia a Bologna. Nel 2018 entrambe sono entrate a far parte del progetto Bhc finanziato dall’Erc come partner del progetto Eht, e fanno a tutti gli effetti parte dell’Event Horizon Telescope Consortium, in cui sono membri dei gruppi di lavoro che si occupano di calibrazione e imaging. A completare la squadra italiana coinvolta nel progetto Eht ci sono Luciano Rezzolla, astrofisico della Goethe University di Francoforte nonché principal investigator di BlackHoleCam, e Mariafelicia De Laurentis, dell’Università Federico II di Napoli e associata Infn.

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Osservati i primi istanti di vita di una kilonova

Rappresentazione artistica di due stelle di neutroni piccolissime, ma molto dense, sul punto di fondersi e esplodere come kilonova. Crediti: Eso/L. Calçada/M. Kornmesser

Gw 170817 non smette di sorprenderci. Grazie a quella prima rilevazione di un’onda gravitazionale generata durante la fusione di due stelle di neutroni e associata a un breve e debole lampo gamma, è stato possibile “rileggere” i dati riferiti a un lampo gamma osservato nell’agosto 2016, trovando nuove prove della nascita di una kilonova che sarebbe passata inosservata durante le osservazioni iniziali.

Lo studio, pubblicato oggi sulla rivista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, è stato realizzato da un team guidato dall’italiana Eleonora Troja, ricercatrice del Dipartimento di astronomia dell’Università del Maryland, e vede Roberto Ricci dell’Inaf di Bologna, Andrea Tiengo e Giovanni Novara della Scuola universitaria superiore Iuss di Pavia e associati all’Inaf, tra i co-autori.

Gli astronomi ipotizzano che buona parte dell’oro e del platino presenti sulla Terra si siano formati come risultato di antiche kilonove nate dalla collisione di stelle di neutroni. La fusione rilevata nel 2017 degli osservatori per onde gravitazionali Ligo e Virgo ha dato origine a una kilonova, fornendo la prima prova convincente che le kilonove producono grandi quantità di metalli pesanti e confermando le previsioni teoriche.

Sulla base dei dati rilevati nell’evento del 2017, gli astronomi hanno iniziato a capire meglio come una kilonova dovrebbe apparire a chi la osserva da terra. Troja e il suo team hanno quindi riesaminato i dati riferiti a un lampo di raggi gamma esploso nell’agosto 2016 trovando le tracce di una kilonova che erano sfuggite a una prima analisi delle osservazioni iniziali.

Eleonora Troja, prima autrice dello studio, ricercatrice all’Università di Maryland, e Roberto Ricci, ricercatore all’Inaf  di Bologna

«L’evento del 2016 è stato molto entusiasmante. Era vicino e visibile da tutti i principali telescopi, compreso il telescopio spaziale Hubble della Nasa e dell’Esa. Ma non corrispondeva alle nostre previsioni: ci aspettavamo di vedere l’emissione infrarossa diventare sempre più brillante nell’arco di diverse settimane», dice Eleonora Troja, che ha anche un incarico anche presso il Goddard Space Flight Center della Nasa. «Dieci giorni dopo l’evento, non era rimasto quasi nessun segnale. Eravamo tutti molto delusi. Poi, a un anno di distanza, si è verificato l’evento rilevato con Ligo e Virgo. Abbiamo guardato i nostri vecchi dati con occhi nuovi e ci siamo resi conto di aver visto una kilonova nel 2016. I due eventi coincidevano quasi perfettamente. I dati a infrarossi per entrambi gli eventi hanno luminosità simili ed esattamente la stessa scala temporale».

Secondo Troja, le informazioni raccolte nel corso dell’evento del 2016 non contengono così tanti dettagli quanto le osservazioni dell’evento rilevato da Ligo e Virgo, ma a fare la differenza è la copertura delle prime ore dell’evento, che manca nelle osservazioni dell’evento del 2017. Quei dati hanno rivelato nuove e importanti informazioni sulle prime fasi di vita di una kilonova. Il team ha potuto osservare per la prima volta il nuovo oggetto prodotto dopo la collisione, che non era visibile nei dati dell’evento Ligo/Virgo.

Il Neil Gehrels Swift Observatory della Nasa ha iniziato infatti a monitorare l’evento del 2016, noto come Grb 160821B, a pochi minuti dalla sua rilevazione. Questo ha permesso al gruppo di ricerca di raccogliere nuove informazioni non disponibili per l’evento Ligo/Virgo, che ha avuto inizio solo 12 ore dopo la collisione iniziale.

Le somiglianze tra i due eventi suggeriscono che anche la kilonova del 2016 sia nata dalla fusione di due stelle di neutroni. Le kilonove potrebbero anche essere l’esito della fusione di un buco nero e di una stella di neutroni, ma non è noto se un tale evento potrebbe dare una firma diversa nelle osservazioni a raggi X, infrarossi, radio e luce visibile.

«Il residuo potrebbe essere una stella di neutroni ipermassiva altamente magnetizzata, nota come magnetar, che è sopravvissuta alla collisione e poi è collassata in un buco nero», dice Geoffrey Ryan, postdoctoral fellow dello Joint Space-Science Institute (Jsi), anche lui in forze al Dipartimento di astronomia dell’Università del Maryland e co-autore dell’articolo. «Questo è interessante perché la teoria suggerisce che una magnetar dovrebbe rallentare o addirittura arrestare la produzione di metalli pesanti, che è l’origine della luce infrarossa di una kilonova. La nostra analisi suggerisce che i metalli pesanti sono in qualche modo in grado di sfuggire all’influenza dell’oggetto residuo».

«L’analisi dei dati di questo evento si inserisce nel solco degli studi fatti a seguito di Gw 170817 e arricchisce la nostra comprensione di come avvengono queste grandi esplosioni cosmiche. Il mio ruolo è stato l’analisi dei dati radio del Very Large Array da cui è risultata visibile l’emissione di uno shock inverso nel getto del lampo gamma, non sempre rivelabile in osservazioni di follow-up», sottolinea Roberto Ricci, co-autore dello studio in forze all’Inaf di Bologna.

Il gruppo della Scuola universitaria superiore Iuss di Pavia, che collabora da diversi anni su questi temi con l’Inaf, si è invece occupato dell’analisi dei dati del satellite dell’Esa Xmm-Newton, che hanno permesso di studiare l’emissione di raggi X fino a circa 10 giorni dopo il lampo gamma. «Le osservazioni con Xmm-Newton, insieme a quelle ottenute nella banda radio, sono state fondamentali per caratterizzare l’emissione generata dal getto del lampo gamma, che contamina pesantemente l’emissione della kilonova nella banda ottica e infrarossa. Solo così è stato possibile studiare un segnale davvero pulito», aggiunge Andrea Tiengo.

Troja e i suoi colleghi prevedono di applicare quanto appreso per rivalutare gli eventi passati, migliorando al contempo il loro approccio alle osservazioni future. Sono stati identificati diversi eventi candidati con osservazioni in banda ottica, ma la scienziata è più interessata a eventi che abbiano una forte firma nell’infrarosso, indicatore spia della produzione di metalli pesanti.

«Il segnale infrarosso molto luminoso di questo evento lo rende la kilonova più chiaramente osservata nell’universo lontano», conclude Troja. «Sono molto interessata a come le proprietà della kilonova cambino in base ai diversi progenitori e ai residui finali. Osservando un numero maggiore di questi eventi, possiamo imparare che ci sono molti tipi diversi di kilonove tutti nella stessa famiglia, come sappiamo già essere per le supernove. È davvero entusiasmante poter costruire le nostre conoscenze in tempo reale».

Per saperne di più:

  • Leggi su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society l’articolo “The afterglow and kilonova of the short GRB 160821B, di E. Troja, A. J. Castro-Tirado, J. Becerra González, Y. Hu, G. S. Ryan, S. B. Cenko, R. Ricci, G. Novara, R. Sánchez-Rámirez, J. A. Acosta-Pulido, K. D. Ackley, M. D. Caballero García, S. S. Eikenberry, S. Guziy, S. Jeong, A. Y. Lien, I. Márquez, S. B. Pandey, I. H. Park, T. Sakamoto, J. C. Tello, I. V. Sokolov, V. V. Sokolov, A. Tiengo, A. F. Valeev, B. B. Zhang e S. Veilleux

Quel disco che non t’aspetti attorno al buco nero

Rappresentazione artistica del tenue disco attorno al buco nero centrale della galassia Ngc 3147. Crediti: Esa/Hubble, M. Kornmesser

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 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».

La galassia a spirale Ngc 3147, distante 130 milioni di anni luce da noi, in tutto il suo splendore. Crediti: Esa/Hubble & Nasa, A. Riess et al.

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».

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