Parco giochi stellare nella nube di Perseo

Protagonista di questa immagine – ripresa dallo Spitzer Space Telescope della Nasa – è la nube molecolare di Perseo, un complesso di gas e polvere che si estende per oltre 500 anni luce all’interno del Braccio di Orione, ad appena 1000 anni luce dal Sistema solare, in direzione della costellazione di Perseo, da cui prende il nome. Sede di un’abbondanza di giovani stelle, ha attirato l’attenzione degli astronomi per decenni, e Spitzer non poteva non dare un’occhiata con i suoi potenti occhi infrarossi.

La nube molecolare di Perseo, un complesso di gas e polvere che si estende per oltre 500 anni luce, ospita un’abbondanza di giovani stelle. In questa immagine è stata ripresa dallo Spitzer Space Telescope della Nasa. Situata ai margini della Costellazione del Perseo, la nube si trova a circa mille anni luce dalla Terra. Crediti: Nasa/Jpl-Caltech.

Lo strumento Spitzer Multiband Imaging Photometer (Mips) ha catturato questa immagine durante la cold mission di Spitzer, iniziata nel 2003 e terminata nel 2009, quando a bordo è finito l’elio, il liquido che serviva per raffreddare il telescopio spaziale e consentire agli strumenti di funzionare a bassissime temperature. Da quel momento è iniziata la warm mission di Spitzer, che utilizza due moduli della InfraRed Array Camera (Irac) la cui sensibilità non è stata deteriorata dall’esaurimento dell’elio.

La luce infrarossa non può essere vista dall’occhio umano, ma tutti gli oggetti caldi, dai corpi umani alle nubi di polvere interstellare, la emettono. Le radiazioni infrarosse emesse dalla polvere generano gran parte del bagliore evidente nella nube molecolare di Perseo. Grappoli di stelle, come quelli presenti vicino al lato sinistro dell’immagine, emettono ancora più luce infrarossa e illuminano le nubi circostanti come il Sole illumina un cielo nuvoloso al tramonto. Gran parte della polvere vista in questa zona emette poca o nessuna luce visibile (in effetti, la polvere blocca la luce visibile) e viene quindi rivelata più chiaramente con osservatori a infrarossi come Spitzer.

Questa immagine mostra la posizione e le dimensioni apparenti della nube molecolare di Perseo nel cielo notturno. Situata ai margini della costellazione di Perseo, il complesso di gas e polvere si trova a circa 1000 anni luce dalla Terra e ha un’estensione di circa 500 anni luce. Crediti: Nasa/Jpl-Caltech

Sul lato destro dell’immagine c’è un gruppo luminoso di giovani stelle noto come Ngc 1333, che Spitzer ha osservato più volte. Si trova a circa 1000 anni luce dalla Terra. Sembra lontano, ma in realtà è molto vicino rispetto alle dimensioni della nostra galassia, il cui diametro è di circa 100mila anni luce. La vicinanza di Ngc 1333 e le forti emissioni a infrarossi l’hanno resa ben visibile agli astronomi già dai tempi in cui sono stati utilizzati i primi strumenti a infrarossi. Alcune delle sue stelle furono osservate per la prima volta a metà degli anni ’80 con l’Infrared Astronomical Survey (Iras), una missione congiunta tra Nasa, Regno Unito e Paesi Bassi. Iras è stato il primo telescopio spaziale a infrarossi e ha osservato il cielo a lunghezze d’onda infrarosse bloccate dall’atmosfera terrestre, regalandoci la prima vista in assoluto dell’universo a quelle lunghezze d’onda.

Su Ngc 1333 sono stati scritti più di 1200 articoli, ed è stata studiata in altre lunghezze d’onda della luce da numerosi satelliti, incluso lo Hubble Space Telescope, che rileva la luce per lo più visibile, e l’osservatorio a raggi X Chandra della Nasa. Molte giovani stelle dell’ammasso stanno espellendo enormi quantità di materiale – lo stesso materiale che forma la stella – nello spazio. Quando il materiale viene espulso, si riscalda e si scontra con il mezzo interstellare circostante. Questi fattori fanno irradiare i getti in modo molto brillante e possono essere visti molto bene dagli astronomi, che nel complesso riescono ad avere una visione chiara di come le stelle passano da un’adolescenza a volte turbolenta all’età adulta, più calma.

Altri ammassi di stelle visibili al di sotto di Ngc 1333 sono circondati da un affascinante mistero: sembrano contenere stelle neonate, adolescenti e adulte. Secondo Luisa Rebull, astrofisica dell’Infrared Science Archive della Nasa che ha studiato Ngc 1333 e alcuni degli ammassi sottostanti, un mix così fitto ed eterogeneo in termini di età è estremamente raro. Sebbene molte stelle possano formarsi insieme in gruppi ristretti, invecchiando tendono a spostarsi sempre più lontano, e vedere stelle di età così differenti così vicine fra loro fa sorgere qualche dubbio. «Questa regione», dice Rebull, «ci sta indicando che c’è qualcosa che non abbiamo ancora capito sulla formazione stellare».

Immagine annotata della nube molecolare di Perso, fornita dallo Spitzer Space Telescope della Nasa, che mostra la posizione di vari ammassi stellari, tra cui Ngc 1333. Crediti: Nasa/Jpl-Caltech

Dalle prime osservazioni di Iras, i nuovi strumenti caratterizzati da una sensibilità molto migliore hanno permesso di svelare alcuni dei misteri della regione. Il 30 gennaio 2020 la Nasa manderà in pensione lo Spitzer Space Telescope, ma la sua eredità ha spianato la strada ai prossimi osservatori spaziali, tra cui il James Webb Space Telescope, che osserverà nell’infrarosso e permetterà agli astronomi di addentrarsi in questa regione e scorgerne particolari che miglioreranno ulteriormente la comprensione dell’universo.

Per saperne di più sullo Spitzer Space Telescope:

Materia oscura? È là dove stelle si vanno a posare

Luce intracluster nel cluster Abell S1063. Crediti: Nasa/Esa/Hubble Space Telescope

In un articolo pubblicato su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society vengono esposti i risultati di uno studio realizzato grazie ai dati raccolti dal telescopio spaziale Hubble della Nasa/Esa nell’ambito del programma Frontier Fields. I dati sono stati letti applicando un metodo che gli autori dello studio hanno definito “rivoluzionario”, perché permetterebbe di rilevare la materia oscura presente negli ammassi di galassie in modo più preciso rispetto a qualunque altro metodo a oggi noto. Un metodo che potrà, dunque, aiutarci ad esplorare la sua natura misteriosa.

«Abbiamo trovato un modo per “vedere” la materia oscura», dice Mireia Montes della University of New South Wales, in Australia, prima firmataria dello studio. «Abbiamo scoperto che la debole luce negli ammassi di galassie, la luce all’interno dell’ammasso, mappa la distribuzione della materia oscura».

La luce intracluster – all’interno degli ammassi – è un sottoprodotto delle interazioni tra galassie. In pratica, nel corso di queste interazioni, singole stelle vengono in qualche modo “strappate via” dalla propria galassia e prendono a fluttuare all’interno dell’ammasso, finché non vanno a posarsi nella regione in cui si trova la maggior parte della massa del cluster, che per lo più sarebbe composta di materia oscura.

«Queste stelle hanno una distribuzione identica a quella della materia oscura», spiega Montes, «almeno per quanto la tecnologia che abbiamo a disposizione ci permette di studiare». Lo studio dimostra che la luce all’interno dell’ammasso, proveniente dalle stelle isolate che si depositano negli spazi in cui la materia oscura è presente, sarebbe correlata alla materia oscura, tracciandone la distribuzione in modo più accurato di ogni altro metodo basato sui traccianti luminosi finora utilizzato.

Questa immagine di Hubble mostra il cluster MACS J0416.1–2403. Uno dei 6 studiati dal programma Frontier Fields.
Crediti: Nasa/Esa/Hubble Space Telescope

Il metodo presentato da Montes utilizza solo immagini di campo profondo. Questo significa che, con il nuovo metodo, è possibile studiare un numero maggiore di ammassi in rapporto allo stesso tempo di osservazione.

«Se la materia oscura fosse in qualche modo “auto-interagente”, potremmo rilevare delle piccole deviazioni nella sua distribuzione rispetto a questo debole bagliore stellare», sottolinea Ignacio Trujillo dell’Instituto de Astrofísica de Canarias, in Spagna, co-autore dello studio. «Attualmente tutto ciò che è noto della materia oscura è che sembra interagire con la materia “normale” solo da un punto di vista gravitazionale. Se scoprissimo che essa in qualche modo “auto-interagisce”, potremmo tracciare meglio i caratteri della sua identità».

Per ora gli autori hanno già in programma di ampliare il campione di sei cluster analizzato, per testare l’accuratezza del loro metodo. Bisognerà poi attendere il confronto con i risultati su ulteriori ammassi di galassie che saranno realizzati da altri gruppi di ricerca applicando lo stesso metodo, per aggiungere dati in modo da confermare o meno i risultati.

Sarà anche interessante applicare il metodo proposto da questo gruppo per analizzare i dati ottenuti dalle osservazioni che saranno fatte con strumenti ancora più sensibili. Il James Webb Space Telescope, di prossimo lancio, potrà osservare la debole luce presente tra i vari ammassi nell’universo più remoto, e chissà che non si riesca davvero finalmente a far luce sulla materia oscura.

Per saperne di più:

Hubble scopre l’acqua sul bollente Wasp-39b

Rappresentazione artistica dell’esopianeta Wasp-39b, che è otto volte più vicino alla sua stella, Wasp-39, rispetto alla distanza che separa Mercurio il nostro Sole. Il pianeta completa un’orbita in soli quattro giorni. I dati sono stati ottenuti da Hubble. Crediti: Nasa, Esa, and G. Bacon (StscI)

Lo studio delle atmosfere degli esopianeti è uno degli obiettivi del James Webb Space Telescope, appena sarà attivo (verrà lanciato nel 2019). Fino ad allora, ci penserà il buon fidato telescopio orbitante Hubble di Nasa ed Esa a regalarci scoperte e sorprese sugli oggetti celesti lontani dal nostro Sistema solare. L’esopianeta Wasp-39b si trova a 700 anni luce da noi, ha una massa simile a quella di Saturno e orbita attorno a una stella (Wasp-39) simile al Sole ogni quattro giorni. Hubble e altri telescopi orbitanti e terrestri, come Spitzer e il Vlt dell’Eso, hanno unito le forze per studiare nel dettaglio questo “saturniano caldo”, scoprendo una traccia molto ambita nella sua atmosfera: H2O, cioè acqua. Il merito della scoperta va a un gruppo di ricercatori che ha prodotto lo spettro più completo di un’atmosfera esoplanetaria con gli strumenti attualmente a disposizione.

«Wasp-39b mostra che gli esopianeti sono pieni di sorprese e possono avere composizioni molto diverse da quelle del nostro Sistema solare», ha spiegato David Sing, co-autore dello studio e ricercatore presso l’Università di Exeter, Regno Unito.

Molto simile a Saturno per alcuni aspetti, ma al tempo stesso diverso: Wasp-39b non ha un sistema di anelli attorno a sé, ed è dotato di un’atmosfera priva di nuvole di alta quota. Questa specifica caratteristica ha permesso a Hubble di “tuffarsi” (virtualmente) nella sua atmosfera studiandone le caratteristiche. Si tratta di un pianeta molto particolare, e dato che non ce ne sono di simili nel Sistema solare, Wasp-39b può fornire nuova linfa allo studio della formazione planetaria.

Gli esperti avevano previsto da tempo di poter trovare acqua nell’atmosfera di questo “saturniano caldo”, ma la scoperta li ha lasciati ugualmente senza parole. Poiché il Wasp-39b presenta le tracce di una quantità maggiore di acqua rispetto al nostro Saturno (ben tre volte), i due pianeti vengono da due percorsi formativi differenti. La quantità di acqua indica che il pianeta si è effettivamente sviluppato lontano dalla stella, dove è stato bombardato da materiale ghiacciato che è penetrato letteralmente nell’atmosfera. Wasp-39b deve poi aver viaggiato stoicamente verso la sua stella, probabilmente annientando altri oggetti planetari nel suo percorso. Almeno è così che epicamente lo immaginano i ricercatori che hanno partecipato allo studio pubblicato lo scorso dicembre su The Astronomical Journal. 

Analizzando lo spettro di questo pianeta, gli esperti hanno trovato vapore acqueo. Crediti: Nasa, Esa, G. Bacon and A. Feild (STScI), and H. Wakeford (STScI/Univ. of Exeter)

Studiando a fondo gli spettri degli elementi presenti nell’atmosfera di questo pianeta, gli esperti hanno trovato tracce di vapore acqueo. Seguendo le impronte lasciate dall’acqua, i ricercatori hanno poi dedotto la presenza di una grande quantità di elementi più pesanti nell’atmosfera.

La prima autrice del paper, Hannah Wakeford dell’Università Exeter e del Space Telescope Science Institute, ha commentato entusiasta: «Gli esopianeti ci mostrano che la formazione planetaria è più complicata di quanto pensassimo. E questo è fantastico!».

La distanza tra Wasp-39b è otto volte minore rispetto a quella che separa Mercurio dal Sole e venti volte minore rispetto a quella Terra-Sole. L’orbita del pianeta segue una rotazione sincrona, cioè mostra sempre la stessa “faccia” al suo astro (come accade alla Luna con la Terra). Nonostante ciò, la temperatura superficiale del lato diurno e di quello notturno sono quasi simili: oltre i 750 gradi. Questo perché i venti solari trasporterebbero l’immenso calore anche sul lato non esposto, il cosiddetto lato oscuro.

Per saperne di più:

  • Leggi su The Astronomical Journal l’articolo “The Complete transmission spectrum of WASP-39b with a precise water constraint“, di Hannah R. Wakeford, David K. Sing, Drake Deming, Nikole K. Lewis, Jayesh Goyal, Tom J. Wilson, Joanna Barstow, Tiffany Kataria, Benjamin Drummond, Thomas M. Evans, Aarynn L. Carter, Nikolay Nikolov, Heather A. Knutson, Gilda E. Ballester e Avi M. Mandell