L’intrigante atmosfera di Titano

Immagine ottica di Titano ripresa da Cassini. Crediti: Nasa/Jpl-Caltech/Space Science Institute

Titano, la luna più grande di Saturno, sta suscitando molto interesse per via della sua atmosfera unica contenente molecole organiche, che costituiscono di fatto un ambiente prebiotico. In particolare, un ricercatore dell’Università di Tokyo, Takahiro Iino, ha utilizzato l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (Alma) per rilevare i processi chimici che avvengono nell’atmosfera di Titano, trovando segnali deboli ma ben definiti di acetonitrile (CH3CN) e del suo raro isotopomero CH3C15N.

La luna di Saturno è uno degli oggetti più osservati da Alma. I dati ottenuti dall’osservatorio devono essere calibrati per rimuovere le fluttuazioni dovute a variazioni temporali del sito, così come eventuali problemi di natura meccanica. Come riferimento per la calibrazione, gli astronomi puntano il radiotelescopio su sorgenti molto luminose, come appunto Titano, ogni qualvolta devono compiere osservazioni scientifiche. Pertanto, nell’archivio scientifico di Alma è presente una grande quantità di dati relativi a Titano. Iino e il suo team hanno scavato nell’archivio e analizzato nuovamente i dati relativi a Titano, trovando le impronte digitali di CH3C15N, in quantità molto ridotte.

«Abbiamo scoperto che l’abbondanza di 14N nell’acetonitrile è maggiore rispetto a quella nelle altre specie che contengono azoto, come HCN e CH3CN», afferma Iino. «Tale abbondanza corrisponde piuttosto bene a quella trovata con recenti simulazioni di processi chimici nei quali sono coinvolti raggi cosmici ad alta energia».

Gli attori più importanti nei processi chimici che avvengono nell’atmosfera sono due: la luce ultravioletta (Uv) proveniente dal Sole e i raggi cosmici provenienti dall’esterno del Sistema solare. Nella parte superiore dell’atmosfera, la luce Uv distrugge in modo selettivo le molecole di azoto contenenti 15N, poiché la luce Uv con la lunghezza d’onda specifica che interagisce con le molecole di 14N viene assorbita facilmente a quell’altitudine. Pertanto, le specie portatrici di azoto prodotte a quell’altitudine tendono ad esibire un’elevata abbondanza di 15N. D’altra parte, i raggi cosmici penetrano più in profondità e interagiscono con le molecole di azoto contenenti 14N. Di conseguenza, è evidente una differenza nell’abbondanza di molecole con 14N e 15N. Il team ha scoperto che nell’acetonitrile presente nella stratosfera è più abbondante l’isotopo 14N rispetto ad altre molecole contenenti azoto precedentemente misurate.

Spettri presi da Alma dell’atmosfera di Titano CH3CN e CH3C15N. Le linee verticali tratteggiate indicano la frequenza delle linee di emissione delle due molecole, previste da un modello teorico. Crediti: Iino et al. (The University of Tokyo)

«Partiamo dal presupposto che i raggi cosmici di origine galattica svolgano un ruolo importante nelle atmosfere di altri sistemi solari», dice Hideo Sagawa, professore associato all’Università Sangyo di Kyoto e membro del gruppo di ricerca. «Il processo potrebbe essere universale, quindi comprendere il ruolo dei raggi cosmici nell’atmosfera di Titano è cruciale per la planetologia, in generale».

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Eravamo Io, Venere e Tritone

Fra le proposte arrivate per nuove missioni d’esplorazione del Sistema solare nell’ambito del programma Discovery della Nasa, che prevede missioni economiche e dallo sviluppo rapido, l’agenzia spaziale statunitense ne ha selezionate quattro per lo studio di fattibilità. Ciascuno dei progetti riceverà 3 milioni di dollari per sviluppare in nove mesi uno studio di fattibilità da sottoporre a un’ulteriore fase di selezione, dalla quale usciranno al massimo due candidati.

Le missioni attualmente attive del programma Discovery sono Lunar Reconnaissance Orbiter, attorno alla Luna, e InSight, su Marte. Verso gli asteroidi verranno lanciate le sonde Lucy, nel 2021, e Psyche, nel 2023; lo spettrometro Megane volerà nel 2024 sulla sonda giapponese Mars Moons eXploration verso le lune di Marte.

Le destinazioni delle nuove proposte sono invece Venere, la luna di Giove Io, e la luna di Nettuno Tritone. Vediamo in dettaglio cosa riguardano i progetti.

Davinci+ (Deep Atmosphere Venus Investigation of Noble gases, Chemistry, and Imaging Plus)

L’ultima missione in situ portata dagli Stati Uniti su Venere fu nel 1978. Ora Davinci+ vorrebbe tuffarsi nell’atmosfera inospitale di Venere per misurarne con precisione la composizione fino alla superficie. L’analisi dettagliata dell’atmosfera del gemello bollente della Terra dovrebbe permettere capire come si è formata ed evoluta e determinare se Venere abbia mai avuto un oceano.

Gli strumenti sarebbero incapsulati all’interno di una sfera di discesa appositamente costruita per proteggerli dall’ambiente ostile del pianeta. Il “+” dopo Davinci si riferisce al componente di imaging della missione, che include telecamere sulla sfera di discesa e un orbiter pensato per mappare il tipo di roccia presente sulla superficie.

Veritas (Venus Emissivity, Radio Science, InSar, Topography, and Spectroscopy)

Veritas è pensato per mappare la superficie di Venere per determinare la storia geologica del pianeta e capire perché si sia sviluppato a in modo diverso dalla Terra. Orbitando Venere con un radar ad apertura sintetica, Veritas traccerebbe le elevazioni della superficie su quasi tutto il pianeta per creare ricostruzioni tridimensionali della topografia e verificare se i processi geologici, come la tettonica delle placche e il vulcanismo, siano ancora attivi su Venere. Inoltre, la sonda vorrebbe anche rilevare le emissioni infrarosse dalla superficie per mappare la geologia di Venere, che è in gran parte sconosciuta.

Ivo (Io Volcano Observer)

La missione Ivo vorrebbe indagare la luna di Giove Io per comprendere come le forze mareali modellino i corpi planetari. Io è riscaldato dalla costante attrazione gravitazionale di Giove ed è il corpo vulcanicamente più attivo nel Sistema solare. Poco si sa delle caratteristiche specifiche di Io, come ad esempio se un oceano magma esista o meno al suo interno. Utilizzando sorvoli ravvicinati, Ivo valuterebbe come il magma viene generato ed eruttato su Io.

Una ricostruzione di Tritone. Crediti: PlanetUser, texture map courtesy of Nasa

Trident

Trident vorrebbe esplorare Tritone, una luna ghiacciata unica e altamente attiva di Nettuno, per indagare la possibilità di esistenza mondi abitabili a distanze molto grandi dal Sole. La curiosità per questa luna nacque con la missione Voyager 2, che evidenziò un’attività di rigenerazione della superficie tale da rendere Tritone il secondo corpo con la superficie più giovane di tutto il Sistema solare.

La probabile presenza di pennacchi di vapore e di un’atmosfera, accoppiata a una ionosfera in grado di creare neve organica, oltre alla potenzialità della presenza di un oceano interno, fanno di Tritone un obbiettivo particolarmente interessante, anche se lontano. La sonda effettuerebbe, infatti, un singolo fly-by per mapparne la superficie, individuandone i processi attivi e determinando se l’oceano nel sottosuolo esista o meno.

LunarCity, tra le missioni Apollo e il Gateway

La locandina del film

Ci sono tre piani temporali su cui si può trattare l’argomento dell’esplorazione lunare: il passato, raccontando la corsa allo spazio e le missioni Apollo, il presente, raccontando l’epopea Moon-To-Mars che vorrebbe riportare l’uomo sulla Luna nel 2024, e il futuro, in cui l’uomo sulla Luna non ci fa solo le passeggiate e qualche esperimento, ma ha una base in cui poter vivere e sperimentare – un po’ come oggi si fa sulla Stazione spaziale internazionale – e magari anche un porto per le missioni interplanetarie.

In LunarCity – in programma da lunedì 17 a mercoledì 19 febbraio in 85 sale cinematografiche italiane – i tre piani sono sovrapposti, sottolineandone la continuità. La storia dell’esplorazione lunare è sicuramente divisa in più fasi, ma l’ondata di interesse attuale non ci sarebbe mai stata se in quel lontano luglio del 1969 un uomo non avesse fatto quel piccolo grande passo sul suolo lunare.

Sì, perché quel piccolo passo per l’uomo, quel grande passo per l’umanità ha segnato una svolta nel nostro modo di vederci confinati all’interno di un singolo pianeta, ha cambiato il modo in cui vediamo la nostra posizione nell’universo. Con quel passo abbiamo capito che i limiti sono destinati ad allargarsi sempre più con il tempo, con la tecnologia, con lo sforzo di milioni di persone che lavorano costantemente per questo obiettivo comune.

E proprio su questo obiettivo si concentra LunarCity, sul ripercorrere i passi che abbiamo fatto e che dovremo fare per costruire il nostro futuro sulla Luna. I passi questa volta non potranno essere di pochi uomini e non potranno essere percorsi con una sola bandiera in braccio. Il futuro della Luna, e dello spazio in generale, non è più quello di una competizione in stile Guerra Fredda, ma ha bisogno della collaborazione di tutte le potenze spaziali, di uno sforzo comune per un obiettivo comune.

Attraverso una serie di interviste a figure chiave degli sviluppi attuali dell’esplorazione lunare, LunarCity racconta di una stazione spaziale cislunare, del gateway cui gli astronauti potranno attraccare con una normale capsula Orion dopo appena qualche giorno di viaggio, dei moduli abitativi che consentiranno di sopravvivere all’arido e privo di atmosfera ambiente lunare. Il documentario si concentra soprattutto sugli sviluppi che stanno avvenendo in casa Nasa e sui contributi forniti dalle aziende italiane, ma da ogni virgola traspare chiaramente che questo futuro non potrà avvenire senza lo sforzo congiunto di tutti. Perché, come dice la astronauta Tracy Dyson in una delle interviste, l’obiettivo è quello di “creare, con la collaborazione di tutti, delle fondamenta forti. Solo in questo modo continueremo a costruire il futuro nello spazio”.

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Spediti nel cosmo

La storia della Royal Astronomical Society inizia il 12 gennaio 1820 quando 14 gentiluomini astronomi si sedettero a cena in una taverna di Londra e concepirono l’idea di formare una società astronomica. Adesso i membri sono 4mila e coprono tutti i campi dell’astronomia e delle scienze limitrofe.

Per festeggiare i sue secoli di vita della società, la Royal Mail presenta una serie di 8 francobolli astronomici i cui soggetti vogliono ricordare campi di studio dove gli astronomi britannici, membri a vario titolo della Royal Astronomical Society, si sono distinti in modo particolare. La serie, disponibile dall’11 febbraio, si intitola Visions of the Universe.

La prima coppia di francobolli è dedicata a William Herschel, che fu il primo presidente della Società, dal 1821 fino alla sua morte il 25 agosto 1822. Herschel scoprì la Nebulosa Occhio di Gatto, altrimenti nota come Ngc 6543. Nei decenni successivi, William Huggins la studiò spettroscopicamente e dimostrò che si tratta di una nube di gas. Anche Higgins presiedette la Società tra il 1876 ed il 1878.

Accanto al francobollo della Nebulosa c’è quello dei getti di Encelado, satellite di Saturno scoperto nel 1789 sempre da Herschel. I getti vennero scoperti nel 2005 dalla sonda Cassini Huygens, sforzo congiunto di Nasa, Esa ed Asi. Tuttavia anche i getti hanno una connessione con l’astronomia inglese perché vennero trovati a seguito degli strani dati che venivano ricevuti dal magnetometro costruito in Inghilterra a bordo della sonda Cassini. Sospettando che Encelado avesse una tenue atmosfera, fu deciso che Cassini avrebbe fatto un passaggio a bassa quota del satellite di Saturno: la manovra mostrò la presenza dei getti che rivelano la presenza di un oceano sotto lo spesso strato di ghiaccio.

La coppia di francobolli successiva è quella di pulsar e buchi neri. Anche qui il legame con l’astronomia inglese è evidente. I pulsar sono stati scoperti nel 1967 da Jocelyn Bell durante la sua tesi di dottorato con Anthony  Hewish all’Università di Cambridge. Peccato che solo Hewish ricevette il premio Nobel per la scoperta che non aveva fatto lui. Jocelyn è diventata una figura carismatica nella scienza inglese, fino a ricoprire la carica di presidente della Royal Astronomical Society tra il 2002 ed il 2004.

Per 65 sterline si può ordinare un kit con gli 8 francobolli in prima emissione e una moneta di argento fior di conio dedicata a Stephen Hawkings

Quando si parla di buchi neri, invece, non si può fare a meno di pensare a Stephen Hawking, uno scienziato straordinario, trasformato in una icona dalla sua terribile malattia. Qualcuno ha commentato che l’immagine della Regina è un po’ troppo vicina all’orizzonte degli eventi del buco nero, rappresentato nel francobollo.

Giove e le lenti gravitazionali formano una strana coppia dove il legame tra le aurore di Giove e l’Inghilterra passa dall’Università di Leicester, mentre gli studi sulla relatività generale hanno avuto un campione indiscusso in Sir Arthur Eddington che è riuscito ad ottenere la prima prova sperimentale della deviazione dei raggi luminosi da parte del Sole durante l’eclisse totale del maggio 1919 all’isola di Principe. L’immagine del primo doppietto di galassie (che in effetti erano la stessa galassia sdoppiata da una massa che si era frapposta nel loro cammino) è stata registrata nel 1979 da un team anglo americano che includeva Dennis Walsh e Bob Carswell.

Per la cometa 67P e la galassia Cygnus A il legame con la scienza inglese è nella tradizione astronomica del Regno Unito. Entrambe sono state studiate di gruppi internazionali che comprendono scienziati, strumenti e telescopi inglesi. Forse per Cygnus A si vuole stringere l’occhio alla grande tradizione radioastronomica del Regno Unito che ospita il quartier Generale dello Square Kilometre Array. Questa non è un’informazione ufficiale, ma il fatto che Phil Diamond, che è direttore generale di SKA, sia anche lo Executive Director della Royal Astronomical Society suggerisce un qualche tipo di legame.

Mostruosa galassia nell’universo primordiale

Rappresentazione artistica di una galassia imponente e polverosa, simile a come doveva apparire Xmm-2599 alla luce visibile quando ancora stava formando le sue stelle. Crediti: Nrao/Aui/Nsf, B. Saxton

Un team internazionale di scienziati ha trovato un’insolita ed enorme galassia che esisteva già circa 12 miliardi di anni fa, quando l’universo aveva solo 1.8 miliardi di anni – o, in altre parole, solo il 13 per cento della sua età attuale, pari a 13.8 miliardi di anni. Dalla sommità del vulcano Mauna Kea, alle isole Hawaii, grazie alle numerose osservazioni effettuate con l’Osservatorio W. M. Keck, il team ha scoperto che la galassia in questione, chiamata Xmm-2599, era veramente molto massiccia, e deve aver formato stelle a una velocità elevatissima. Poi, improvvisamente, per ragioni ancora sconosciute, ha smesso di farlo.

«L’universo non aveva ancora due miliardi di anni, e già la massa di Xmm-2599 superava quella di 300 miliardi di soli», dice Benjamin Forrest, ricercatore alla University of California Riverside (Ucr) e primo autore dello studio. «Con il nostro lavoro siamo riusciti a dimostrare che Xmm-2599 ha formato la maggior parte delle sue stelle molto velocemente, quando l’universo aveva meno di un miliardo di anni, per poi diventare inattiva quando ne aveva solo 1.8 miliardi».

Per arrivare a queste conclusioni, il team ha utilizzato le osservazioni spettroscopiche del potente Mosfire (Multi-Object Spectrograph for Infrared Exploration), che ha permesso di compiere misure dettagliate di Xmm-2599 e quantificarne con precisione la distanza. «Sono state necessarie molte osservazioni, alcune delle quali lunghe nove ore ciascuna, per determinare la distanza e la massa di Xmm-2599», ricorda il coautore Percy Gomez, astronomo all’Osservatorio del Keck.

«In quell’epoca, pochissime galassie avevano smesso di formare stelle e nessuna è così massiccia come Xmm-2599», osserva Gillian Wilson, anch’egli di Ucr. «L’esistenza di galassie ultramassive come Xmm-2599 rappresenta una vera sfida per i modelli numerici. Anche se galassie così enormi sono, per quell’epoca, incredibilmente rare, risultano comunque previste dai modelli. Tuttavia, dovrebbero essere galassie ancora in grado di formare stelle. Ciò che rende Xmm-2599 così interessante, insolita e sorprendente è che non sta più formando stelle, forse perché ha smesso di essere alimentata, o il suo buco nero ha iniziato ad accendersi. I nostri risultati richiedono cambiamenti nel modo in cui i modelli disattivano la formazione stellare nelle prime galassie».

Questo set di immagini mostra la possibile evoluzione di Xmm-2599, da una galassia massiccia, polverosa, nella quale è molto attiva la formazione stellare (a sinistra), a una galassia rossa inattiva (al centro), per poi entrare a far parte, forse, di un grappolo luminoso di galassie (a destra). Crediti: Nrao/Aui/Nsf, B. Saxton; Nasa/Esa/R. Foley; Nasa/Esa/Stsci, M. Postman/Clash

«Abbiamo catturato Xmm-2599 nella sua fase inattiva», spiega Wilson. «Non sappiamo in cosa si sia trasformata oggi. Sappiamo che non può perdere massa. Una domanda interessante è cosa sia successo intorno a essa. Col passare del tempo, potrebbe essere stata in grado di attrarre gravitazionalmente le galassie vicine e formare una luminosa metropoli di galassie?». Il coautore Michael Cooper, della Uc Irvine, ritiene che questa potrebbe essere una prospettiva molto probabile: «Forse durante i successivi 11.7 miliardi di anni di storia cosmica, Xmm-2599 diventerà il membro centrale di uno dei più brillanti e massicci ammassi di galassie nell’universo locale. In alternativa, potrebbe continuare ad esistere per i fatti suoi. Oppure potremmo avere uno scenario che sarà una via di mezzo tra questi due scenari estremi».

I risultati dello studio sono appena stati pubblicati su The Astrophysical Journal, in un articolo di cui sono co-autori anche Francesco La Barbera dell’Inaf di Napoli, Mario Nonino dell’Inaf di Trieste e Paolo Saracco dell’Inaf di Brera. «La formazione ed evoluzione delle galassie è un argomento di studio fondamentale nell’astrofisica», spiegano i tre astrofisici a Media Inaf, «sia dal punto di vista osservativo che da quello teorico, con i diversi modelli proposti (collasso monolitico vs modello gerarchico). La scoperta di Xmm-2599 rappresenta una sfida eccitante, date le straordinarie proprietà di questa galassia dedotte dalle osservazioni, quali la massa stellare (300 miliardi di masse solari, circa cinque volte la massa stellare della nostra galassia), la quasi totale assenza di formazione stellare e, soprattutto, la sua esistenza in un’epoca alla quale l’universo aveva solo una frazione dell’età attuale».

«Le osservazioni suggeriscono che l’intervallo di tempo di formazione di Xmm-2599, inteso come il tempo trascorso fra la formazione delle prime stelle dal gas preesistente, al momento in cui la formazione stellare è cessata quasi del tutto, sia ancor più breve (inferiore a 1 miliardo di anni)», continuano La Barbera, Nonino e Saaracco. «Ciò implica un tasso di formazione stellare davvero elevato, con picchi corrispondenti a più di mille soli per anno (per confronto, la nostra galassia ha un tasso stimato di 1.5-1.7 soli per anno). Resta quindi da capire quale sia il processo – o i processi – fisico che ha interrotto in maniera repentina la formazione stellare in un oggetto cosi massivo come Xmm-2599. Ciò è senz’altro di grande interesse per tutti coloro che studiano modelli di formazione delle galassie, in particolare quelle di più grande massa, simili a Xmm-2599. I modelli attuali riescono a riprodurre in parte questi oggetti, ma ci sono indicazioni che la densità di oggetti così peculiari sia maggiore di quella prevista».

«Dal punto di vista osservativo», concludono i tre, «si tratta di trovare quali potrebbero essere i progenitori di galassie come Xmm-2599: i candidati più verosimili sono le galassie con alto tasso di formazione stellare con una notevole quantità di polveri, alla cui caratterizzazione e scoperta sta contribuendo in maniera determinante Alma. Un contributo importante è inoltre atteso da Euclid, in cui Inaf è fortemente coinvolto, dato che per scoprire e studiare oggetti molto rari come Xmm-2599 è fondamentale osservare nelle bande infrarosse su ampie zone di cielo.  Gli eccellenti dati di Euclid dovrebbero fornire un campione significativo di oggetti simili a Xmm-2599, contribuendo a chiarire in maniera determinante i processi che hanno portato alla formazione di simili “mostri” quando l’universo era ancora estremamente giovane».

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Lunar City è in arrivo nelle sale italiane

Dal 17.02.2020 al 19.02.2020

La locandina del film

Con grande attesa degli estimatori di film documentari di astronautica, esce per tre giorni consecutivi – da lunedì 17 a mercoledì 19 febbraio – in 85 sale cinematografiche italiane Lunar City, diretto da Alessandra Bonavina, in collaborazione con l’Agenzia spaziale italiana e la Nasa e con il patrocinio dell’Ambasciata americana in Italia e del Centro studi americani.

«Il documentario», spiega la regista, «celebra il cinquantennio dello sbarco dell’uomo sulla Luna, avvenuto il 20 luglio 1969. Ma il film non si ferma al passato. L’opera punta al futuro, in cui la Luna è vista come trampolino per un balzo ancora più significativo di quello compiuto da Neil Armstrong cinquant’anni fa. Il nostro satellite diverrà infatti un avamposto verso Marte».

Come annunciato recentemente da Jim Bridenstine, amministratore capo della Nasa, l’agenzia spaziale statunitense sta lavorando da tempo non solo per riportare l’uomo sulla Luna entro il 2024, ma anche per farlo restare. Solo in questo modo potremo imparare a vivere lontano dalla Terra per periodi lunghi ed essere pronti per una successiva missione su Marte.

Nei prossimi anni, l’intento è di costruire una stazione spaziale in orbita cislunare, che permetterà agli astronauti di raggiungere il nostro satellite e da lì esplorare lo spazio interplanetario. Il docufilm raccoglie una ventina di interviste a figure chiave della Nasa impegnate nelle prossime missioni lunari, oltre a quelle degli italiani Giorgio Saccoccia, presidente dell’Asi, Vincenzo Giorgio dell’Altec e Franco Fenoglio e Walter Cugno di Thales Alenia Space. I protagonisti di questa nuova avventura spaziale spiegano come, in un futuro non così lontano, con una stazione spaziale in orbita cislunare gli astronauti potranno partire dal pianeta Terra con una normale capsula Orion, attraccare dopo qualche giorno al Gateway e poi far rotta verso lo spazio interplanetario a bordo del Transport.

Il film porta la firma di Alessandra Bonavina, già regista di Expedition, distribuito nel 2017. In quel suo precedente lavoro, la regista raccontava le varie fasi dell’addestramento che hanno portato alla realizzazione di Expedition 52, la missione di lunga durata sulla Stazione spaziale internazionale con l’astronauta Paolo Nespoli.

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Nasa al lavoro su un’anomalia di Voyager 2

Illustrazione artistica della sonda Voyager 2. Crediti: Nasa

Un piccolo intoppo può capitare a qualsiasi veicolo spaziale. Anche se questo si chiama Voyager 2, la sonda della Nasa lanciata nel lontano 1977. Insieme al gemello Voyager 1, il il più lontano oggetto costruito dall’uomo.

Tutto è cominciato sabato 25 gennaio scorso, quando la sonda, nel bel mezzo dello spazio interstellare, avrebbe dovuto eseguire una manovra programmata con la quale si sarebbe dovuta ruotare di 360 gradi per calibrare il suo magnetometro, uno dei cinque strumenti ancora in funzione a bordo della sonda. Una manovra che tuttavia è abortita. L’analisi dei dati telemetrici inviati dal veicolo spaziale ha infatti indicato un ritardo inspiegabile nell’esecuzione dei comandi. Oltre a impedire che la manovra avvenisse, il ritardo ha anche lasciato in funzione due sistemi ad alto consumo elettrico, portando a un consumo eccessivo di energia.

Per fortuna, la procedura di attivazione del software di protezione – uno dei sistemi di sicurezza presenti sia su Voyager 1 che su Voyager 2 per la salvaguardia automatica in caso si verifichino circostante potenzialmente dannose, come lo è il consumo elevato di energia – è avvenuta correttamente, disattivando tutti gli strumenti scientifici a bordo per compensare il deficit energetico.

Il tweet con il quale la Nasa ha comunicato il buono stato di alimentazione della sonda Voyager 2 e lo switch in modalità “on” degli strumenti scientifici a bordo dopo lo spegnimento a seguito dell’attivazione del sistema di protezione automatico dai guasti di cui la sonda è dotata

Energia troppo preziosa per essere sprecata. Essa proviene da un generatore termoelettrico a radioisotopi (Rtg) che trasforma il calore prodotto dal decadimento di un elemento radioattivo, il plutonio, in elettricità – utile non solo per il funzionamento degli strumenti scientifici, ma anche per mantenere la temperatura ottimale di esercizio del veicolo spaziale, impedendo che si congeli nello spazio profondo.

Entrambe le sonde sono ora a oltre 18.5 miliardi di chilometri dal Sole, il che rende cruciali l’impiego di riscaldatori per il mantenimento delle funzioni della sonda. Se la loro funzione venisse meno, i tubi del carburante potrebbero congelarsi. Ciò comporterebbe una mancata alimentazione dei propulsori che consentono alla sonda di orientare le proprie antenne verso la Terra, e gli ingegneri non sarebbero più in grado di ricevere dati o comunicare con essa.  Gestire il consumo di questa elettricità è dunque fondamentale, anche perché la sua capacità di produzione scende di circa 4 watt all’anno a causa del decadimento naturale dell’isotopo all’interno del generatore, motivo per cui  l’anno scorso, per ridurre i consumi, gli ingegneri hanno spento il riscaldatore primario del rilevatore di raggi cosmici, che ad oggi, comunque, continua a funzionare.

Come si legge nel tweet sulla pagina ufficiale Nasa Voyager, tre giorni dopo, martedì 28 gennaio, gli ingegneri sono stati in grado di spegnere uno dei sistemi ad alta potenza rimasti attivi e riaccendere tutti gli strumenti scientifici. Stanno ora rivedendo lo stato del resto della navicella e stanno lavorando – con grande difficoltà: fra invio e ricezione, ogni comando richiede circa 34 ore – per riportarla alle normale operatività, in attesa che riprenda riprenda la ricezione dei dati.

Effetti della danza cosmica dello spaziotempo

Il sistema binario nana bianca-pulsar Psr J1141-6545 scoperto dal radiotelescopio Parkes. La pulsar orbita attorno alla sua compagna nana bianca ogni 4.8 ore. La rapida rotazione della nana bianca perturba lo spazio-tempo attorno ad essa, facendo cambiare orientamento all’orbita della pulsar. Crediti: Mark Myers/ARC Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav), Australia

Nel 1999 il radiotelescopio australiano Parkes scoprì un sistema binario veramente unico nel suo genere, nella costellazione Mosca, vicino alla famosa Croce del Sud. In questo sistema, la pulsar radio Psr J1141-6545 orbita attorno a una nana bianca in poco meno di 5 ore. «L’orbita di questa pulsar è molto speciale. La stella si muove lungo la sua orbita con una velocità massima di quasi un milione di chilometri orari, e la massima separazione tra le due stelle è appena più grande del nostro Sole». Vivek Venkataraman Krishnan, primo autore dell’articolo apparso su Science, è lo scienziato del Max Planck Institute for Radio Astronomy che ha eseguito l’analisi dei dati e le osservazioni di Psr J1141-6545, quando ancora era uno studente di dottorato alla Swinburne University of Technology in Australia.

A differenza di altri sistemi binari costituiti da una pulsar e una nana bianca, i modelli teorici indicano che, in questo caso, la nana bianca compagna di Psr J1141-6545 dev’essersi formata prima della pulsar. In base a tali modelli, prima dell’esplosione della supernova che ha portato alla formazione della pulsar, dev’esserci stato un significativo trasferimento di massa dal progenitore della pulsar alla nana bianca. Questo ha comportato un’enorme accelerazione della rotazione della nana bianca. «Misurare questa rotazione è un test importante dei nostri modelli di evoluzione dei sistemi binari», dice Thomas Tauris, coautore dello studio ed esperto di stelle di neutroni e nane bianche all’Università di Aarhus in Danimarca.

Per misurare la rotazione di una stella quello che si fa normalmente è studiare le sue righe spettrali. Tuttavia, la nana bianca compagna della pulsar Psr J1141-6545 è troppo debole per poter usare questo metodo. Allora come si può fare a misurare la sua rotazione? La risposta è giunta da una direzione inaspettata e riporta indietro nel tempo di oltre 100 anni, all’epoca in cui si è sviluppata la fisica teorica.

Ancor prima del completamento della relatività generale nel novembre del 1915, Albert Einstein aveva già capito che in una teoria in cui la gravitazione è il risultato dello spazio-tempo curvo, la rotazione di una massa, a differenza della teoria della gravità di Newton, avrebbe contribuito direttamente al campo gravitazionale. Più semplicemente, la rotazione di una massa perturba vorticosamente lo spazio circostante, un effetto comunemente noto come frame-dragging, o “trascinamento dei sistemi di riferimento inerziali”. Più tardi, nel 1918, Josef Lense e Hans Thirring – con il sostanziale supporto di Albert Einstein – calcolarono questo effetto per il Sistema solare usando la relatività generale. In particolare, calcolarono come il trascinamento dello spazio-tempo causato dalla rotazione del Sole influenzi il movimento dei pianeti, concludendo che questi effetti erano troppo piccoli per poter essere misurati, a quell’epoca.

Il satellite Lageos. Crediti: Nasa

Nel frattempo, la tecnologia è progredita e l’effetto frame-dragging causato dalla rotazione terrestre è stato rilevato da esperimenti satellitari come Gravity Probe B e dalla combinazione dei satelliti Lageos 1 e 2 e Lares. Mentre Gravity Probe B ha utilizzato un set di quattro giroscopi di precisione per misurare questo effetto, gli ultimi esperimenti citati hanno misurato una lenta precessione del piano orbitale dei satelliti nella direzione della rotazione terrestre, la cosiddetta “precessione Lense-Thirring“.

A oggi questa precessione è stata confermata con un’accuratezza di circa il 2 per cento, in accordo con la previsione della relatività generale. L’effetto è estremamente ridotto: Lageos-1, ad esempio, si trova in un’orbita circolare con un raggio di circa 12300 chilometri. Il suo piano orbitale precede di soli 0.0000086 gradi all’anno, che corrisponde a una rotazione completa di circa 40 milioni di anni.

La situazione della compagna nana bianca di Psr J1141-6545, secondo i modelli di evoluzione stellare, dovrebbe essere piuttosto diversa: sebbene sia leggermente più piccola della Terra, la sua massa è 340mila volte più grande, simile alla massa del Sole, e si prevede che ruoti attorno al suo asse in pochi minuti. «Se Lageos-1 stesse ipoteticamente orbitando attorno a questa nana bianca, la sua orbita precesserebbe di diversi gradi al giorno, poiché il dragging spazio-temporale sarebbe circa 100 milioni di volte più intenso», osserva Norbert Wex, coautore e specialista di relatività generale presso Mpifr.

È impossibile inviare satelliti in prossimità di questa nana bianca poiché si trova a diverse migliaia di anni luce, ma fortunatamente c’è una pulsar che le orbita attorno. I segnali radio di questa pulsar forniscono una misurazione precisa del suo movimento, simile alle misurazioni laser dei satelliti Lares e Lageos 1 e 2. «Con l’aiuto degli orologi atomici, siamo stati in grado di eseguire misurazioni estremamente accurate dei tempi di arrivo dei segnali della pulsar nei radiotelescopi di Parkes e Utmost. Potremmo tracciare la pulsar nella sua orbita con una precisione media di 30 km su un periodo di quasi venti anni. Questo ha portato a una determinazione precisa delle dimensioni e dell’orientamento dell’orbita», spiega Vivek Venkatraman Krishnan.

Alla distanza della pulsar dalla nana bianca, il dragging spazio-temporale è circa un milione di volte più debole di quello che si verifica alla distanza di un’orbita simile a quella di Lageos-1. Tuttavia, la precessione Lense-Thirring dovrebbe comunque causare, in questi 20 anni, una precessione del cammino della pulsar di circa 150 km. «Le osservazioni della pulsar J1141-6545 mostrano infatti una tale deviazione che, dopo calcoli dettagliati ed escludendo una serie di potenziali errori sperimentali, è stata confermata come dovuta a un cambiamento nel suo orientamento orbitale», spiega Willem van Straten, coautore e scienziato presso la Auckland University of Technology in Nuova Zelanda.

Un’attenta analisi di questa misurazione, che ha tenuto conto dell’effetto Lense-Thirring, ha permesso di stimare il periodo di rotazione della nana bianca, scoprendo che è di circa 100 secondi. Questa è una bellissima conferma dell’ipotesi che, prima dell’esplosione della supernova che ha portato alla formazione della pulsar 1.5 milioni di anni fa, dev’esserci stato un significativo trasferimento di massa dal progenitore della pulsar alla nana bianca. «In questo caso Albert Einstein ci ha fornito uno strumento che ora possiamo usare per scoprire di più sulle pulsar e sui loro compagni», ha affermato Matthew Bailes, coautore della Swinburne University, in Australia.

I nuovi radiotelescopi come MeerKat e Square Kilometer Array (Ska) avranno un ruolo centrale nel permettere di capire come entra in gioco la teoria di Einstein in tali laboratori naturali. «Con Ska ci aspettiamo di rivelare più sistemi binari esotici come questo, e saremo in grado di studiare molti più effetti previsti dalla relatività generale», conclude Evan Keane, coautore del lavoro e membro della collaborazione Ska.

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Mai visto un Sole così

Con questa torta il National Solar Observatory di Boulder, Colorado (Usa), ha festeggiato il rilascio delle prime immagini dell’Inouye Solar Telescope. Crediti: G. Cauzzi

Sono state da poco pubblicate le prime immagini della superficie del Sole riprese dal nuovo telescopio Daniel Ken Inouye Solar Telescope (Dkist) alle Hawaii, che, grazie allo specchio primario da quattro metri di diametro, risulta di gran lunga il più grande e potente telescopio solare esistente al mondo.

Questo nuovo gigante è stato costruito dal National Solar Observatory (Nso), un ente di ricerca statunitense con una sede alle Hawaii ma il quartier generale a Boulder, in Colorado (Usa). Per saperne di più, proprio a Boulder Media Inaf ha raggiunto per un’intervista Gianna Cauzzi, ricercatrice Inaf di fisica solare che fa parte da molti anni del comitato scientifico del Dkist e che lavora attualmente a Nso per la preparazione della comunità scientifica Usa, specialmente studenti, all’utilizzo futuro del telescopio.

Cominciamo dal nome: a chi è intitolato il telescopio?

«Daniel Ken Inouye è stato un senatore delle Hawaii al Senato federale per quasi 50 anni, dal 1963 fino alla sua morte, nel 2012, ed è stato uno dei principali fautori della crescita della ricerca astronomica nelle isole Hawaii. Dopo la sua scomparsa, gli sono state dedicate numerose infrastrutture nelle isole. Mi piace anche ricordare che il senatore Inouye ha combattuto in Italia durate la seconda guerra mondiale, al seguito del famoso 442° battaglione dell’esercito americano, composto principalmente di cittadini Usa di origine giapponese, arruolatisi volontari per dimostrare la loro fedeltà alla nazione. Come conseguenza delle ferite riportate durante un assalto alla linea Gotica in Liguria, nel 1945, il senatore perse il braccio destro».

È vero che le prime immagini ottenute dal telescopio rappresentano qualcosa di mai visto?

Video ottenuto in 10 minuti di osservazione della superficie del Sole dall’Inouye Solar Telescope alla lunghezza d’onda di 705 nm. Crediti: Nso/Aura/Nsf

«Queste prime immagini prodotte dal Dkist sono davvero fantastiche. Rappresentano una scena di granulazione, una suddivisione in celle prodotte dal movimento convettivo del plasma. La scena di granulazione non è una sorpresa, ma i dettagli rivelati lo sono, eccome! Ad esempio, all’interno degli intergranuli – quei filamenti più freddi e più scuri che contornano le celle convettive – a volte appaiono dei “nastri” più brillanti: rappresentano aggregati di campi magnetici molto intensi, dove la pressione del plasma è ridotta. Finora queste concentrazioni magnetiche sono state osservate come strutture vagamente circolari, i cosiddetti “tubi” di flusso magnetico. Queste nuove immagini e video sembrano rivelare che in realtà il campo magnetico si comporta più come un fluido, con tanto di vortici, che si adatta alle condizioni degli spazi intergranulari.

Va anche ricordato un punto importante: queste prime immagini raggiungono la risoluzione spaziale attesa per un telescopio di 4 metri. Già da solo questo è un risultato enorme, in quanto significa che le prestazioni di tutto il sistema ottico sono conformi al progetto, una cosa mai scontata quando si parla di strumenti così complessi».

L’Inouye Solar Telescope alle Hawaii. Crediti: Nso/Aura/Nsf

Ecco, parliamo un po’ dello strumento: quanto costa un gioiello di questo tipo?

«Il costo totale è di circa 340 milioni di dollari. Il finanziamento è stato erogato dalla National Science Foundation americana e ha coperto tutta la fase di costruzione, cominciata ufficialmente nel 2010. Lo scavo è materialmente iniziato nel dicembre 2012, quindi in poco più di 7 anni si è passati dal badile al telescopio».

Quali sono le caratteristiche uniche del telescopio?

«Il Dkist è davvero rivoluzionario, come telescopio solare. Lo specchio primario di oltre 4 m di diametro permetterà di distinguere dettagli alla superficie del Sole con dimensione di 15-20 km da una distanza di 150 milioni di km: come se uno potesse leggere lo schermo del telefono da un km di distanza. Questa è una scala spaziale a cui pensiamo si verifichino interazioni fondamentali tra il plasma e il campo magnetico alla superficie del Sole.

Inoltre, l’Inouye Solar Telescope è stato progettato fin dall’inizio per fare polarimetria di precisione. Le misure polarimetriche, per vari motivi, sono di solito piuttosto difficili, ma per il Dkist è stata dedicata grande attenzione alla caratterizzazione di tutte le ottiche in maniera da poter ottenere una misura molto precisa della polarizzazione solare.

La corona solare visibile durante l’eclisse totale di Sole del 2016. Crediti: Don Sabers, Ron Royer, Miloslav Druckmüller

Ma una caratteristica davvero unica è la capacità del Dkist di fare osservazioni molto avanzate della corona solare, quella parte dell’atmosfera che si vede durante un’eclissi ma altrimenti sovrastata dalla luminosità del Sole, decine di migliaia di volte superiore. Il Dkist ha adottato diverse soluzioni, ingegneristiche e non, per poter affrontare il problema: la luce diffusa strumentale è ridotta al minimo con una lucidatura estrema dello specchio, sistemi di lavaggio in loco per eliminare la polvere che si deposita sul primario, e, soprattutto, un disegno ottico fuori asse, che evita qualsiasi ostruzione dello specchio primario. Inoltre, il sito di Haleakala è stato scelto principalmente per la qualità del cielo in questo senso, con una bassissima percentuale di particolati in sospensione, e quindi un livello molto basso di luce diffusa – pochi altri siti astronomici al mondo possono competere in questo senso.

Infine, va ricordato il sistema di raffreddamento, estremamente complesso, che deve dissipare il calore che uno specchio di 4 metri concentra nel fuoco primario, per la precisione 13 kW in un’area di circa 40 cm², ovvero circa 3000 volte l’irraggiamento normale a Terra».

Il Sole, vista la sua vicinanza e luminosità, è certamente l’oggetto astronomico studiato da più tempo. Ci sono ancora cose da scoprire?

«La risposta è, ovviamente, sì. In particolare, ci si è resi conto negli ultimi decenni che fenomeni fisici fondamentali si verificano a scale spaziali e temporali molto piccole, che necessitano di telescopi di grande diametro come il Dkist, e strumenti altamente performanti. Un ottimo esempio sono le interazioni tra il campo magnetico e il plasma alla superficie solare, interazioni che stanno all’origine di tutta un’altra serie di fenomeni, tra cui il riscaldamento della corona solare.

Oltre all’interesse intrinseco per la fisica dei plasmi, verificare i modelli con osservazioni ad alta risoluzione del Sole è fondamentale per comprendere appieno il funzionamento di una stella, e quindi a interpretare misure effettuate in altre stelle simili, ma di cui possiamo osservare solo la luce integrata. In effetti, molti fenomeni osservati sul Sole vengono usati come base per spiegare osservazioni stellari di tutti i tipi».

Il telescopio vero e proprio all’interno della cupola, con lo specchio da 4 metri coperto da una cortina a chiusura rapida per evitare che si trasformi incidentalmente in uno “specchio ustorio”. Crediti: Nso/Aura/Nsf

Questo nuovo telescopio permetterà anche di fare previsioni di space weather?

«Certamente aiuterà molto a perfezionare i nostri modelli. Nella corona solare si assiste spesso a repentine riconfigurazioni dei campi magnetici, con associata emissione di radiazione molto energetica, e a volte anche espulsioni di materia. Queste esplosioni si propagano nello spazio interplanetario e, se raggiungono la Terra, possono creare problemi alla nostra tecnologia. Il Dkist sarà in grado, per la prima volta, di misurare la direzione e l’intensità del campo magnetico nella corona in modo sistematico, e monitorarne l’evoluzione in regioni potenzialmente esplosive».

Da poco sono arrivati i primi risultati scientifici del Parker Solar Probe della Nasa e a giorni verrà lanciato il Solar Orbiter dell’Esa, due missioni spaziali per studiare il Sole da vicino: sono concorrenti o alleati del Dkist?

«Come in tutti i campi, non esiste il telescopio perfetto, che possa fare tutto, e bene. Parker Solar Probe e Solar Orbiter hanno caratteristiche e scopi molto diversi da Dkist, per cui non c’è sovrapposizione; anzi, è molto interessante pensare di poterli usare in maniera complementare e coordinata, per studiare il rapporto causa-effetto di molti fenomeni solari.

Parker Solar Probe misurerà in situ sia i campi elettro-magnetici che la velocità e densità del plasma, fornendo informazioni di prima mano sulla struttura del vento solare, prima che il viaggio nello spazio interplanetario sino alla Terra lo modifichi sostanzialmente. D’altra parte, data la sua vicinanza, Parker Solar Probe non può “guardare” direttamente il Sole. Dkist, in particolare con la sua capacità di misurare i campi magnetici coronali, ha già previsto di ottenere osservazioni sistematiche coordinate che possano identificare la regione sorgente del vento solare misurato da Parker Solar Probe, caratterizzandone il campo magnetico e la sua evoluzione.

Il Solar Orbiter in Florida in preparazione al lancio previsto per l’8 febbraio. Crediti: NASA/Ben Smegelsky

Solar Orbiter porta a bordo sia strumenti in situ, come il Parker, che telescopi classici, in grado di osservare il Sole direttamente, sia nel visibile che nell’ultravioletto, tra cui il coronografo italiano Metis. Sono molte le misure interessanti che si potranno ottenere in collaborazione tra Dkist e Solar Orbiter, ad esempio lo studio della dinamica e campo magnetico coronale in regioni ben precise col Dkist, da seguire su scale più grandi con Metis quando entrambi i telescopi puntano nella stessa direzione.

Infine, una piccola curiosità: nonostante sia previsto che Solar Orbiter arrivi fino a 0.3 AU, non riuscirà a vedere la superficie del Sole ad una risoluzione spaziale migliore del Dkist, anzi…. D’altra parte, mandare un telescopio solare di 4 m in orbita è un’impresa ancora molto lontana dalla realtà!»

A lei, in particolare, cosa piacerebbe scoprire?

«Uno dei miei interessi scientifici degli ultimi anni riguarda la struttura e dinamica della cromosfera, una parte dell’atmosfera solare che è ancora poco capita. È una regione di interfaccia tra due regimi fisici molto diversi, la fotosfera e la corona, che si pensa giochi un ruolo fondamentale per incanalare verso l’alto l’energia sufficiente a mantenere la corona alle altissime temperature osservate. Con il Dkist mi piacerebbe poter investigare la dinamica e il campo magnetico di strutture cromosferiche molto sottili, chiamate spicole (già osservate al bordo solare da Padre Angelo Secchi a fine Ottocento!), che potrebbero assolvere a questo compito di trasportatori di energia. Finora le osservazioni sono state abbastanza inconclusive, in quanto le scale spaziali e temporali con cui si manifestano sono al limite delle capacità degli attuali telescopi, ma con le prestazioni attese dal Dkist pensiamo di fare davvero il salto di qualità necessario per poter far luce, letteralmente, su questo problema».

Gianna Cauzzi nella cupola tel telescopio Dkist alle Hawaii. Crediti: G. Cauzzi/Nso

Fare l’astronoma di giorno, in piena luce, piuttosto che nel classico buio notturno, è meglio o peggio?

«Mah, io sono una a cui piace alzarsi molto presto la mattina e va a dormire la sera di conseguenza, quindi la cosa mi si confà perfettamente! Non da dire che disprezzi il cielo stellato ovviamente, anzi, l’emozione che si prova quando si mette l’occhio a un telescopio e si osserva un oggetto lontano è davvero qualcosa di fantastico. Purtroppo, ormai i telescopi di punta raramente ammettono l’astronomo “medio” a fare osservazioni di persona: il grosso dei dati viene raccolto o in maniera automatica, da remoto, o tramite un astronomo residente che compie le osservazioni su indicazioni dell’investigatore a cui è stato assegnato il tempo. È una maniera più efficiente di usare il tempo al telescopio, che è molto costoso, sia perché gli addetti conoscono molto meglio come usare gli strumenti, che perché le osservazioni possono essere adattate alle condizioni del cielo in maniera dinamica invece di bloccare un periodo per una sola configurazione o persona. Anche il Dkist opererà in questo modo per la maggior parte delle osservazioni, una grossa differenza rispetto ai telescopi solari attuali».

Blazar estremi, l’artiglieria pesante del cosmo

Un blazar è un quasar il cui getto è orientato direttamente verso noi che lo osserviamo (cliccare per ingrandire). Crediti: Gsfc/Nasa

A diversi miliardi di anni luce dalla nostra galassia, i blazar estremi accelerano senza sosta particelle a energie elevatissime. Cosa sappiamo di queste fonti estreme di radiazione? Un team di dieci ricercatori (fra i quali chi scrive) provenienti da Francia, Germania e Italia – guidati da Jonathan Biteau dell’Université Paris-Saclay ed Elisa Prandini dell’Inaf e dell’Università di Padova – si è posto questa domanda e ha pubblicato i risultati della disamina sul numero odierno di Nature Astronomy.

I blazar sono, sotto diversi punti di vista, tra gli oggetti più affascinanti dell’universo. Il motore della loro attività è costituito da un buco nero di enorme massa, miliardi di volte quella del Sole, che risiede al centro di antiche e distanti galassie e accresce la materia circostante. Mentre nella maggioranza dei nuclei galattici attivi la materia incautamente vicina al buco nero viene inghiottita completamente, in alcune sorgenti peculiari parte del materiale viene incanalato dall’azione dell’intenso campo magnetico, sfugge all’enorme attrazione gravitazionale e viene espulso a velocità prossime a quella della luce. Agli astrofisici, il plasma che fuoriesce dal nucleo della galassia ospite appare come un flusso molto ben collimato, denominato getto, chiaramente identificabile quando viene visto di taglio (in questo caso parliamo di radiogalassie). I blazar rappresentano i nuclei galattici attivi con getto nei quali quest’ultimo punta quasi esattamente verso la Terra (vedi immagine in apertura). In queste condizioni la luminosità della radiazione prodotta dal plasma in moto relativistico appare fortemente amplificata e domina l’intera emissione osservata da questi oggetti. Una piccola ma interessantissima frazione – meno dell’uno per cento – di blazar presenta un’emissione peculiarmente intensa alle energie più alte dello spettro elettromagnetico, con un massimo nei raggi X e nei raggi gamma di energia elevatissima (fino ai TeV): sono i cosiddetti blazar estremi, oggetto dello studio in questione.

Elisa Prandini (Inaf e Università di Padova) e Fabrizio Tavecchio (Inaf Brera), coautori della review pubblicata su Nature Astronomy

Riconosciuti come una sottoclasse specifica solo recentemente, il numero dei blazar estremi noti è ancora piuttosto limitato. Oltre a presentare il primo censimento dei blazar estremi osservati nella banda dei raggi gamma (la radiazione elettromagnetica più energetica), il nostro team ha analizzato le loro principali proprietà osservative, deducendo un quadro piuttosto complesso. Alcuni oggetti sembrano infatti rientrare nel modello teorico prevalente per tutti i blazar, secondo il quale gli elettroni ultrarelativistici, ovvero accelerati a velocità prossime a quella della luce, sono i principali responsabili della radiazione osservata nelle diverse bande – dalle onde radio ai raggi gamma. Per i blazar estremi più energetici, d’altra parte, anche i protoni potrebbero giocare un ruolo fondamentale nel produrre un’emissione così eccezionale. In tal caso, i blazar estremi potrebbero essere i responsabili di parte dei protoni più energetici osservati dallo spazio (componente maggioritaria dei raggi cosmici), la cui origine costituisce uno degli enigmi insoluti della fisica astro-particellare moderna. In ogni caso, quali siano i meccanismi capaci di fornire agli elettroni e ai protoni l’energia richiesta per produrre raggi gamma così energetici rimane un problema irrisolto e una sfida per i modelli teorici di accelerazione ed emissione di cui attualmente disponiamo. La soluzione di questi problemi probabilmente darà un contributo significativo alla comprensione dei complessi fenomeni fisici che avvengono nei getti e che coinvolgono particelle energetiche, campi magnetici e plasma.

Un aspetto molto eccitante dei blazar estremi riguarda la possibilità di utilizzare il loro intenso fascio di raggi gamma di alta energia per studiare aspetti di cosmologia ed esplorare fenomeni fisici previsti da estensioni del modello standard delle interazioni fondamentali. Raggi gamma di energia elevata che propagano nello spazio hanno una certa probabilità di interagire con radiazione di più bassa frequenza (ottico-infrarosso) e scomparire, formando una coppia elettrone-positrone. Questo effetto fa sì che, osservando l’universo con raggi gamma di altissima energia, ci sia un “orizzonte” naturale oltre il quale l’assorbimento limita l’osservazione, un po’ come la visuale è limitata durante una giornata di intensa nebbia. L’orizzonte potrebbe venir modificato da effetti non inclusi nel quadro teorico attuale ma previsti da alcune teorie che cercano di estenderlo. In particolare, l’esistenza di particelle come le axion-like particles o la violazione delle trasformazioni della teoria della relatività potrebbero portare ad una riduzione della probabilità di interazione tra raggi gamma e radiazione di bassa energia, e quindi a un orizzonte più ampio di quello previsto. Lo studio delle proprietà dell’emissione gamma dei blazar estremi permette di esaminare in dettaglio le interazioni a cui sono sottoposti i raggi gamma nel loro cammino verso la Terra e di testare in modo stringente queste idee.

Molte delle domande e dei problemi sottolineati nell’articolo evidenziano, oltre ad uno sforzo teorico più intenso, la necessità di osservazioni più dettagliate e precise. Un avanzamento enorme delle nostre conoscenze a riguardo sarà fornito da telescopi di prossima generazione, in particolare dal Cherenkov Telescope Array, con i suoi due siti attualmente in costruzione a La Palma (nelle Isole Canarie) e nel Paranal (in Cile).

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