Là dove si riversa il gas si nascondono pianeti

Illustrazione artistica del disco protoplanetario di gas e polveri attorno alla giovane stella Hd 163296. Crediti: Robin Dienel, Carnegie Institution for Science

I dischi circumstellari che circondano le giovani stelle sono vere e proprie culle planetarie. Strutture nelle quali prendono forma i nuovi mondi che andranno poi a formare il futuro sistema planetario. Sono dunque le strutture ideali da studiare per comprendere i processi di formazione planetaria.

Le immagini ottenute a partire dai dati dell’array di telescopi Alma, in Cile, mostrano diverse strutture formate da questi dischi di gas e polveri. Materia distribuita uniformemente tranne in alcuni punti, dove sono presenti i cosiddetti gaps: solchi nella trama di questi dischi. Cosa c’è dentro a queste “tane discali”? L’ipotesi degli scienzati è che contengano pianeti in formazione. Un’ipotesi già verificata in numerosi studi e ulteriormente validata in quello condotto da un team di scienziati guidato da Richard Teague, dell’università del Michigan, pubblicato oggi su Nature.

Ciò che gli astronomi hanno fatto per arrivare a questa conclusione, oltre a studiare le polveri del disco, è stato analizzare il comportamento del gas – il 99 per cento della massa del disco protoplanetario – sfruttando le potenzialità delle antenne dell’array di telescopi Alma di captare la luce a lunghezza d’onda millimetrica emessa dal monossido di carbonio, uno dei gas che costituiscono il disco.

In particolare, utilizzando i dati ottenuti da Alma nell’ambito del progetto Disk Substructures at High Angular Resolution,  Teague e colleghi hanno determinato le velocità di rotazione nelle tre dimensioni dei gas attorno al disco di Hd 163296, giovane e studiatissima (qui tre articoli su Media Inaf) stella di massa circa doppia di quella del Sole situata a 330 anni luce dalla Terra. E hanno trovato una variazione nella velocità di rotazione del gas in tre diverse posizioni: a 87, 140 e 237 unità astronomiche.

Tre siti nei quali, per la prima volta, è stata osservata una cascata del gas dagli strati superiori verso il centro del disco protoplanetario. Una cascata di gas la cui esistenza è stata suggerita da modelli teorici già dagli anni ’90.

«Ciò che probabilmente accade è che un pianeta in orbita attorno alla stella sposta il gas e la polvere, aprendo un varco», dice Teague. «Il gas al di sopra del solco così prodotto collassa al suo interno come una cascata, dando origine a un flusso rotazionale di gas lungo il disco».

Crediti: Nrao/Aui/Nsf, B. Saxton

Per verificare se i solchi potessero realmente ospitare pianeti in formazione, i ricercatori si sono avvalsi di simulazioni ottenute utilizzando il modello computazionale di un sistema stellare. Ebbene, i risultati indicano che le cascate di gas osservate possono essere spiegate dalla presenza di tre pianeti con masse pari alla metà, all’equivalente e al doppio della massa di Giove rispettivamente per il solco più vicino, a 87 unità astronomiche, il mediano, a 140 unità astronomiche, e il più distante, a 237 unità astronomiche.

L’osservazione delle cascate di gas – oltre a offrire un’ulteriore conferma dell’esistenza, intorno ad Hd 163296, di pianeti che si stanno formando – contribuisce anche a spiegare l’origine dell’atmosfera dei giganti gassosi.

«I pianeti si formano nello strato intermedio del disco, il cosiddetto piano mediano: un luogo freddo», spiega Teague, «protetto dalle radiazioni della stella. Pensiamo che i solchi causate dai pianeti portino gas più caldo dagli strati esterni – chimicamente più attivi – del disco verso l’interno, e che sia questo gas a formare l’atmosfera planetaria».

«Ora abbiamo un quadro molto più completo della formazione dei pianeti rispetto a quello che immaginavamo», osserva Ted Bergin, coautore dello studio. «Caratterizzando questi flussi possiamo comprendere la formazione di pianeti come Giove e descrivere la loro composizione chimica alla nascita».

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Cometa Borisov, aliena ma non troppo

Immagine composita a due colori della cometa 2I/Borisov catturata dal telescopio Gemini Nord il 10 settembre 2019. L’immagine è stata ottenuta con otto esposizioni da 60 secondi, quattro in bande verdi e quattro in bande rosse. Crediti: Gemini Observatory/Nsf/Aura

Viene da regioni remote dell’universo, ma a guardarla sembra una di noi. Nonostante la sua origine interstellare, quanto a colore, dimensioni e forma la cometa “aliena” 2I/Borisov – scoperta il 20 agosto 2019 dall’astrofilo Gennadiy Borisov – sembra in tutto e per tutto simile a una qualsiasi altra cometa attiva del Sistema solare. Lo conferma un articolo – il primo paper su 2I/Borisov pubblicato su una rivista scientifica – apparso oggi su Nature Astronomy.

Guidato dagli astronomi Piotr Guzik e Michał Drahus della Jagiellonian University di Cracovia, in Polonia, lo studio è firmato, fra gli altri, anche da un giovane astronomo di Roma attualmente in Olanda per il dottorato, il 28enne Giacomo Cannizzaro. Amante dell’arrampicata sportiva e dello sci – «anche se nella piatta Olanda non sono sport facili da praticare», dice a Media Inaf – e  appassionato di cruciverba, che si fa regolarmente spedire dall’Italia, Cannizzaro ha da sempre avuto voglia di partire e fare un’esperienza di vita all’estero. «Un collega più grande, che viveva in Olanda, me ne aveva parlato molto bene, facendomi venire un po’ la fissazione di venirci a vivere – nonostante non l’avessi mai neanche visitata. Quando ho ricevuto l’offerta di lavoro, non me lo sono fatto dire due volte! Una scelta anche di carattere lavorativo: qui la ricerca in astronomia è molto ben finanziata e di alto livello, e mi consente di viaggiare – cosa che adoro – partecipando a conferenze e andando a osservare in Cile e alle Canarie». Ed è proprio dalle Canarie che Cannizzaro ha partecipato in prima persona all’osservazione della cometa.

Con quali telescopi e su quali dati avete condotto la vostra ricerca? 

«Le immagini con le quali è stata studiata la cometa provengono da due grandi telescopi: Gemini North sull’isola di Mauna Kea – alle Hawaii, di 8.2 metri di diametro – e il William Herschel Telescope sull’isola di La Palma – parte delle isole Canarie, di 4.2 metri di diametro. Gli strumenti  impiegati sono stati il Gemini Multi-Object Spectrograph per Gemini North l’Auxiliary-port Camera per il William Herschel Telescope».

Giacomo Cannizzaro, 28 anni, romano, laurea in astrofisica alla Sapienza e oggi in Olanda – al Netherlands Institute for Space Research (Sron) e alla Radboud University – per il PhD, è uno dei coautori dello studio pubblicato su Nature Astronomy

Quando li avete acquisiti?

«Ero al lavoro al William Herschel Telescope per effettuare osservazioni di possibili emettitori di onde gravitazionali, quando abbiamo ricevuto la chiamata da Michal, la mattina del 10 settembre, alle ore 3 circa, che ci chiedeva di sacrificare parte del nostro tempo per osservare il nuovo visitatore interstellare. Data l’eccezionalità della scoperta, abbiamo deciso di effettuare le osservazioni. Se la chiamata fosse arrivata i giorni successivi, non avremmo potuto osservare la cometa, visto che abbiamo ricevuto ben due segnali di onde gravitazionali».

Il vostro è il primo articolo sulla cometa 2I/Borisov pubblicato su una rivista scientifica. Come avete fatto a conciliare un’uscita così rapida con i passaggi farraginosi del processo di peer review?

«Sì, il nostro paper è il primo pubblicato sulla cometa. Abbiamo dovuto ovviamente bilanciare il desiderio di pubblicare la scoperta il più presto possibile con lo scrivere un articolo scientificamente completo. Dopo un primo passaggio di revisione, abbiamo ampliato il campione di dati e l’articolo è stato accettato per la pubblicazione. Il processo di peer review è stato molto veloce».

Ci può tracciare un rapido identikit di questo visitatore interstellare?

«Il nucleo della cometa ha un diametro di circa 1 km e presenta una chioma estesa e una coda corta e poco luminosa, entrambe provocate dalla sublimazione delle polveri e del ghiaccio della cometa, grazie alla radiazione solare. L’orbita è estremamente eccentrica, tanto da non lasciar dubbio sulla provenienza extra-solare della cometa. La sua velocità all’ingresso nel Sistema solare era di circa 33 km/s. Al momento abbiamo poche informazioni sulla composizione della cometa: da osservazioni preliminari si è scoperta emissione di cianuro – cosa comune ad altre comete, compresa quella di Halley – ma l’oggetto si sta avvicinando a noi e nei prossimi mesi verranno effettuate numerose osservazioni che ci permetteranno di studiarlo più a fondo».

Eccentricità dell’orbita a parte, cosa la distingue da una cometa “indigena”?

«Quasi nulla! Sulla base dei dati che abbiamo al momento, la cometa Borisov risulta essere molto simile alle comete “native” del nostro sistema solare, in termini di luminosità, colore, dimensione».

Ma siete proprio certi che arrivi dall’esterno del Sistema solare?

«Siamo convinti che 2I/Borisov sia un visitatore interstellare: l’alta eccentricità dell’orbita è una prova sufficientemente sicura della provenienza extra-solare della cometa: infatti quest’orbita non può essere stata causata da perturbazioni gravitazionali dovute ai pianeti del nostro sistema solare, visto che la cometa viaggia su una direzione lontana dal piano orbitale degli altri pianeti».

E da dove proviene?

«La cometa è entrata nel Sistema solare dalla direzione di Cassiopea».


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Via Lattea, galassia ladra

Schema del ciclo del gas in ingresso e in uscita al di sopra e al di sotto il disco stellare. Crediti: Nasa, Esa e D. Player (Stsci)

La Via Lattea è una ladra: succhia il carburante ad altre galassie. Alle sue vicine più piccole, per giunta. Come se il proprietario di un grosso suv se ne andasse notte tempo a rubare benzina dai serbatoi delle utilitarie del parcheggio condominiale. Una vicenda che non ci fa onore, ricostruita in un articolo in uscita su The Astrophysical Journal e firmato da un team guidato da Andrew Fox dello Space Telescope Science Institute.

Il “carburante”, nel caso della Via Lattea, è il gas. Immense nubi di gas necessarie alla formazione delle nuove generazioni di stelle. Gas che esce dai confini della nostra galassia sospinto dal vento stellare e dalle esplosioni di supernove. Per poi rientrare – per effetto della gravità – quando la situazione si fa più tranquilla. Gli astronomi si sono però accorti che non è un gioco a somma zero: gli ingressi superano le uscite. Il gas che arriva è più di quello che se ne va.

Ma quanto di più? E da dove arriva, quello in eccedenza? Rispondere non è stato semplice: le nubi di gas sono invisibili, come il vento. Dunque non c’è modo di tracciare i loro spostamenti semplicemente osservandole. Gli autori dello studio hanno però trovato un escamotage: le hanno “illuminate” con la luce dei quasar presenti sullo sfondo. Le nubi di gas assorbono infatti alcune particolari frequenze dei potenti fasci di radiazione elettromagnetica emessi dai quasar, e questo assorbimento lascia delle tracce. In particolare, Fox e colleghi si sono concentrati sull’impronta lasciata dal silicio: una firma spettroscopica osservabile dal telescopio spaziale Hubble in ultravioletto.

Se i quasar fossero alberi autunnali, le tracce rilevate nell’arco di dieci anni – circa duecento osservazioni, dal 2009 a oggi – dallo strumento Cos (Cosmic Origins Spectrograph) di Hubble sarebbero le foglie nel vento: guardandole volteggiare è possibile non solo “vedere” il vento, ma anche capire in che direzione soffia. È ciò che hanno fatto Fox e colleghi misurando lo spostamento della riga spettrale del silicio generato dall’effetto doppler: verso il rosso quando il gas si allontana, verso il blu quando fa rientro nella galassia.

Ed è così che, ripercorrendo l’elenco dei movimenti, si sono accorti che le entrate superano le uscite. Ma da dove arriva il gas inatteso? Una possibile spiegazione è che il surplus provenga dal mezzo intergalattico. Fox e il suo team sospettano, però, che la Via Lattea stia anche razziando i “conti correnti” di altre galassie del vicinato: le sue piccole galassie satelliti, appunto. Risucchiando dunque – grazie alla sua considerevole attrazione gravitazionale – il gas in esse presenti. L’indagine non è però terminata: per una risposta definitiva, dovrà essere condotta anche su altre galassie, ed estesa all’analisi dei movimenti non solo del gas freddo – com’è stato fatto in quest’occasione – ma anche di quello più caldo.

Per saperne di più:

  • Leggi il preprint dello studio in uscita su The Astrophysical Journal “The Mass Inflow and Outflow Rates of the Milky Way”, di Andrew J. Fox, Philipp Richter, Trisha Ashley, Timothy M. Heckman, Nicolas Lehner, Jessica K. Werk, Rongmon Bordoloi e Molly S. Peeples

 

Saturno batte Giove 82 lune a 79

Illustrazione artistica delle 20 lune appena scoperte in orbita attorno a Saturno. Lune che portano il conteggio totale a 82, superando il record di 79 posseduto sino ad ora da Giove. Crediti illustrazione: Carnegie Institution for Science. Crediti immagine di Saturno: Nasa/ Jpl-Caltech / Space Science Institute. Crediti sfondo stellato: Paolo Sartorio / Shutterstock

Un altro “colpo grosso” dal team di Scott Sheppard della Carnegie Institution for Science: dopo le dodici lune scoperte attorno a Giove nel 2017, ne arrivano altre venti. Questa volta tutte individuate attorno al sesto pianeta del Sistema solare, il gigante gassoso Saturno. Lune che, insieme alle 62 già scoperte, portano a 82 il numero di satelliti naturali del pianeta, superando il primato detenuto da Giove di 79 lune. Una scoperta compiuta utilizzando il telescopio Subaru dell’osservatorio di Mauna Kea, nelle Hawaii.

Le lune osservate – i cui nomi provvisori vanno da S/2004 S20 a S/2004 S39 – hanno tutte un diametro inferiore ai cinque chilometri. Tre di esse, S/2004 S 24, S/2004 S29, ed S/2004 S31 ruotano attorno al pianeta con un movimento progrado, cioè nella stessa direzione di rotazione del pianeta intorno al proprio asse. Due impiegando due anni per compiere un giro completo, una impiegandone addirittura tre. Le altre 17 orbitano invece il gigante gassoso in modo retrogrado, ovvero il loro moto di rivoluzione è opposto al moto di rotazione del pianeta. Le lune sono raggruppate in tre differenti cluster a seconda del grado di inclinazione dell’asse di rotazione rispetto al piano orbitale – un parametro conosciuto con il nome di inclinazione assiale. In particolare, due delle nuove lune prograde scoperte, S/2004 S29 ed S/2004 S31, con una inclinazione di  circa 46 gradi, si inseriscono nel cosiddetto gruppo Inuit di lune esterne, e secondo gli scienziati potrebbero essere grossi frammenti di una grande luna frantumata in un lontano passato. La terza luna prograda, S/2004 S 24, ha una inclinazione di 36 gradi, simile a quella di altre lune prograde interne a Saturno appartenenti al gruppo Gallico. La luna, tuttavia, orbita lontano dal pianeta, indicando che potrebbe essere stata spinta verso l’esterno nel corso del tempo o, nonostante il valore dell’inclinazione, non essere associata al raggruppamento. Le restanti 17 , tutte con moto retrogrado, hanno inclinazioni simili alle altre lune retrograde precedentemente scoperte, suggerendo che anche esse possano essere “frammenti” di una più grande luna madre. Queste lune apparterebbero ad un altro gruppo, quello Nordico, contenente satelliti con inclinazioni comprese tra i 136 e 175 gradi. Tra queste ultime, con un semiasse maggiore di 26 milioni di chilometri, S/2004 S 26 è la luna più lontana conosciuta ad oggi di Saturno.

Immagini della scoperta di S/2004 S 26, ad oggi la più lontana luna conosciuta di Saturno. Nelle due immagini, le stelle e le galassie di sfondo non si muovono, mentre la luna saturniana appena scoperta, evidenziata con una barra arancione, mostra uno spostamento. Crediti: Scott Sheppard

«Questo tipo di raggruppamento di lune esterne è visibile anche attorno a Giove», spiega a questo proposito Sheppard, «il che indica che si siano verificate violente collisioni tra lune nel sistema saturniano o con oggetti esterni come asteroidi o comete di passaggio». Collisioni che si sarebbero verificate in un’epoca posteriore alla formazione del pianeta. «Quando il Sistema solare era giovane», continua Sheppard, «il Sole era circondato da un disco rotante di gas e polvere da cui sono nati i pianeti. Si ritiene che un simile disco di gas e polvere circondasse Saturno durante la sua formazione. Il fatto che queste nuove lune ora scoperte siano state in grado di continuare a orbitare attorno a Saturno dopo la rottura delle loro lune madri indica che queste collisioni si sono verificate dopo che il processo di formazione del pianeta era per lo più completo e i dischi non erano più un problema».

Dischi di gas e polveri che secondo i ricercatori spiegherebbero come S/2004 S 24 possa essere stata spinta verso l’esterno: se una quantità significativa di gas o polvere fosse stata presente quando una luna più grande si è spezzata, dando origine a questi frammenti, l’attrito tra le lune più piccole così prodotte e il gas e la polvere avrebbe potuto “spararla” lontano dal pianeta.

«Studiare le orbite di queste lune può rivelare le loro origini», osserva il ricercatore, «così come fornire informazioni sulle condizioni nei dintorni di Saturno al momento della sua formazione. Utilizzando alcuni dei più grandi telescopi del mondo, stiamo completando l’inventario delle piccole lune attorno ai pianeti giganti. Esse hanno un ruolo cruciale nell’aiutarci a determinare come si sono formati ed evoluti i pianeti del Sistema solare».

Ma torniamo ai nomi delle lune: nomi provvisori, come detto in apertura. Ebbene, per consentire a chiunque di proporre ui nomi definitivi, fino al 6 dicembre prossimo è aperto il contest Name Saturn Moon. Partecipare è semplice: basta decidere un nome – seguendo delle semplici regole che trovate alla pagina del contest – e twittarlo a @SaturnLunacy, indicando il motivo della scelta. E non dimenticate l’hashtag: #NameSaturnsMoons.

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Juno si prepara al salto dell’ombra di Giove

Giuno è la missione della Nasa il cui obiettivo è quello di studiare in dettaglio Giove, il quinto pianeta del Sistema solare. Lanciata nel 2011, dopo un viaggio nello spazio profondo lungo cinque anni nel luglio del 2016 Juno è entrata in un’orbita di 53 giorni che percorre a una velocità dalla quale non si era mai discostata di molto.

Questa gif animata mostra il punto di vista di Juno durante il flyby di Giove del 3 novembre prossimo a seguito della manovra propulsiva effettuata il primo ottobre scorso per evitare l’eclissi. Il Sole è il punto giallo che si alza appena a sinistra del pianeta. Crediti: Nasa/Jpl-Caltech/Swri

Lo scorso primo ottobre, però, è stato necessario farlo. Il veicolo spaziale ha infatti eseguito con successo una manovra propulsiva durata quasi 11 ore – straordinariamente lunga per gli standard della missione – necessaria affinché per il prossimo flyby che ci regalerà, previsto per il 3 novembre prossimo, non sia anche l’ultimo. Senza questa manova, infatti, Juno si sarebbe trovata nel cono d’ombra d’una lunga eclissi di Sole – lunga al punto da poter risultare fatale per quello che è il primo veicolo alimentato a energia solare che si trovi a operare così lontano dal Sole. Dodici ore all’ombra di Giove: tanto sarebbe durata l’oscurità in assenza di un intervento. Un tempo che avrebbe comportato l’esaurimento della batteria, con il conseguente congelamento del veicolo e la probabile entrata in un sonno profondo dal quale non sarebbe stato più in grado di svegliarsi.

La manovra, iniziata alle 01:46 ora italiana e terminata intorno all’ora di pranzo dello stesso giorno, ha richiesto circa 73 kg di carburante e ha permesso di aumentare la velocità orbitale di Juno di 203 Km/h. Un burn – così si chiama in gergo una manovra orbitale – durato cinque volte più a lungo di qualsiasi altro effettuato nel corso della missione.

«Con il successo di questo burn», dice Scott Bolton, principal investigator di Juno al Southwest Research Institute di San Antonio, «siamo sulla buona strada per saltare l’ombra del 3 novembre. È stata una soluzione incredibilmente creativa a quella che sembrava una geometria fatale. Le eclissi non sono generalmente amiche di un veicolo spaziale a energia solare. Ora, invece di preoccuparmi del suo congelamento, non vedo l’ora di vedere la prossima scoperta scientifica che Giove ha in serbo per Juno»

«La pianificazione della missione pre-lancio non prevedeva una lunga eclissi che avrebbe fatto precipitare nell’oscurità il nostro veicolo spaziale ad energia solare», aggiunge Ed Hirst, project manager di Juno al Jet Propulsion Laboratory della Nasa a Pasadena, in California. «Il fatto che abbiamo potuto pianificare ed eseguire la manovra necessaria mentre operavamo nell’orbita di Giove è una testimonianza dell’ingegnosità e dell’abilità del nostro team, insieme alla straordinaria capacità e versatilità del veicolo spaziale».

«Con la manovra si è evitato l’altissimo rischio di perdere la sonda dietro il pianeta nel corso l’eclissi che avverrà durante il passaggio ravvicinato dell’orbita 23», conferma a Media Inaf Alberto Adriani dell’Inaf Iaps di Roma, responsabile scientifico dello spettrometro Jiram (Jovian InfraRed Auroral Mapper) a bordo di Juno, «Molto ancora ci si aspetta da Juno per il futuro. Si sta infatti già studiando una proposta per il prolungamento della missione dopo il 2021 che, attualmente, sarebbe il termine ufficiale». Quanto a Jiram, «funziona ancora egregiamente», dice il ricercatore, « senza alcun segno di deterioramento. Speriamo continui così fino alla fine della missione».

 

Un pretzel cosmico

Crediti: Alma (Eso/Napj/Nrao), Alves et al.

Alcuni astronomi hanno utilizzato Alma per ottenere un’immagine ad altissima risoluzione che mostra due dischi in cui crescono giovani stelle, alimentati da una complessa rete di filamenti di gas e polvere… a forma di pretzel. L’osservazione di questo straordinario fenomeno getta nuova luce sulle prime fasi della vita delle stelle e aiuta gli astronomi a determinare le condizioni in cui si formano le stelle binarie.

Le due stelline sono state trovate nel sistema [BHB2007] 11 – il membro più giovane di un piccolo ammasso stellare nella nebulosa oscura Barnard 59, che fa parte delle nubi di polvere interstellare chiamate nebulosa Pipa. Precedenti osservazioni di questo sistema binario avevano mostrato la struttura esterna. Ora, grazie all’alta risoluzione di Alma (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) e a un gruppo internazionale di astronomi guidato da scienziati dell’Istituto Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (Mpe) in Germania, possiamo vedere la struttura interna di questo oggetto .

«Vediamo due sorgenti compatte che interpretiamo come dischi circumstellari intorno alle due giovani stelle», spiega Felipe Alves di Mpe, che ha guidato lo studio. Un disco circumstellare è l’anello di polvere e gas che circonda una giovane stella. La stella accresce la materia dall’anello per ingrandirsi. «La dimensione di ciascuno di questi dischi è simile a quella della fascia di asteroidi nel Sistema solare e la separazione tra loro è 28 volte la distanza tra il Sole e la Terra», osserva Alves.

I due dischi circumstellari sono circondati da un disco più grande, con una massa totale equivalente a circa 80 volte la massa di Giove, che mostra una complessa rete di strutture di polvere distribuite in forme a spirale – gli anelli del pretzel. «Questo è un risultato davvero importante», sottolinea Paola Caselli, direttore a Mpe, a capo del Centro di studi astrochimici e coautrice dello studio. «Abbiamo finalmente prodotto l’immagine della complessa struttura delle giovani stelle binarie con i loro filamenti che le alimentano e le collegano al disco in cui sono nate. Ciò fornisce importanti vincoli per gli attuali modelli di formazione stellare».

Le stelle infanti accrescono massa dal disco più grande in due fasi. Il primo stadio è quando la massa viene trasferita ai singoli dischi circumstellari in bellissimi anelli rotanti, che è ciò che ha mostrato la nuova immagine Alma. L’analisi dei dati ha anche rivelato che il disco circumstellare meno massiccio ma più luminoso – quello nella parte inferiore dell’immagine – accumula più materiale. Nel secondo stadio, le stelle raccolgono massa dai loro dischi circumstellari. «Ci aspettiamo che questo processo di accrescimento a due livelli guidi la dinamica del sistema binario durante la sua fase di accrescimento di massa», aggiunge Alves. «Sebbene il buon accordo di queste osservazioni con la teoria sia già molto promettente, avremo bisogno di studiare in dettaglio un maggior numero di giovani sistemi binari per capire meglio come si formano le stelle multiple».

Fonte: comunicato stampa Eso

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Molecola tossica sulla cometa interstellare

Lo spettro della cometa interstellare 2I / Borisov ottenuto il 20 settembre usando lo spettrografo Isis sul William Herschel Telescope. La luce emessa dalle molecole di cianogeno è chiaramente identificata come picco a maggiore intensità rispetto alla luce riflessa dai granelli di polvere emessi anch’essi dalla cometa. Crediti: Alan Fitzsimmons / Qub

È una scoperta importante, quella firmata da Alan Fitzsimmons della Queen’s University di Belfast e colleghi. Una scoperta a suo modo storica. È infatti la prima volta che viene rilevato e analizzato il gas presente su un oggetto interstellare di questo tipo: “la cometa aliena” recentemente ribattezzata 2I/Borisov, immortalata per la prima volta dal Gemini North Telescope poche settimana fa. Si tratta di un gas costituito da atomi di carbonio e azoto legati assieme a formare un composto dalla formula molecolare (CN)2. Una molecola tossica, se inalata, ma abbastanza comune nelle comete: il cianogeno.

Come abbiano fatto i ricercatori a individuarlo è presto detto: puntando il William Herschel Telescope verso la cometa tra le 6:00 e le 7:00 della mattina del 20 settembre scorso e ottenendone lo spettrogramma con lo spettrografo Isis montato sul telescopio. Un’osservazione riuscita al secondo tentativo, dopo che il primo – il 13 settembre – non era andato a buon fine a causa dell’eccessiva luminosità del cielo. Buona la seconda, si potrebbe dire.

L’analisi dello spettrogramma ha portato gli astronomi a trarre la conclusione che si legge già nel titolo del preprint dell’articolo (ancora in attesa di essere accettato da una rivista scientifica, ma già consultabile online): le impronte digitali spettrali sono, appunto, quelle del cianogeno. 

Marco Micheli, astronomo al Neo Coordination Centre dell’Esa e associato Inaf. Ha contribuito all’astrometria e al calcolo orbitale che ha permesso di avere un’effemeride sufficientemente accurata per ottenere lo spettro

«In poche parole» spiega a Media Inaf Marco Micheli, astronomo al Neo Coordination Centre dell’Esa, associato Inaf e coautore dello studio, «nello spettro della cometa si possono vedere le linee di emissione di alcuni composti gassosi emessi dall’oggetto. In questo caso, avendo ottenuto uno spettro che copriva lunghezze d’onda dell’intervallo visibile, alcune specie potevano creare linee di emissione nel range spettrale analizzato, e la presenza di tali linee è la prova diretta della sua esistenza nella chioma cometaria. Tra i composti che hanno linee spettrali nel visibile, tipicamente il CN è il più facile da rilevare ed è presente in molte comete del nostro Sistema solare. Pertanto ci si aspettava che potesse essere individuabile anche su un oggetto abbastanza debole come la cometa Borisov. Trovarlo su un oggetto interstellare è la conferma che anche comete generate in sistemi solari diversi dal nostro hanno una chimica e una composizione simili alle nostre, e pertanto plausibilmente sono state originate da meccanismi simili».

E se vi state chiedendo se questa specie chimica sia l’unica emessa dalla cometa extrasolare, la risposta è no. «Ovviamente ci sono molti altri composti volatili su una cometa», aggiunge infatti Micheli. «Alcuni, presenti in grandi quantità, non hanno però righe di emissione alle lunghezze d’onda coperte da questo spettro, e pertanto non potevano essere visibili. Altri sono più rari, e pertanto la loro emissione è più debole rispetto al CN. Potranno forse essere individuati in futuro, osservando con telescopi più grandi e/o quando la cometa sarà più brillante e attiva, nei prossimi mesi».

Quanto alla precisione delle misure effettuate, l’astronomo non ha dubbi: «La linea di emissione del CN è estremamente ben visibile nello spettro ottenuto, e dalla sua intensità è possibile derivare l’abbondanza di CN con una ottima precisione, pertanto direi che la misura può considerarsi estremamente affidabile».

Per saperne di più:

  • Leggi su arXiv.org il preprint dell’articolo “Detection of CN gas in Interstellar Object 2I/Borisov” di Alan Fitzsimmons, Olivier Hainaut, Karen Meech, Emmanuel Jehin, Youssef Moulane, Cyrielle Opitom, Bin Yang, Jacqueline V. Keane, Jan T. Kleyna, Marco Micheli e Colin Snodgrass

Nel mondo deforme di un buco nero

La Nasa ci stupisce ancora una volta con questa nuova visualizzazione animata di un buco nero. Un’animazione che illustra come la sua gravità sia in grado di distorcere ciò che stiamo guardando, deformando l’ambiente circostante il buco nero come se fosse visto attraverso uno specchio del luna park. La visualizzazione simula l’aspetto di un buco nero in cui la materia in caduta si è raccolta in una struttura sottile e calda chiamata disco di accrescimento. La gravità estrema del buco nero piega la luce emessa da diverse regioni del disco, producendo l’aspetto deformato che vediamo sotto.

Visto quasi di taglio, il turbolento disco di gas che ruota intorno a un buco nero ha un aspetto pazzesco, con una doppia gobba, sopra e sotto. Questo perché l’estrema gravità del buco nero altera i percorsi della luce provenienti da diverse parti del disco, producendo l’immagine deformata, ma ciò che vediamo dipende dal nostro angolo di vista. La massima distorsione si verifica quando si visualizza il sistema quasi lateralmente. Crediti: Goddard Space Flight Center della Nasa / Jeremy Schnittman

Nell’immagine sono evidenti nodi luminosi che si formano e si dissipano costantemente nel disco, mentre i campi magnetici si avvolgono e si attorcigliano attraverso il gas. Più vicino al buco nero, il gas orbita ad una velocità prossima a quella della luce, mentre le zone più esterne ruotano più lentamente. Questa differenza si estende per tutto il disco e separa i nodi luminosi, producendo corsie chiare e scure.

Questa infografica evidenzia e spiega vari aspetti della visualizzazione del buco nero (cliccare per ringrandire). Crediti: Goddard Space Flight Center della Nasa / Jeremy Schnittman, traduzione a cura di Media Inaf

Visto di lato, il disco appare più luminoso a sinistra di quanto non lo sia a destra. Questo perché il gas incandescente sul lato sinistro del disco si muove verso di noi così velocemente che gli effetti della relatività di Einstein inducono un aumento della sua luminosità; il contrario accade sul lato destro, dove il gas che si allontana diventa leggermente più debole. Questa asimmetria scompare quando vediamo il disco esattamente di fronte perché, da quella prospettiva, nessuno dei materiali si muove lungo la nostra linea di vista.

Più vicino al buco nero, la flessione gravitazionale della luce diventa così spinta che possiamo vedere la parte inferiore del disco come un luminoso anello di luce che apparentemente delinea il buco nero. Questo cosiddetto “anello fotonico” è composto i realtà da più anelli, che diventano progressivamente più deboli e più sottili, prodotti dalla luce che ha orbitato attorno al buco nero due, tre o anche più volte prima di riuscire a fuggire e raggiungere i nostri occhi. Poiché il buco nero modellato in questa visualizzazione è sferico, l’anello fotonico appare quasi circolare e identico da qualsiasi angolazione lo si guardi. All’interno dell’anello fotonico si trova l’ombra del buco nero, un’area approssimativamente doppia rispetto all’orizzonte degli eventi, il suo punto di non ritorno.

«Simulazioni e filmati come questi ci aiutano a visualizzare ciò che Einstein aveva compreso, affermando che la gravità deforma il tessuto dello spazio e del tempo», spiega Jeremy Schnittman, che ha prodotto queste splendide immagini utilizzando un software dedicato presso il Goddard Space Flight Center della Nasa. «Fino a poco tempo fa, queste visualizzazioni erano limitate alla nostra immaginazione e ai programmi per computer. Non avrei mai pensato che sarebbe stato possibile vedere un vero buco nero». Ma questo 2019 ci ha regalato l’immagine del secolo, quando il 10 aprile il team di Event Horizon Telescope ha rilasciato la prima immagine in assoluto dell’ombra di un buco nero, usando le osservazioni radio del cuore della galassia M87.

Gj 3512b, l’esopianeta che sfida le teorie

Rappresentazione artistica dell’esopianeta Gj 3512b e la sua stella. Crediti: Carmenes / RenderArea / J. Bollaín / C. Gallego

Il nome completo è Gliese-Jahreiß 3512b ed è il nuovo esopianeta che il team internazionale di scienziati guidato da Juan Carlos Morales ha scoperto orbitare attorno a Gj 3512, una nana rossa distante circa 30 anni luce dalla Terra. Un altro pianeta esotico che si aggiunge alla lista degli oltre 4000 mondi alieni scovati sinora, scoperto in questo caso – spiega lo studio pubblicato oggi su Science – grazie alla survey effettuata con lo spettrografo Carmenes, montato sul telescopio del Calar Alto Observatory. Un pianeta la cui formazione è poco chiara: Gj 3512b e la sua stella costituiscono infatti un sistema planetario raro, talmente raro da mettere in crisi la più accreditata delle teorie di formazione dei pianeti gassosi – la teoria dell’accrescimento del nucleo (core accretion theory). Il motivo? Il modello non spiegherebbe come sia possibile la formazione di un esopianeta massiccio come Gj 3512b attorno a una stella piccola come Gj 3512. Il nuovo mondo alieno è infatti un gigante gassoso simile a Giove: ha quasi la metà della sua massa. Potrebbe non sembrare tanto, ma se considerate che la stella attorno alla quale orbita è poco più di un decimo della massa del Sole, è facile comprendere quanto in proporzione si tratti di un mondo enorme.

Le nane rosse di tipo M, quale è Gj 3512, sono tra le stelle più piccole stelle esistenti, nonché il tipo più comune nella Via Lattea. Tuttavia, nonostante la loro ubiquità, solo circa 400 dei quasi 4000 esopianeti noti orbita attorno a queste stelle. Un 10 per cento indicativo di quanto rari siano gli esopianeti con queste caratteristiche in sistemi solari nei quali la stella abbia una massa simile. Oltre all’anomalo rapporto fra massa del pianeta e massa della stella, un altro dato che ha sorpreso i ricercatori è che l’orbita – la cui durata è di 204 giorni – ha un’eccentricità molto elevata (e=0.4356) per un pianeta di questo tipo. Tant’è che, come detto in apertura, la sua formazione non sarebbe spiegabile con la teoria di formazione dei pianeti gassosi. Formazione che invece, secondo gli autori, potrebbe essere spiegata da un modello alternativo: il cosiddetto modello dell’instabilità gravitazionale, o “disk instability model”, che ipotizza l’inizio dell’accrescimento gassoso con instabilità nella nuvola di gas che costituisce un disco protoplanetario. A questo proposito, Media Inaf ha intervistato Luigi Mancini, ricercatore all’università di Roma Tor Vergata, associato Inaf e cofirmatario dello studio.

Luigi Mancini, ricercatore al dipartimento di fisica dell’università di Roma Tor Vergata e associato Inaf all’Osservatorio astrofisico di Torino

La formazione di Gj 3512b attorno alla sua stella non sarebbe spiegabile con il modello dell’accrescimento del nucleo, dicevamo. Perché?

«Il modello di core accretion presuppone che i pianeti si formino in due fasi: si ha inizialmente la formazione di nuclei rocciosi, con dimensioni di alcune masse terrestri, all’interno del disco protoplanetario e poi, quando viene raggiunta una massa critica, questi nuclei riescono ad accumulare grandi quantità di gas fino a raggiungere la massa di un pianeta di tipo gioviano. Le stelle di piccola massa, come quelle di classe M, dovrebbero proporzionalmente avere dei dischi di accrescimento poco massicci; quindi anche la quantità di materiale disponibile nel disco per formare i pianeti è significativamente ridotta. La presenza di un gigante gassoso attorno a una stella di così piccola massa (circa un decimo di quella del Sole) indica che o il disco originale era anomalamente massiccio o che il meccanismo del core accretion in questo caso non funziona. Infatti, tutte le simulazioni numeriche che sono state fatte girare falliscono nello spiegare la formazione e, quindi, l’esistenza di questo sistema planetario».

E perché lo sarebbe l’altro modello, quello della instabilità gravitazionale?

«La disk instability è un modello alternativo di formazione planetaria. Secondo questo modello, non è più richiesta la formazione di un core (un nucleo massiccio): i pianeti giganti si possono formare in maniera più diretta, ovvero dalla frammentazione, dovuta a delle instabilità gravitazionali, del disco protoplanetario in clump di gas e polvere, che poi evolvono in pianeti attraverso la condensazione del gas. Queste instabilità avvengono negli stadi iniziali della formazione del sistema, quando il disco protoplanetario è ancora sufficientemente massiccio rispetto alla stella – ancora superiore a un decimo di quest’ultima. Usando questo modello, abbiamo stimato che i frammenti di disco si formino a una distanza dalla stella compatibile con il periodo orbitale del pianeta ‘b’, e che questi frammenti abbiano una massa minore di quella di Giove: in accordo, quindi, con la stima della massa del pianeta ‘b¢ ottenuta con le velocità radiali».

Confronto di Gj 3512 con il Sistema solare e altri sistemi planetari di nane rosse. I pianeti attorno a una stella di massa solare possono crescere fino a quando non iniziano ad accumulare gas e diventano pianeti giganti come Giove. Gli autori hanno pensato che piccole stelle – come Proxima, Trappist-1, la stella di Teegardern e Gj 3512 – non potevano formare pianeti di massa di Giove. Crediti: Guillem Anglada-Escude – Ieec, SpaceEngine.org

Nell’articolo si parla di un sistema planetario formato inizialmente da tre pianeti, di cui uno sarebbe stato espulso, lasciando Gj 3512b su una orbita eccentrica. Che significa? Dobbiamo aspettarci forse un “fratello” di Gj 3512b?

«Il pianeta Gj 3512b si muove su un’orbita molto eccentrica, e=0.4356. Una così elevata eccentricità non è prevista per un sistema con un solo pianeta, poiché le interazioni con il disco protoplanetario durante la migrazione orbitale dovrebbero portare il pianeta a muoversi su un’orbita circolare o a bassa eccentricità. Tuttavia, l’interazione pianeta-pianeta può spesso produrre simili valori di eccentricità per le orbite dei pianeti giganti. Dal momento che le nostre misure di velocità radiale sembrano indicare che ci sia un altro pianeta (Gj 3512c), la nostra spiegazione è che il sistema fosse formato inizialmente da tre pianeti, di cui uno – con una massa simile o inferiore di quella del pianeta ‘b’ – fu espulso, lasciando il pianeta ‘b’ su un’orbita eccentrica e un grosso divario tra i due pianeti superstiti ‘b’ e ‘c’. Gj 3512c è dotato di una massa inferiore al pianeta ‘b’ e si muove su di un’orbita più larga (>1390 giorni). Dal momento che questo candidato pianeta ha un’orbita così lunga, occorre continuare a misurare la velocità radiale della stella per altri anni per poterne confermare l’esistenza».

Per saperne di più:

Correzione del 27.09.2019: In alcune parti dell’articolo il nome del pianeta era indicato erroneamente come Gj 5312b, mentre quello corretto è Gj 3512b 

Elettroni sotto shock nelle nursery stellari

La regione Sgr B2 osservata con il radiotelescopio Vla alla frequenza di 6 GHz. L’inserto a destra mostra uno zoom sulla regione “Deep South” (Ds) dove è stato calcolato l’indice spettrale. Crediti: Fanyi Meng

C’è un enigma che avvolge le regioni di formazione stellare, le cosiddette regioni H II, nebulose di gas caldo e ionizzato che ospitano al loro interno stelle giovani ed estremamente luminose. Recenti osservazioni in banda radio di queste regioni indicano la presenza di radiazione, detta di sincrotrone, emessa da elettroni che viaggiano a velocità prossime a quelle della luce mentre si muovono lungo le linee di campo magnetico seguendo un moto a spirale. Le varie teorie finora proposte per giustificare la presenza di questo tipo di radiazione prodotta da elettroni relativistici non sono riuscite nel loro intento. Ora però un gruppo di ricercatori guidati da Marco Padovani, dell’Istituto nazionale di astrofisica ad Arcetri (Firenze), ha proposto un nuovo scenario che sembra finalmente mettere d’accordo teoria e osservazioni.

Gli scienziati hanno dimostrato che è possibile accelerare gli elettroni presenti nelle regioni H II fino alle energie relativistiche quando attraversano le onde d’urto che si propagano all’interno della regione stessa, secondo il meccanismo di accelerazione di Fermi. Il banco di prova per testare la validità del modello è stata la regione “Deep South” (Ds) in Sagittario B2, una nube molecolare gigante situata a circa 400 anni luce dal centro della nostra Galassia, osservata in banda radio con il radiotelescopio Vla. «Il nostro modello è riuscito a riprodurre le densità di flusso osservate con un’accuratezza del 20%, nonché gli indici spettrali, vincolando anche l’intensità del campo magnetico, la velocità del materiale in espansione e la densità prevista in Ds» dice Padovani, primo autore dell’articolo che descrive l’indagine, pubblicato oggi online sul sito della rivista Astronomy & Astrophysics.

Marco Padovani

Il team ha anche sviluppato un software online interattivo e pubblico che calcola il flusso di elettroni accelerato dalle onde d’urto, la densità di flusso e l’indice spettrale previsti in una regione HII nello spazio dei parametri densità-intensità del campo magnetico per un determinato set di temperatura, velocità e frequenza di osservazione.

«La maggiore sensibilità, il campo visivo più ampio, la maggiore velocità di rilevamento e la capacità di realizzare misure di polarizzazione dei futuri telescopi come Ska, lo Square Kilometre Array, in cui l’Istituto nazionale di astrofisica è fortemente coinvolto, consentiranno di scoprire un numero maggiore di regioni H II associate all’emissione di sincrotrone, offrendo l’opportunità di caratterizzare meglio l’origine delle sorgenti di sincrotrone galattico» conclude Padovani.

 

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