L’importanza di essere rotondo

Trappola per gli ioni sviluppata dal JILA utilizzata per misurare la rotondità dell’elettrone. Credit: JILA

Modello standard batte Supersimmetria due a zero. Questo il risultato dello studio pubblicato sul Physical Review Letters dai ricercatori del Jila, un progetto gestito congiuntamente dal National Institute of Standards and Technology (Nist) e dall’Università del Colorado di Boulder. Due a zero, perché l’Acme collaboration (Advance Cold Molecule Electric Dipole Moment Search), come avevamo raccontato nel 2013, aveva già annunciato al mondo la perfezione sferica della particella elementare.

Solo una conferma, dunque. Ma, come sottolinea Eric Cornell, tra gli autori dell’articolo, «è importante perché noi abbiamo usato un approccio radicalmente differente dalle precedenti misure. Il fatto che nonostante ciò abbiamo ottenuto la stessa risposta elimina la possibilità d’aver semplicemente sbagliato o che l’altro gruppo l’abbia fatto». Il gruppo del Jila ha usato una trappola ionica per far ruotare le molecole e misurare la simmetria dei loro elettroni, ovvero il loro momento di dipolo elettrico. Un valore diverso da zero del momento di dipolo indicherebbe che la particella non ha una forma sferica, ma quella di un pallone da rugby.

Ma perché i ricercatori si affannano tanto a misurare la forma di una particella sub-atomica? La forma dell’elettrone è un ingrediente fondamentale del Modello standard, cioè il modello che descrive tutte le particelle e le loro interazioni: in poche parole, come funziona il mondo. Secondo questo modello, l’elettrone dovrebbe essere sferico, cioè dovrebbe avere un momento di dipolo elettrico praticamente nullo. Ma nel Modello standard ci sono alcune lacune che negli ultimi 50 anni, cioè da quando il Modello è stato teorizzato, si è cercato di colmare con delle estensioni della teoria. Una di queste estensioni, la teoria della Supersimmetria, prevede l’esistenza per ogni particella di un partner che differisce dalla particella stessa solo per una proprietà chiamata spin. Queste particelle supersimmetriche ancora non sono state osservate sperimentalmente, ma un indizio della loro esistenza potrebbe essere proprio un valore di momento di dipolo elettrico dell’elettrone diverso da zero. Infatti la loro presenza causerebbe una deformazione dell’elettrone, come se lo tirassero alle due estremità. Aver trovato, con due misure indipendenti, che il valore del momento di dipolo elettrico è praticamente nullo, avvalora le tesi del Modello standard e getta nello sconforto i sostenitori della teoria della Supersimmetria.

Ma la forma dell’elettrone è legata anche alla genesi dell’universo. Infatti uno dei problemi dei cosmologi, i ricercatori che studiano la nascita e l’evoluzione dell’universo, è la cosiddetta ‘asimmetria barionica: nel nostro universo c’è più materia che antimateria. L’antimateria è la “gemella cattiva” della materia: se una particella e un’antiparticella si incontrano, si annullano in un lampo di luce. Come spiega Cornell, «il momento di dipolo elettrico è come un grande telescopio puntato sui resti dell’asimmetria lasciata dal big bang 14 miliardi di anni fa». E aggiunge che «l’universo così come lo vediamo oggi esiste solo perché a un certo punto ci furono un po’ più particelle che antiparticelle. Stiamo cercando i fossili di quell’antica asimmetria e il candidato più probabile potrebbe essere un elettrone deformato. Il fatto che non abbiamo trovato ancora questo fossile è sorprendente, ma è anche un indizio». Un indizio che probabilmente bisogna rivedere alcune teorie, oppure che la nostra ricerca deve essere affinata.

La tecnica sviluppata dal gruppo del Jila consentirà di fare ulteriori misure con una precisione maggiore e potrà essere impiegata in modi non previsti inizialmente. Infatti con questo procedimento è possibile indurre le molecole a rimanere negli stati desiderati anche per 700 millisecondi, che per la fisica delle particelle è un tempo lungo. Questa proprietà potrebbe essere sfruttata, per esempio, nello sviluppo dei computer quantistici. Infatti i qubit, i cugini quantistici dei più noti bit, potrebbero mantenere più a lungo l’informazione nei livelli energetici elettrici e magnetici che negli stati quantistici usati di solito.

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All’estremo opposto della Via Lattea

Gli astronomi hanno misurato la distanza da una regione di formazione sul lato più lontano della nostra della Via Lattea, superando il centro della Galassia, rispetto al nostro Sole. Crediti: Nrao/Aui/Nsf

Utilizzando i dati raccolti con la rete di radiotelescopi Very Long Baseline Array (Vlba) della National Science Foundation, un gruppo di astronomi guidati dall’italiano Alberto Sanna (in forza all’Istituto di radioastronomia Max Planck in Germania) ha misurato direttamente la distanza di una regione di formazione stellare all’estremità opposta della Via Lattea rispetto al Sole. Il risultato della misurazione è quasi il doppio rispetto ai dati raccolti in passato. Fondamentale è stato l’utilizzo della rete Vlba, oggi ancora il più grande network di radiotelescopi al mondo (fino all’arrivo, fra qualche anno, dello Square Kilometre Array). Si tratta di 10 antenne sparse dalle Hawaii alle isole Vergini americane che funzionano come un unico grande radiotelescopio di ben 8.000 chilometri di diametro. Utilizzando queste antenne sarà possibile in poco tempo (la stima è di 10 anni al massimo) “disegnare” una mappa dettagliata di tutta la Via Lattea, dicono gli esperti.

Le recenti osservazioni Vlba, effettuate nel 2014 e nel 2015, hanno misurato una distanza di oltre 66 mila anni luce dalla regione stellare chiamata G007.47+00.05 sul lato opposto della Via Lattea rispetto alla Terra e al Sole, ben oltre il centro della Galassia dunque, che è distante da noi più di 27 mila anni luce. Il dato precedente per una misurazione di parallasse era di circa 36 mila anni luce.

Sanna ha detto a Media Inaf che la Via Lattea sempre essere più massiccia di quanto atteso: «Le nostre misurazioni permettono un’accurata determinazione della curva di rotazione della Via Lattea, che dipende, ad esempio, dalla quantità di materia oscura nell’alone galattico. Quello che si osserva è che la Via Lattea ruota più velocemente di quanto si pensasse, e confrontando questa curva di rotazione con quella di Andromeda (M31), si ricava che le due galassie sono molto più simili di quanto si pensasse in precedenza».

Gli esperti hanno utilizzato la tecnica della parallasse trigonometrica, fondata su un principio piuttosto semplice che permette di effettuare la misura diretta della distanza di una stella (o di una regione stellare) basandosi interamente sulla geometria e le dimensioni dell’orbita terrestre. Volendo mappare i bracci spiraleggianti della Via Lattea e dovendo misurare la distanza di oggetti situati sull’altro lato del piano galattico, questa è una delle pochissime tecniche davvero utili (ancora più utile sarebbe mandare una sonda oltre la galassia per effettuare delle osservazioni “dall’alto”, ma è fantascienza per adesso!). «Questo metodo, puramente geometrico, consiste nel misurare lo spostamento apparente di un oggetto astronomico nel piano del cielo, dovuto a due diversi punti di osservazione dello stesso oggetto, in particolare, quando la Terra si trova ai due estremi dell’orbita attorno al Sole», spiega Sanna.

La tecnica della parallasse (o differenza angolare) misura l’angolo di spostamento apparente nella posizione dell’oggetto (in questo caso la regione di formazione stellare), visto da lati opposti dell’orbita terrestre intorno al Sole. Crediti: Bill Saxton, Nrao/Aui/Nsf; Robert Hurt, Nasa 

Usato per la prima volta nel 1838 per misurare la distanza da una stella, la tecnica della parallasse annua permette di misurare lo spostamento apparente nella posizione di un oggetto celeste visto dai due estremi opposti dell’orbita terrestre intorno al Sole. Questo effetto può essere dimostrato con un giochino che abbiamo fatto tutti almeno una volta da bambini: tenendo un dito davanti al naso e chiudendo alternativamente ogni occhio, il dito sembra saltare da destra a sinistra. Applicare semplici regole trigonometriche al piccolo angolo che corrisponde allo spostamento apparente dell’oggetto permette agli astronomi di calcolare direttamente la distanza da quell’oggetto. Più piccolo è l’angolo, maggiore è la distanza. La potenza delle antenne Vlba sta proprio nel fatto di essere in grado di misurare gli angoli minuscoli associati alle grandi distanze. In questo caso, la misura era approssimativamente uguale alla dimensione angolare di una palla da baseball sulla Luna, con un’incertezza equivalente alle dimensioni di un penny!

Le osservazioni effettuate con i radiotelescopi Vlba consentono di poter misurare “facilmente” la distanza delle stelle appena nate nella nostra galassia, anche quelle più periferiche. Nelle regioni “incubatrici” si formano le molecole di acqua e metanolo che agiscono come amplificatori naturali dei segnali radio. Questo effetto rende i segnali radio brillanti e facilmente osservabili – appunto – con i radiotelescopi. Dato che nella Via Lattea ci sono molteplici regioni in cui la formazione stellare è ancora attiva, sarà facile in futuro captare il loro segnale per rendere più precisi i “confini” della mappa galattica.

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Haumea, il transnettuniano con l’anello

A forma di uovo e con un anello attorno: ecco come si è mostrato Haumea agli astronomi. Crediti: Iaa-Csic/Uhu

Haumea, uno dei quattro pianeti cosiddetti ‘nani‘ che si trovano nelle regioni più esterne e remote del Sistema solare, oltre l’orbita di Nettuno, possiede un anello di polveri che lo circonda. A scoprire questa sorprendente proprietà è stato un team guidato da astronomi dell’Instituto de Astrofísica de Andalucía, al quale hanno preso parte anche ricercatori dell’Istituto nazionale di astrofisica (Inaf), grazie a una campagna osservativa che ha sfruttato le osservazioni di numerosi telescopi da tutto il mondo. È la prima volta che viene individuate una struttura ad anello attorno a un oggetto transnettuniano, mentre sono ben noti gli anelli attorno ai pianeti giganti del Sistema solare e anche, più recentemente, attorno a due asteroidi della categoria dei Centauri. I risultati della ricerca sono stati pubblicati sulla rivista Nature.

Poco sappiamo a oggi della storia di formazione ed evoluzione, oltre alle caratteristiche fisiche, degli oggetti transettuniani dei quali insieme ad Haumea fanno parte anche Plutone, Eris e Makemake. Proprio Haumea è a oggi forse il meno conosciuto tra tutti. Dalla sua controversa scoperta, avvenuta in modo indipendente nel 2004 da parte di due team di ricerca, uno spagnolo e l’altro statunitense, sappiamo che questo oggetto possiede una peculiare forma allungata, oltre che due minuscole lune, battezzate Hi’iaka e Namaka.

Molte sono le difficoltà che si incontrano nel cercare di studiare e analizzare gli oggetti transnettuniani, prima fra tutte l’enorme distanza, che impedisce di effettuare misure dirette sulla forma e le dimensioni di Haumea. Anche nei momenti più favorevoli essa si trova a ben 34 unità astronomiche dalla Terra, ovvero 5,1 miliardi di chilometri. Alcuni eventi astronomici fortuiti, però, permettono di ottenere queste informazioni in modo indiretto ma accurato. Si tratta delle cosiddette occultazioni stellari, durante le quali il corpo, nel corso del suo moto orbitale, si ritrova a eclissare una stella situata sullo sfondo per un intervallo di tempo di pochi minuti o anche meno. La durata di tali eclissi, misurata da osservatori situati in diversi luoghi sulla Terra, varia per effetto prospettico e il confronto delle misure permette quindi di ricostruire l’esatto profilo del corpo celeste e le sue dimensioni, come se ne osservassimo per così dire la silhouette.

«L’efficacia straordinaria di queste osservazioni viene dalla precisione con cui si conosce il momento dell’occultazione. Il tempo dell’occultazione viene calcolato con i dati sempre più’ precisi che arrivano dal satellite Gaia e questo permette di mobilitare le risorse osservative per il breve tempo del fenomeno con precisione assoluta», dice Giuseppe Leto, dell’Inaf di Catania, nel team che ha realizzato lo studio.

Ed è proprio grazie a questo metodo che lo scorso 21 gennaio, quando ha avuto luogo un’occultazione stellare di Haumea particolarmente favorevole e ben visibile dall’Europa, il “papà” spagnolo di Haumea, José Luis Ortiz, ha coordinato in modo efficiente una rete di osservatori, sia professionali che amatoriali, tra cui il telescopio Copernico da 1,82 metri dell’Inaf ad Asiago.

L’elevata qualità dei dati ottenuti da Asiago, assieme a quelli di altri undici telescopi, ha permesso in primo luogo di stabilire che Haumea ha la forma di un cosiddetto ‘elissoide a tre assi’, una specie di gigantesco pallone da rugby, e che è molto più grande e allungato rispetto a quanto ritenuto in precedenza. Essendo poi nota la sua massa, grazie alla presenza delle due lune, si è potuta fare una stima accurata anche della densità del pianeta nano e dell’albedo della sua superficie, ovvero del suo potere riflettente. Entrambi I valori si sono rivelati ben inferiori alle precedenti stime e molto più simili ai corrispondenti valori di Plutone. La repentina diminuzione della luminosità all’inizio e alla fine dell’occultazione ha permesso anche di stabilire un limite alla presenza di un’atmosfera che, seppur presente, è estremamente più tenue di quella di Plutone, misurata dalla sonda New Horizons.

«La straordinarietà di questo risultato», aggiunge Leto, «è che con semplici curve fotometriche ottenute contemporaneamente da 12 siti posti in diverse posizioni geografiche, effettuate durante un’occultazione, si sono potuti determinare con precisione l’esistenza di un anello, di cui non si aveva conoscenza prima, e migliorare le informazioni sulle proprietà dinamiche e geometriche di Haumea».

Il risultato più interessante dello studio è stato infatti qualcosa di assolutamente inatteso. Più di un osservatorio, tra i quali Asiago, ha mostrato un’anomalia nei minuti che precedevano e seguivano l’occultazione: come se un altro corpo, non perfettamente opaco, avesse occultato la stella subito prima e subito dopo l’evento principale. Anche in questo caso il confronto tra i diversi dati ha permesso di risalire alla causa: Haumea è circondata da un ‘anello’ denso e sottile che orbita a circa 2300 chilometri dalla sua superficie e spesso solo 70 chilometri.

«È una scoperta sensazionale dal punto di vista scientifico, perché mette in luce caratteristiche di questi oggetti – come la forma, o la presenza di anelli – che costituiscono tasselli di un puzzle nella storia evolutiva del nostro Sistema solare», dice Valerio Nascimbeni, ricercatore dell’Università di Padova e associato Inaf, tra gli autori dello studio, «ma è anche un risultato importante perché dimostra come, in un’epoca di “big science”, reti di piccoli telescopi coordinati in modo efficiente siano ancora in grado di competere e complementare il lavoro svolto da osservatori più grandi».

Per saperne di più:

  • Leggi su Nature l’articolo “The size, shape, density and ring of the dwarf planet Haumea from a stellar occultation“, di J. L. Ortiz, P. Santos-Sanz, B. Sicardy, G. Benedetti-Rossi, D. Bérard, N. Morales, R. Duffard, F. Braga-Ribas, U. Hopp, C. Ries, V. Nascimbeni, F. Marzari, V. Granata, A. Pál, C. Kiss, T. Pribulla, R. Komžík, K. Hornoch, P. Pravec, P. Bacci, M. Maestripieri, L. Nerli, L. Mazzei, M. Bachini, F. Martinelli, G. Succi, F. Ciabattari, H. Mikuz, A. Carbognani, B. Gaehrken, S. Mottola, S. Hellmich, F. L. Rommel, E. Fernández-Valenzuela, A. Campo Bagatin, S. Cikota, A. Cikota, J. Lecacheux, R. Vieira-Martins, J. I. B. Camargo, M. Assafin, F. Colas, R. Behrend, J. Desmars, E. Meza, A. Alvarez-Candal, W. Beisker, A. R. Gomes-Junior, B. E. Morgado, F. Roques, F. Vachier, J. Berthier, T. G. Mueller, J. M. Madiedo, O. Unsalan, E. Sonbas, N. Karaman, O. Erece, D. T. Koseoglu, T. Ozisik, S. Kalkan, Y. Guney, M. S. Niaei, O. Satir, C. Yesilyaprak, C. Puskullu, A. Kabas, O. Demircan, J. Alikakos, V. Charmandaris, G. Leto, J. Ohlert, J. M. Christille, R. Szakáts, A. Takácsné Farkas, E. Varga-Verebélyi, G. Marton, A. Marciniak, P. Bartczak, T. Santana-Ros, M. Butkiewicz-Bąk, G. Dudziński, V. Alí-Lagoa, K. Gazeas, L. Tzouganatos, N. Paschalis, V. Tsamis, A. Sánchez-Lavega, S. Pérez-Hoyos, R. Hueso, J. C. Guirado, V. Peris e R. Iglesias-Marzoa

Sulle Alpi a guardar le stelle con l’Eso

I partecipanti al quarto Campo di Astronomia organizzato dall’ESO e da Sterrenlab all’Osservatorio Astronomico della Valle d’Aosta, situato a Saint Barthélemy. Crediti: L. Polo

L’Eso e la sua rete di divulgazione scientifica stanno collaborando con Sterrenlab, società che organizza eventi di formazione scientifica, e con l’Osservatorio astronomico della regione autonoma della Valle d’Aosta (Oavda) per organizzare il quinto Campo di astronomia dell’Eso, che sarà dedicato al tema delle distanze nell’Universo. Il campo si terrà dal 26 dicembre 2017 al 1 gennaio 2018 in Valle d’Aosta.

Il campo esplorerà il tema delle distanze nell’Universo attraverso diverse sessioni astronomiche, che includeranno lezioni, attività pratiche e osservazioni notturne con i telescopi e gli strumenti dell’osservatorio. Attività sociali, sport invernali ed escursioni contribuiranno a rendere il campo un’esperienza indimenticabile per i partecipanti. L’Eso e l’Oavda saranno responsabili del programma scientifico del Campo astronomico dell’Eso e forniranno gli insegnanti e il materiale divulgativo insieme a diversi altri partner.

La quota di registrazione di 500 euro copre la sistemazione in pensione completa all’ostello a Saint Barthélemy, la supervisione di personale professionale, tutte le attività astronomiche e di svago, i materiali, le escursioni, il trasporto interno e l’assicurazione. Verrà fornito il trasporto in autobus tra l’osservatorio e l’aeroporto di Milano Malpensa. La quota non include le spese di viaggio tra la residenza degli studenti e Milano Malpensa.

Il campo accoglierà un massimo di 56 studenti di scuola secondaria di età compresa tra i 16 e i 18 anni (nati negli anni tra il 1999 e il 2001) provenienti dagli stati membri dell’Eso e da altri paesi della rete di divulgazione scientifica dell’Eso. Sarà disponibile un numero limitato di posti per studenti di altri paesi.

Tutti gli studenti che vogliono fare domanda devono riempire il modulo sulla pagina web del campo e inviare un video, in inglese e della durata di non più di tre minuti, con tema “Mi piacerebbe molto scoprire/inventare… perché…”, entro le 23:00 (ora italiana) del 15 ottobre 2017.

Il candidato di uno degli stati membri dell’Eso che presenterà il miglior contributo vincerà una borsa di studio offerta dall’Eso che coprirà l’intero costo del campo, incluso il trasporto. Anche diversi partner nazionali supporteranno le migliori domande di studenti residenti nei loro rispettivi paesi.

La selezione dei vincitori delle borse di studio e degli altri partecipanti sarà comunicata il 23 ottobre 2017. I partecipanti selezionati dovranno confermare la loro partecipazione al campo entro il 30 ottobre 2017. I criteri di selezione e altre istruzioni per la partecipazione si possono trovare sulla pagina web del campo.

Sull’utilità della scienza inutile

10.10.2017, ore 11:45

«Niente. A volte mi dico: abbiamo speso tutti quei soldi… e non abbiamo trovato niente. Ma che stiamo facendo?!». Così risponde incautamente Leonard, nell’ultimo episodio di The Big Bang Theory, allorché durante un’intervista alla Npr gli viene chiesto cos’abbiano trovato a Lhc dopo la scoperta del bosone di Higgs. Quello che la sitcom mette in scena è un dilemma con il quale i ricercatori si devono confrontare in continuazione. D’altronde, quante volte noi stessi ci siamo chiesti, o ci siamo sentiti chiedere, se sia davvero utile finanziare la ricerca di base?

È ciò di cui si occupa una conferenza – rivolta anzitutto ai ricercatori ma aperta anche al pubblico e disponibile in streaming – che si tiene oggi, martedì 10 ottobre, a partire dalle 11:45, all’Osservatorio astronomico dell’Inaf di Roma, a Monte Porzio Catone. Il titolo è “L’utilità della scienza… inutile!” e il relatore è il direttore dell’Osservatorio, Fabrizio Fiore, al quale abbiamo posto qualche domanda.

Cosa l’ha indotta a proporre una conferenza su questo tema?

«Mi dedico da tempo alla divulgazione scientifica, dunque so per esperienza che – durante le conferenze pubbliche, per esempio – la domanda classica sul “perché dovete spendere tanti soldi per fare ricerca” non manca mai. Subito dopo quelle sui buchi neri c’è questa. La risposta che sia io che altri diamo spesso, in queste occasioni, è che in realtà la ricerca costa pochissimo: un paio di giorni di Guerra del Golfo bastano a pagare tutto il budget della ricerca in Italia per qualche anno. Però è un tipo di argomentazione che ho sempre trovato poco soddisfacente. Così ho cercato d’informarmi, di documentarmi, di andare un po’ più a fondo nel problema».

Non vogliamo fare spoiler, visto che la conferenza si terrà a breve e si potrà anche seguire e rivedere in rete. Dunque non le chiederò che risposte ha trovato, e a che cosa è utile la scienza inutile. Piuttosto ci dica: ma tutta la scienza inutile è in realtà utile? O c’è qualche eccezione?

«Mentre mi documentavo, mi sono imbattuto in uno scritto di Abraham Flexner, un educatore statunitense che nel 1939 si era posto, appunto, questa domanda. E aveva risposto nella maniera classica, ovvero: la scienza di base è sicuramente utile perché, fra cento anni, troveremo delle applicazioni di quello che stiamo studiando oggi. Per esempio: senza le equazioni di Maxwell non avremmo avuto la radio. Fin qui possiamo essere d’accordo, ma problema è porsi la domanda al presente, vale a dire: qual è, oggi, la scienza veramente utile? Dunque ho provato a capire quali siano i driver, le forze propulsive della scienza».

E quali sono?

«Quella classica è la curiosità, l’ambizione di conoscere. Ma ultimamente è emerso in modo deciso un altro driver: la competizione. Mi sono così messo a studiare i pro e i contro di entrambe queste forze propulsive, a vedere cosa producono e cosa non producono. La mia conclusione è che oggi, probabilmente, siamo troppo spostati verso la competition-driven science, e dovremmo cercare di tornare verso la ambition-driven science».

Fabrizio Fiore

A sentir contrapporre la scienza curiosity-driven alla scienza orientata dalla competizione viene subito da pensare agli organismi di valutazione della ricerca, come l’Anvur per esempio: rischiano d’incentivare una scienza autoreferenziale?

«L’Anvur sta un po’ incentivando la scienza competition-driven, ma non è solo l’Anvur, è un trend mondiale. Basti pensare ai programmi Erc della comunità europea: nel periodo 2014-2020 si stanno finanziando programmi per 13 miliardi di euro, in modo completamente competion-driven. Ebbene, secondo me non hanno prodotto i risultati che ci si attendeva. E non solo secondo me: lo dicono studi fatti dall’Erc stesso. Arrivando a concludere che, così come è gestito il sistema, non si è ottenuto quello in principio era il goal principale, vale a dire fare scienza rischiosa. Se guardate le pubblicazioni Erc, sono quasi tutte incentrate sul finanziare programmi che abbiano una componente di rischio. Ma loro stessi hanno trovato che questo non è successo».

Fra chi ritiene la scienza inutile, chi è che più la preoccupa? I cittadini, i rappresentanti politici, le imprese?

«È chiaro che oggi il problema è molto grave soprattutto in Italia, dove la scienza è trattata male dappertutto: è trattata molto male sui media, è trattata molto male nella società. Una statistica di qualche tempo fa mostrava come la ricerca scientifica non rientrasse fra le prime dieci priorità sentite dalla società. Questo è molto preoccupante. È sufficiente frequentare un qualsiasi social network per rendersi conto di come ci sia un’avversione, se possibile, nei confronti della scienza».

E a che cosa è dovuta?

«Secondo me è uno dei risultati del fatto che in Italia si studia poco. Fra i paesi occidentali, l’Italia è quello con il minore accesso all’università. Noi abbiamo meno del 20 per cento di laureati, in Italia, rispetto a oltre il 40 per cento della Corea o di altri paesi europei. C’è un problema culturale di fondo, e noi ricercatori siamo i primi a sentirlo».

A proposito di ricercatori, mi parli della sua esperienza personale, della sua scienza: si è mai chiesto se è servita o se servirà a qualcosa?

«È la prima domanda che sono posto. E la risposta è che raramente ho prodotto risultati che siano stati ciò che gli anglofoni chiamano breakthrough o game changer. Intendiamoci, qualcosa ho fatto: fra gli scienziati che ci sono in Italia sono uno fra i più citati. Però mi rendo conto che, se avessi gestito il mio tempo in modo diverso, forse avrei potuto essere più determinante e più incisivo».

In che senso?

«La scienza può essere divisa in tre grandi filoni: breakthrough, game changer e incrementale. Purtroppo noi passiamo troppo tempo su quest’ultimo, dunque a risolvere problemi semplici, e troppo poco tempo a pensare invece a problemi complicati e quindi rischiosi. Ciò è dovuto proprio al fatto che il modello di scienza competition-driven ci impone di pubblicare sempre molto, senza poterci permettere di stare qualche anno senza produrre. Questo ci induce ad affrontare problemi semplici, che possano portare rapidamente a un prodotto. È il difetto fondamentale della competition-driven science: essere costretti ai tempi brevi, senza programmi di ampio respiro e senza potersi permettere di fallire. E invece dovremmo proprio tornare ad avere il diritto di fallire».

Con Themis Phobos viene alla luce

I colori in questa immagine della luna marziana Phobos indicano una gamma di temperature superficiali rilevate osservando la luna il 29 settembre 2017, con la telecamera Thermal Emission Imaging System (Themis) sulla sonda Mars Odyssey della Nasa. Crediti: NASA/JPL-Caltech/ASU

Utilizzando le ottiche della camera Thermal Emission Imaging System (Themis) a bordo della sonda Mars Odyssey, la Nasa ha potuto osservare nel dettaglio la luna Phobos, il più grande dei due satelliti naturali di Marte (circa 22 chilometri di diametro). L’osservazione è durata “solo” 18 secondi ed è stata effettuata lo scorso 29 settembre nelle lunghezze d’onda del visibile e dell’infrarosso. I dati hanno permesso di produrre un’immagine a colori che mappa la gamma di temperature superficiali della luna marziana.

La sonda Mars Odyssey si trova attorno a Marte da 16 anni, ma questa è la prima volta che è stato possibile fotografare Phobos con Themis.

La camera a bordo di Mars Odyssey ha osservato la luna da prima dell’alba al mattino (relativamente all’orario di Phobos), mostrando come cambia la temperatura superficiale col passare del tempo. Victoria Hamilton (Southwest Research Institute) ha detto: «Man mano che si passa dalla zona di prealba a quella mattutina, si può osservare la variazione della temperatura. Se si riscalda molto rapidamente, è probabile che la superficie non sia molto rocciosa bensì polverosa». La temperatura dipende, infatti, dalla struttura geologica superficiale della luna.

Questa serie di immagini è stata scattata nelle lunghezze d’onda dell’ottico dalla fotocamera Themis a bordo di Mars Odyssey della Nasa quando ha “scansionato” la luna marziana Phobos il 29 settembre 2017. L’osservazione è durata 18 secondi e il movimento della luna è solo apparente. Crediti: NASA/JPL-Caltech/ASU

Agile e IceCube: un neutrino per due?

Mappa in falsi colori dei fotoni gamma osservati da Agile nella direzione di arrivo del neutrino rivelato da IceCube il 31 luglio 2016. Il cerchio nero delimita la zona di cielo all’interno della quale è contenuta con più probabilità la sorgente astrofisica del neutrino, mentre quello bianco racchiude la posizione più probabile della sorgente gamma transiente (AGL J1418+0008) osservata da Agile qualche ora prima dell’evento. Crediti: F. Lucarelli et al. 2017

Era il 31 di luglio del 2016 quando IceCube, il cacciatore di neutrini del Polo Sud, osservava l’evento soprannominato IceCube-160731. Il telescopio spaziale Agile ha dunque puntato i suoi occhi ad alte energie sulla regione di provenienza del neutrino per cercarne una controparte. Le osservazioni sembrano aver individuato un candidato per un segnale precursore, visto da Agile nelle ore precedenti all’arrivo di IceCube-160731. I risultati dell’analisi sono contenuti in un articolo pubblicato di recente su The Astrophysical Journal.

La ricerca delle controparti elettromagnetiche dei neutrini di altissima energia osservati dall’esperimento IceCube è uno dei temi più attuali dell’astrofisica delle particelle e delle alte energie. Finora, non sono state rivelate con sufficiente significatività né sorgenti puntiformi di neutrini né ci sono chiare associazioni degli eventi più energetici con sorgenti elettromagnetiche note. L’identificazione di una chiara sorgente di neutrini potrà fornire la prova inequivocabile di quali sono i siti in cui stanno avvenendo i processi di accelerazione di protoni e ioni ad altissime energie, contribuendo così a risolvere anche l’annoso problema dell’origine dei raggi cosmici. I nuclei galattici attivi di tipo blazar sono tra le sorgenti astrofisiche più accreditate per spiegare l’origine dei neutrini osservati. I processi astrofisici che portano all’emissione di neutrini di altissima energia comportano anche l’emissione di fotoni gamma. L’osservazione di questa emissione, correlata temporalmente e/o spazialmente con il neutrino osservato, può indicare la presenza di una sorgente elettromagnetica associata alla sorgente di neutrini e favorirne la sua identificazione.

Fabrizio Lucarelli, ricercatore dello Space Science Data Center dell’Asi e primo autore dello studio. Crediti: Ssdc-Asi

«La missione italiana Agile, dedicata all’osservazione del cielo gamma, è fortemente impegnata nella ricerca di controparti gamma di onde gravitazionali e di neutrini», ha spiegato Fabrizio Lucarelli dell’Ssdc dell’Asi e dell’Inaf di Roma, primo autore dell’articolo. «Grazie al suo grande campo di vista e alla rapidità nel processare e analizzare i dati acquisiti, Agile è uno strumento particolarmente indicato per la ricerca e rivelazione di sorgenti gamma transienti associate a questo tipo di eventi».

«Il segnale osservato da Agile, della durata di circa un giorno e mezzo, è consistente con la posizione di arrivo del neutrino ricostruita da IceCube e ha il suo picco di intensità circa un giorno prima dell’evento», ha aggiunto Lucarelli. «In questa zona di cielo non ci sono possibili sorgenti note di fotoni gamma che possano essere associate all’emissione di neutrini, né sono stati registrati altri eventi transienti analizzando tutti i dati raccolti nei dieci anni di vita del satellite attorno alla posizione di IceCube-160731».

Utilizzando i cataloghi d’archivio multi-banda accessibili con il tool Ssdc SkyExplorer, i ricercatori hanno trovato anche una possibile controparte elettromagnetica con emissione nella banda radio, ottica e dei raggi X all’interno della regione di cielo che delimita la direzione di origine del neutrino IceCube-160731. Tale sorgente mostra delle caratteristiche elettromagnetiche tipiche dei Blazar di tipo Hbl (“High energy peaked BL Lac”), considerati tra i candidati più probabili dei neutrini di altissima energia nel mirino di IceCube. Ulteriori osservazioni nei raggi X effettuate con il satellite Swift della Nasa, non hanno confermato l’appartenenza di questo possibile candidato alla categoria dei Blazar. La sorgente dell’emissione del neutrino e dei fotoni gamma rimane quindi ancora non identificata.

«Di recente Agile ha identificato un’altra emissione gamma transiente al di sopra dei 100 GeV consistente con la posizione di un nuovo evento IceCube, IceCube-170922, e ne ha dato annuncio alla comunità con un Astronomer’s Telegram», ha continuato Lucarelli. «Le rapide osservazioni di Agile, insieme ad altre osservazioni nella banda gamma e in altre lunghezze d’onda, sono fondamentali per poter identificare con successo la sorgente di questi neutrini cosmici di altissima energia».

«È una ricerca difficile», ha commentato Marco Tavani dell’Inaf di Roma, principal investigator della missione, «ma che deve essere fatta esplorando tutte le possibilità. Siamo ora a un livello ancora iniziale nel preparare la strada all’astronomia dei neutrini del futuro: i prossimi mesi/anni saranno decisivi». Grazie ai dati raccolti da Agile durante i suoi 10 anni di missione, i ricercatori del team potranno approfondire la ricerca di eventuali transienti gamma associati con la posizione dei neutrini di altissima energia osservati finora da IceCube. La rivelazione e l’identificazione di una chiara sorgente per questo tipo di neutrini potrebbe avere le ore contate.

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Tabby, un poliziesco in chiave stellare

Una delle ipotesi più accreditate per l’insolito oscuramento della cosiddetta stella di Tabby è la presenza di una nube irregolare di polvere. Crediti: Nasa/Ames Research Center/Daniel Rutter

A circa 1500 anni luce dalla terra, una singolare stella – denominata ufficialmente KIC 8462852 ma più conosciuta come stella di Tabby – ha catturato l’attenzione degli scienziati e l’immaginazione del pubblico con la sua luminosità stranamente fluttuante.

Unico caso fra le oltre 200mila stelle misurate dal satellite Kepler della Nasa in quattro anni, la luminosità di Tabby è stata vista variare fino al 22 per cento in un giorno solo. Allo stesso tempo, uno studio delle lastre fotografiche pregresse ha rilevato una perdita di luminosità di circa il 20 per cento nel corso di un secolo, anche se una ricerca successiva ha poi confutato questo risultato, attribuendolo a effetti strumentali.

Scartate le ipotesi relative a qualche tipo di manufatto alieno, ma non potendo ancora presentare una risposta esaustiva su cosa genera tali repentini cali di luminosità, i ricercatori si concentrano sulle ipotesi più plausibili. Che non sono poche.

I risultati più recenti, basati su osservazioni delle sonde Spitzer e Swift, lasciano pensare che la presenza di una nube irregolare di polvere in orbita attorno alla stella possa spiegare i cali di luminosità, sia quelli di brevissimo periodo, che quelli riscontrati su intervalli più prolungati.

Altri studi hanno suggerito che lo stesso tipi di oscuramento verrebbe esibito da una stella attorno a cui orbitano un pianeta dotato di anelli e un campo di asteroidi, oppure se la stella avesse recentemente sbriciolato uno o più pianeti. Quest’ultima eventualità avrebbe infatti portato la stella a brillare con più intensità, aumentando temporaneamente la sua luminosità a un livello da cui sta ora progressivamente tornando alla “normalità”, spiegando così la tendenza di lungo termine. Gli sbalzi improvvisi di luminosità potrebbero invece essere causate dai resti del pianeta (o pianeti) che passano in orbite ad alta eccentricità di fronte alla stella.

Un mistero, tante ipotesi. Crediti: elaborazione Media Inaf su grafiche Nasa/Ames Research Center/Daniel Rutter

L’ipotesi dello sciame di comete che passa periodicamente di fronte alla stella ha perso invece quota poiché non è stato osservato il bagliore infrarosso che dovrebbe necessariamente emanare dalla massa di polvere e detriti prodotti dalla disintegrazione delle comete.

Una delle spiegazioni più semplici, ma anche più facili da depennare, sarebbe quella di un corpo celeste che eclissa parzialmente la stella. In questo caso, vista l’entità dell’oscuramento, l’oggetto in questione dovrebbe avere una dimensione stellare, esercitando di conseguenza una tale attrazione gravitazionale sulla stella da rendere totalmente evidente la propria presenza nelle osservazioni del moto stellare. Cosa che finora non è avvenuta.

Un’altra ipotesi da mettere in bassa priorità è quella di una stella che si sta semplicemente esaurendo. Quella di Tabby è infatti un tipo di stella che sta fondendo idrogeno in elio nel proprio nucleo e si trova in un periodo della sua vita in cui dovrebbe aumentare la luminosità, piuttosto che diminuirla.

Da bravi detective, le ricercatrici e i ricercatori che lavorano al caso non hanno subito scartato l’ipotesi che si potesse trattare di un glitch, un errore strumentale. Possibilità negata però da Doug Caldwell, del Seti Institute e scienziato progettista per la missione Kepler, per due motivi. In primo luogo, i risultati sono gli stessi su tutti i rilevatori del telescopio che hanno osservato la stella; in secondo luogo, gli enormi cali di luminosità erano già visibili in ogni singolo pixel attribuito a questa stella nelle immagini di Kepler, mentre solitamente occorre un’integrazione tra i vari pixel per misurare la luminosità totale di una stella.

Peraltro, a partire da maggio 2017, la stella di Tabby si è esibita di nuovo con quattro repentini cali di luminosità inspiegabili, questa volta di intensità inferiore e con una durata tra cinque giorni e due settimane. Gli scienziati ora stanno elaborando questi nuovi dati, sperando di trovare la chiave per risolvere il mistero che avvolge questa stella.

Quando è l’elio il detonatore delle supernove

L’esplosione nucleare dello strato di elio superficiale ha innescato un’onda d’urto verso l’interno provocando la fusione nucleare di carbonio al centro. Crediti: Institute of Astronomy, University of Tokyo

Anche le piccole stelle come le nane bianche possono esplodere, generando quel fenomeno pirotecnico conosciuto come supernova. In particolare, questo può accadere se la nana bianca fa parte di un sistema binario (quindi due stelle che orbitano l’una accanto all’altra): la nana bianca risucchia materia dalla stella compagna aumentando la propria massa fino al punto di esplodere in una supernova di tipo Ia. Ma cosa porta realmente alla detonazione? È ancora parzialmente un mistero, ma un gruppo di ricercatori guidati dal giapponese Ji-an Jiang, dell’Università di Tokyo, ha sfruttato il telescopio Subaru per scoprire che l’esplosione potrebbe essere causata dalla detonazione dello strato superficiale di elio della nana bianca. L’accensione dell’elio innescherebbe una violenta reazione a catena, conducendo all’esplosione dell’intera stella.

«L’elio è un elemento che detona facilmente ad alte densità», spiega a Media Inaf Paolo Mazzali (Liverpool John Moores Univ e Max-Planck Garching), uno degli autori dello studio pubblicato oggi su Nature. «Quindi è possibile che uno strato esterno di elio inneschi una detonazione superficiale, che si potrebbe propagare intorno alla nana bianca, convergere nel punto diametralmente opposto a dove è iniziata, e da lì far partire uno shock che si propaga verso il centro della stella e inducendo l’esplosione degli strati interni (di carbonio e ossigeno), che richiedono alte temperature per esplodere. In questo tipo di scenario, normalmente la stella che esplode ha massa inferiore a quella di Chandrasekhar, ma potrebbe anche avere, in un caso limite, massa pari a 1,4 masse solari. Da notare che non è lo scenario ritenuto più comune».

Si tratta di eventi dalla luminosità estremamente elevata, 5 miliardi di volte più luminosi del Sole, e che si verificano abbastanza raramente, in media una volta ogni 100 anni, in galassie fuori dalla nostra Via Lattea. Per avere più possibilità di trovare una supernova di tipo Ia nelle primissime fasi, il team ha utilizzato l’Hyper Suprime-Cam montata sul telescopio Subaru, che può catturare un’area ultra-ampia di cielo. I ricercatori hanno anche sviluppato un sistema computerizzato per rilevare automaticamente le supernovae nel mare magnum dei dati raccolti dal telescopio, il che ha permesso di effettuare scoperte in tempo reale.

L’immagine è stata scattata con la Hyper Suprime-Cam montata sul telescopio Subaru. Crediti: University of Tokyo / NAOJ

Mazzali ha descritto in dettaglio a Media Inaf cosa accade in questa particolare esplosione di supernova: «In questo caso parliamo dell’esplosione termonucleare di una nana bianca composta di carbonio (C) e ossigeno (O). Innescate dall’alta densità ed elevate temperature, 12C e 16O si combinano velocemente in 28Si (silicio), e due atomi di silicio formano 56Ni (nichel), che è uno dei nuclei con legame più stretto. Queste reazioni implicano la perdita di un po’ di massa atomica, e quindi liberano energia (E=mc^2). Questa energia porta all’esplosione della stella, se si produce abbastanza silicio e nichel. Non si riesce ad estrarre energia aggiungendo altri nucleoni, ma il 56Ni è radioattivo, decade (inverse beta decay) in 56Co (isotopo di cobalto) e poi in 56Fe (isotopo del ferro), che è stabile. I decadimenti liberano raggi gamma e positroni, che rendono la supernova luminosa».

Utilizzando la combo Subaru/Hyper Suprime-Cam, i ricercatori hanno scoperto più di cento candidati di supernova in una sola notte , tra cui diverse supernove che erano esplose solo pochi giorni prima. In particolare, hanno catturato una particolare supernova di tipo Ia a un giorno dall’esplosione. La sua luminosità e la variazione di colore nel tempo sono diverse da qualsiasi supernova di tipo Ia scoperta in precedenza. Dalle simulazioni, effettuate con il supercomputer Aterui, l’oggetto potesse essere il risultato della detonazione dell’elio sulla superficie di una nana bianca.

Per saperne di più:

  • Leggi su Nature l’articolo “A hybrid type Ia supernova with an early flash triggered by helium-shell detonation”, di Ji-an Jiang, Mamoru Doi, Keiichi Maeda, Toshikazu Shigeyama, Ken’ichi Nomoto, Naoki Yasuda, Saurabh W. Jha, Masaomi Tanaka, Tomoki Morokuma, Nozomu Tominaga, Željko Ivezić, Pilar Ruiz-Lapuente, Maximilian D. Stritzinger, Paolo A. Mazzali, Christopher Ashall, Jeremy Mould, Dietrich Baade, Nao Suzuki, Andrew J. Connolly, Ferdinando Patat, Lifan Wang, Peter Yoachim, David Jones, Hisanori Furusawa e Satoshi Miyazaki

L’Europa guarda a Est

05.10.2017

Crediti: Telescopio Est

Dopo più di 400 anni, all’Accademia dei Lincei il Sole sarà nuovamente protagonista con la presentazione di Est, il Telescopio solare europeo, che sarà costruito alle Canarie (Spagna). Era, infatti, il 1613 quando la prestigiosa Accademia pubblicò l’opera di Galileo, “Istoria e dimostrazioni intorno alle macchie solari”. Nel trattato l’astronomo pisano riportava le sue osservazioni del Sole con cui dimostrava che le macchie solari si trovavano sulla superficie della stella e non erano ombre proiettate da corpi tra la Terra e il Sole.

Quando il Telescopio solare europeo sarà ultimato, i ricercatori potranno osservare in dettaglio la struttura fine della superficie solare con una risoluzione mai raggiunta prima: fino a 25-30 km. Questo grazie alla grande apertura (4 metri) e le nuove tecniche di ottica adattiva, cioè specchi che riescono a compensare le distorsioni nelle immagini dovute all’atmosfera.

Questa nuova generazione di telescopi solari da Terra permetterà ai ricercatori di avere a disposizione adeguati dati osservativi per comprendere l’attività solare e la sua variabilità. Il Sole, infatti, benché dal punto di vista astronomico sia una stella del tutto ordinaria, ha il vantaggio di essere l’unica che può essere studiata ad alta risoluzione, grazie alla sua vicinanza con la Terra.

A parte la non trascurabile influenza che il Sole esercita sul clima del nostro pianeta, lo studio della nostra stella offre la possibilità di analizzare processi fisici che non si possono riprodurre in laboratorio né studiare in dettaglio in altri oggetti astrofisici. A esempio la generazione e diffusione del campo magnetico e l’accelerazione di particelle nelle magnetosfere stellari. Sarà utile anche per capire come poter prevedere eventi, quali le tempeste solari, per il loro impatto sul tempo meteorologico spaziale, cioè sulle condizioni nello spazio che possono influenzare la Terra e le sue infrastrutture tecnologiche.

Per saperne di più:

  • Qui il programma della giornata
  • Clicca qui per la locandina
  • Il sito web del progetto Est