Una galassia affamata

Mega ciao!

Che altro possiamo osservare in queste notti estive? Bariamo ancora e torniamo dalle parti dell’Orsa Maggiore, anche se tecnicamente ci siamo spostati nei Cani da Caccia. Appena sotto l’ultima stella (dipende da dove partite a contare però) della coda dell’Orsa troviamo una galassia spettacolare: M51, chiamata anche Whirlpool (vortice). M51 è una galassia a spirale situata a circa 31 milioni di anni luce di distanza da noi. Originariamente si pensava che fosse una nebulosa situata nella Via Lattea, come tutti gli oggetti un dall’aspetto di nubi sfocate riportati nel catalogo Messier. Quando questo catalogo è stato pubblicato tutte le osservazioni venivano fatte con l’occhio incollato al telescopio (nelle serate più fredde si incollava sul serio e nei giorni successivi gli astronomi assomigliavano a dei panda). Con carta e matita alla mano, disegnavano tutti gli oggetti osservati perchè la fotografia astronomica non esisteva ancora. Così, una bella notte del 1845, l’astronomo William Parsons ha osservato proprio M51 e ha prodotto il disegno che vedete qui sotto, aiutato ovviamente dal telescopio più grande dell’epoca che aveva fatto costruire lui stesso. Grazie alle sue osservazioni degli oggetti nebulosi capì che non erano tutti uguali, ma potevano essere suddivisi in due categorie: le nebulose regolari e le nebulose a spirale. Il suo disegno di M51 evidenzia proprio la struttura a spirale. Notate però che ci sono due agglomerati luminosi? Uno al centro della galassia e uno ad un estremo di uno dei bracci a spirale? Il secondo è il nucleo di una galassia satellite che sta piano piano venendo inglobata nella galassia a spirale. Per confronto, nella seconda immagine potete vedere M51 ripresa dal Telescopio Spaziale Hubble.

A presto!

Sara

Disegno della galassia M51 (William Parsons)
M51 (Image credits: NASA)

Ammassi stellari giovani e massicci

Mega ciao!

Nelle nubi molecolari giganti le stelle di solito non si formano isolate, ma in ammassi stellari. Sappiamo che nella nostra galassia ci sono ammassi aperti, con un numero di stelle che va da 5 a qualch migliaio, e ammassi globulari, con centinaia di migliaia di stelle e una massa che può arrivare a decine di milioni di masse solari. Queste due categorie di ammassi non si differenziano solo per dimensioni e masse, ma anche per la distribuzione spaziale. Gli ammassi globulari sono più concentrati nell’alone galattico, mentre gli ammassi aperti si trovano più lungo il piano della Via Lattea nella direzione dell’anticentro galattico. La cosa interessante è che sono stati scoperti degli ammassi un po’ particolari, chiamati ammassi stellari giovani e massicci. Questi oggetti hanno masse che superano le 10000 masse solari, sono costituiti da stelle molto giovani e massicce. Alcuni si trovano ancora immersi in parte della nube molecolare da cui si sono formati. Dove si trovano questi oggetti?

Sul piano della Via Lattea come gli ammassi aperti, ma, al contrario di questi ultimi, sono concentrati verso il centro galattico. Nell’immagine qui sotto potete vedere la mappa della nostra galassia, con i nomi di tutti i bracci a spirale. La linea nera tratteggiata indica l’orbita del Sole attorno al centro galattico, mentre i due cerchietti neri attorno alla nostra stella indicano distanze di 1000 e 2000 parsec. I quadrati viola invece indicano le posizioni degli ammassi stellari giovani e massicci. Come mai ce ne sono così pochi?

Gli ammassi stellari sono soggetti ad un alto tasso di mortalità infantile. Infatti quando il forte vento stellare delle stelle massicce e le esplosioni in supernova spazzano via il gas e la polvere rimasti della nube molecolare originale, l’ammasso perde massa. Di conseguenza la sua forza di gravità è minore e le stelle scappano più facilmente perchè raggiungono la velocità di fuga dall’ammasso. Questo processo è chiamato evaporazione. Inoltre, gli ammassi possono essere distrutti dalle forze mareali della Via Lattea o dal passaggio di una nube molecolare gigante. Troviamo ammassi stellari giovani e massicci solo nella nostra galassia?

Assolutamente no! Infatti riusciamo ad osservarli anche in altre galassie. Nell’immagine qui sotto potete vedere l’ammasso R136, situato nella regione 30 Doradus della Grande Nube di Magellano a circa 50000 anni luce di distanza.

A presto!

Sara

Mappa della Via Lattea (Image credits: Portegies Zwart, 2010)
R136 (Image credits: NASA)

M82 e le interazioni spaziali

Mega ciao!

Pronti per riprendere il nostro tour del cielo? Dalla Lyra ci spostiamo nella costellazione dell’Orsa Maggiore che, come tutte le costellazioni circumpolari, si vede tutto l’anno. A quattro passi da casa nostra, a soli 11 milioni e 700 mila anni luce di distanza, troviamo la galassia irregolare M82. Questa galassia è particolarmente interessante perchè ha due getti di materia che partono dalla regione centrale e vengono sparati nello spazio intergalattico perpendicolarmente al piano galattico. Pare che i due getti siano scatenati da un bel mix di fenomeni: frequenti esplosioni di supernovae, la presenza di sorgenti X ultraluminose e l’interazione con la galassia a spirale M81. L’interazione tra galassie è molto frequente in gruppi e ammassi, ma molte volte non risulta visibile nelle immagini ottiche. Allora come facciamo a sapere che interagiscono?

Guardate la seconda immagine qui sotto. Andando ad osservare nel radio, in particolare alla lunghezza d’onda di 21 cm, risultano evidenti delle “autostrade” spaziali di gas che collegano non solo M81 con M82, ma anche entrambe le galassie con NGC 3077. Giusto per avere un confronto, qui sotto trovate anche l’immagine ottica della stessa regione.

A presto!

Sara

Sovrapposizione di dati ottici, infrarossi e X di M82 (Image credits: NASA)
Immagine radio del gruppo di M81 (Image credits: NRAO/AUI)
Immagine ottica del gruppo di M81

Mega ciao!

Torniamo al nostro tour del cielo. Che altro possiamo osservare? Vi ricordate che vi ho parlato del triangolo estivo? Ottimo!

Non molto distante da Vega, nella costellazione della Lyra trovate una delle nebulose planetarie più spettacolari visibili anche con un piccolo telescopio: M57. Detta anche nebulosa ad anello, M57 ci dà una buona idea di come andrà a finire il nostro Sole. Infatti, finita la fase principale in cui brucia l’idrogeno tramite reazioni nucleari e lo trasforma in elio, il Sole si espanderà in una gigante rossa. A questo punto la vita sulla Terra non sarà più possibile, ma non preoccupatevi: succederà solo tra circa 5 miliardi di anni. La gigante rossa brucerà l’elio, tramite la reazione a 3 alpha, e lo trasformerà in carbonio. Una volta finito tutto l’elio però non riuscirà a raggiungere temperature abbastanza elevate da innescare il bruciamento del carbonio. Di conseguenza espellerà gli strati esterni del suo inviluppo, che andranno a formare una nebulosa planetaria come M57. In nucleo invece si contrarrà su sè stesso, si rimpicciolirà sempre di più e diventerà una nana bianca. Ma che fine farà il gas della nebulosa?

E’ destinato ad espandersi e poi a dissolversi nello spazio interstellare. Le sue particelle si uniranno ad altre nebulose, da cui poi si formeranno nuove stelle, pianeti e, chi lo sa, forse la vita. Questa è una bellissima immagine perchè vi fa capire come tutto all’interno dell’Universo sia strettamente collegato.

A presto!

Sara

Mappa con la posizione di M57 (Image credits: NASA)
M57 (Image credits: NASA)

Colori bizzarri e sorgenti energetiche

Mega ciao!

Cosa sarà mai questa bellissima immagine dai colori un po’ strani? E’ una regione delle dimensioni di circa 130 anni luce nei pressi del centro della Via Lattea. I colori bizzarri sono dati dal fatto che non è un’immagine ottica, ma è stata ripresa in banda X. In questo caso abbiamo emissione a bassa energia in rosso, a media energia in verde e ad alta energia in blu. Vedete tutte quelle sorgenti puntiformi? Sono stelle di neutroni, buchi neri, nane bianche, stelle poste tra noi e il centro galattico e galassie di sfondo. L’emissione X diffusa, che va da in alto a sinistra a in basso a destra, è diretta nella direzione del disco della Via Lattea. Si è scoperto che questa emissione è generata da una nube di gas caldo che contiene due componenti: gas a 10 milioni di gradi centigradi e gas a 100 milioni di gradi centigradi. Pensate che si estende per diverse migliaia di anni luce lungo il disco galattico.

A presto!

Sara

Immagine della regione nei pressi del centro galattico ottenuta dal Chandra X-ray Observatory (Image credits: NASA)

Tsunami spaziali

Mega ciao!

Avete presente che sulla Terra quando c’è un terremoto si possono creare degli tsunami? Ebbene, secondo delle recenti simulazioni astrofisiche gli tsunami si possono sviluppare su scale ancora più grandi dal gas che sfugge dall’attrazione gravitazionale di un buco nero supermassiccio. Quando un buco nero supermassiccio è in fase di accrescimento è circondato da un disco di polvere e gas, che può raggiungere temperature elevatissime e quindi emette radiazione in banda X. Il disco di accrescimento è circondato a sua volta da una struttura toroidale, chiamata toro di polvere. Ma non è finita qui! Il buco nero supermassiccio può mostrare anche dei getti relativistici. L’insieme di tutte queste strutture prende il nome di nucleo galattico attivo (AGN, dall’inglese Active Galactic Nuclei). Cosa succede in queste strutture?

Nelle regioni centrali il disco di accrescimento raggiunge temperature estremamente elevate ed emette raggi X. Questa radiazione può influenzare il materiale addirittura a decine di anni luce di distanza. Inoltre l’irradiazione X può spiegare la presenza di una popolazione di regioni molto dense chiamate nubi. Queste nuvole sono dieci volte più calde della superficie del Sole, che vi ricordo ha una temperatura di circa 5777 K, e si muovono alla velocità del vento solare. Con le nuove simulazioni gli astronomi hanno dimostrato che se le nubi sono in una regione sufficientemente lontana da non risentire dell’attrazione gravitazionale del buco nero allora l’atmosfera relativamente fredda del disco può formare delle onde, simili a quelle che si sviluppano negli oceani terrestri. Quando queste onde interagiscono con il vento caldo diventano voritici ripidi e raggiungono un’altezza di 10 anni luce sopra al disco. Queste nuvole a forma di tsunami non sono più influenzate dalla forza di gravità del buco nero. Come si formano questi tsunami?

Le simulazioni mostrano che la radiazione X, proveniente dalle regioni vicine al buco nero, per prima cosa gonfia delle regioni di gas riscaldato nell’atmosfera del disco di accrescimento al di là di una certa distanza dal centro. Il plasma caldo si alza come un palloncino, si espande e frammenta il gas freddo che lo circonda. Le temperature raggiunte sono elevatissime: si va da decine di migliaia a decine di milioni di gradi. I frammenti caldi nelle zone esterne del disco di accrescimento cominciano a propagarsi verso l’esterno. Le particelle di gas formano una gigantesca struttura dalla forma di uno tsunami, bloccando il vento del disco di accrescimento, e producono una struttura a spirale separata, detta strada di vortici Karman, in cui ogni vortice ha una dimensione di circa 1 anno luce.

Questo risultato è molto importante per la comprensione dell’ambiente che circonda i buchi neri supermassicci e degli eventi che avvengono nei nuclei galattici attivi.

A presto!

Sara

Rappresentazione artistice degli tsunami nel materiale attorno ad un buco nero (Image credits: NASA)

3, 2, 1….fusione!

Mega ciao!

Per noi astronomi/astrofili è arrivato Babbo Natale in anticipo! Pronti per la notizia bomba del giorno? LIGO-Virgo-KAGRA, i tre rivelatori di onde gravitazionali, hanno appena confermato di aver captato per la prima volta in assoluto il segnale generato dalla collisione di un buco nero con una stella di neutroni. Ma non finisce qui! Non hanno rivelato un solo evento, ma addirittura due, separati da un intervallo temporale di 10 giorni. In entrambi i casi pare che la stella di neutroni sia stata divorata dal buco nero in un sol boccone. Bellissimo! Ma cosa sono le onde gravitazionali?

Sono delle perturbazioni della metrica dello spazio-tempo che si propagano sotto forma ondulatoria. Sono state predette da Einstein con la sua teoria della relatività generale, ma sono serviti 100 anni e la mente geniale di Kip Thorne (sempre sia lodato) per poterle scoprire fisicamente. Infatti, nonostante siano generate da eventi estremamente energetici (pensate che la prima onda captata è stata emessa dalla fusione di due buchi neri che hanno liberato ben 3 masse solari sotto forma di energia) il loro segnale ha un’intensità bassissima: bisogna essere in grado di misurare una variazione nella lunghezza dei bracci del rivelatore pari a qualche 10-21. Torniamo però ai due eventi annunciati oggi. Il primo, captato il 5 gennario 2020, ha visto la fusione di un buco nero di 9 masse solari con una stella di neutroni di 1.9 masse solari, situati a circa 900 milioni di anni luce di distanza da noi. Il secondo segnale, rivelato il 15 gennaio 2020, ha visto la fusione di un buco nero di 6 masse solari con una stella di neutroni di 1.5 masse solari, a circa 1 miliardo di anni luce di distanza dalla Terra. Da dove sono arrivate esattamente queste due onde gravitazionali?

Bella domanda. Non si sa con precisione, perchè nel primo caso il segnale era forte solo in uno dei rivelatori, quindi l’area di cielo in cui cercare l’origine è pari a 34000 volte le dimensioni della Luna. Nel secondo caso invece è stato possibile usare le informazioni raccolte da tutti e tre i rivelatori, quindi dobbiamo cercare in una “fettina” di cielo con un’area pari a 3000 volte quella della Luna. Il miglior modo per restringere ancora di più il campo di solito è allertare gli osservatori che funzionano alle varie lunghezze d’onda dello spettro elettromagnetico, dai raggi gamma alle onde radio. In questo caso però non può funzionare, perchè pare proprio che nei due eventi le due stelle di neutroni coinvolte siano state divorate intere, senza essere prima distrutte dalle forze di marea del buco nero. Di conseguenza non è possibile vedere nessun disco di accrescimento. Perchè sono importanti questi due eventi?

Finalmente abbiamo la prova che i sistemi binari composti da un buco nero e una stella di neutroni esistono! Adesso possiamo cercare di capire meglio questi sistemi, come si formano e come evolvono. Nei prossimi tempi ne vedremo delle belle, quindi continuate a seguirci per altre entusiasmanti notizie spaziali!

A presto!

Sara

Immagine ottenuta dalle simulazioni della fusione di un buco nero con una stella di neutroni (Image credits: MAYA collaboration)

Ammassi, galassie e buchi neri

Mega ciao!

Dopo aver visitato l’ammasso globulare di M13, saliamo sulla nostra astronave e ci spostiamo verso quella costellazione all’orizzonte: la Vergine. Cosa ci sarà di bello da osservare? Nella Vergine troviamo una miriade di galassie. Infatti ci sono un po’ di ammassi di galassie, che ne contengono a migliaia, tutte legate gravitazionalmente l’una all’altra. Al centro dell’ammasso della Vergine troviamo una galassia ellittica supergigante: M87. Questa si è formata dalla cannibalizzazione di più galassie. Infatti negli ammassi ci sono così tanti oggetti che gli scontri galattici sono molto frequenti, quindi potete considerare M87 come l’Hannibal Lecter dello spazio. Questa galassia, situata a circa 52 milioni di anni luce di distanza è molto importante perchè al suo centro troviamo il primo buco nero ad essere mai stato fotografato. Ma come si fotografa un buco nero se, come dice il nome, è proprio nero?

Si usano 8 radiotelescopi sparsi in tutto il mondo e si combinano i dati raccolti con una tecnica chiamata interferometria. Quello che si vede nell’immagine è l’ombra del buco nero proiettata sul disco di accrescimento, che è un disco di polvere e gas che spiraleggia verso il buco nero. Perchè sono serviti 8 radiotelescopi e 2 anni di elaborazione dati?

Come vi dicevo, la galassia si trova a circa 52 milioni di anni luce di distanza, quindi, nonostante il buco nero sia bello grosso (ha una massa di circa 6 miliardi e 500 milioni di masse solari), le sue dimensioni angolari sono le stesse che avrebbe una pallina da tennis posta sulla superficie della Luna e osservata dalla superficie della Terra. Vi posso assicurare che non riuscireste a vederla nemmeno con i migliori telescopi ottici! Perchè è stato scelto il buco nero di M87 e non il buco nero al centro della Via Lattea?

Nonostante il secondo sia molto più vicino (si trova a circa 26000 anni luce di distanza) ha esattamente le stesse dimensioni angolari del buco nero di M87. Nel caso del buco nero al centro della Via Lattea però le osservazioni sono complicate dall’estinzione galattica, cioè dal fatto che sul piano galattico e man mano che ci avviciniamo al nucleo aumenta la quantità di polvere e gas interstellari che disturbano le osservazioni. Perchè è importantissima la foto del buco nero?

Oltre ad essere un gigantesco passo avanti nello studio dei buchi neri e nell’elaborazione dati, è un’ulteriore conferma della teoria della relatività generale. Infatti la foto risulta uguale alle immagini ottenute da simulazioni al computer basate proprio sulla teoria della relatività. Ancora una volta, zio Albert Einstein aveva ragione!

Un’ultima cosa: abbiamo detto che M87 si trova nell’ammasso della Vergine. Secondo recenti studi pare che il nostro Gruppo Locale, cioè il gruppo di una cinquantina di galassie di cui fanno parte la Via Lattea e la galassia di Andromeda, sia in realtà un estremo dell’ammasso della Vergine.

A presto!

Sara

La posizione di M87 nella costellazione della Vergine (Image credits: NASA)
M87 (Image credits: NASA)
Il buco nero di M87 (Image credits: Event Horizon Telescope)

Una miriade di stelle

Mega ciao!

Continuando il nostro tour degli oggetti più belli del cielo estivo non possiamo non parlare di M13. Questo ammasso globulare, situato nella costellazione di Hercules a circa 25000 anni luce di distanza da noi, è uno dei più belli da osservare anche con un piccolo telescopio. Se poi prendete un 40 cm di diametro e andate a 250 ingrandimenti le stelle vengono risolte (cioè riuscite a distinguere le sigole stelle) e saltano praticamente fuori dall’oculare. Ma cosa sono gli ammassi gobulari?

Sono insiemi di centinaia di migliaia di stelle che vediamo molto vicine, in una struttura praticamente sferica. Gli ammassi più massicci possono raggiungere una massa di circa 1 milione di masse solari. Si trovano principalmente nell’alone galattico e arrivano a distanze estremamente grandi. Infatti pare che ci sia un ammasso globulare che (forse) è legato gravitazionalmente alla Via Lattea situato addirittura più lontano rispetto alle due Nubi di Magellano, le galassie satellite della Via Lattea.

A presto!

Sara

La Nebulosa Laguna

Mega ciao!

Che altro c’è di interessante nel cielo estivo? Se guardate bene all’orizzonte potete vedere alcune stelle che, collegate da linee immaginarie, formano una gigantesca teiera spaziale: la costellazione del Sagittario. Qui, tra ammassi stellari e nebulose, ce n’è per tutti i gusti. Nella costellazione del Sagittario troviamo anche il centro galattico, dove c’è un buco nero supermassiccio con una massa di circa 3 milioni e 610 mila masse solari. Ma ovviamente contro il cielo nero di fondo non riuscirete mai a vederlo. Cosa possiamo osservare allora?

Uno degli oggetti più belli della costellazione del Sagittario è M8, una nube molecolare (detta anche nebulosa Laguna) situata a circa 5200 anni luce di distanza. Scoperta nel 1654 dall’astronomo italiano Giovanni Battista Hodierna, M8 è una nebulosa in cui sono attivi i processi di formazione stellare e ospita un ammasso stellare molto giovane, chiamato NGC 6530. La luce di queste stelle giovani, che emettono soprattutto nell’ultravioletto, ionizza il gas della nebulosa e la fa risplendere nell’ottico.

Vi ricordo che di solito le stelle non si formano isolate, ma in ammassi. NGC 6530, insieme all’ammasso del Trapezio nella nebulosa di Orione, ne è la prova. Come mai allora la maggior parte delle stelle visibili non si trovano in ammassi stellari e perchè gli ammassi non sono poi così numerosi?

Per gli ammassi risulta particolarmente importante la mortalità infantile. Alcuni studi dicono infatti che più o meno il 90% degli ammassi sono destinati ad essere distrutti. Occhio però che per mortalità infantile non intendo dire che le stelle muoiono e l’ammasso scompare. Intendo dire che le stelle possono scappare dall’ammasso perchè raggiungono la velocità di fuga a seguito di incontri ravvicinati con sistemi binari all’interno dell’ammasso stesso. In alternativa l’ammasso può essere distrutto a causa delle forza mareali della galassia ospite oppure per il passaggio di una nube molecolare gigante. Le stelle che scappano o che vengono strappate via dall’ammasso si dispongono in orbita attorno al centro galattico e diventano parte delle stelle di campo.

A presto!

Sara

M8