Author: Sara Federle

Mega ciao!
Come facciamo a capire se in un sistema è presente un disco di accrescimento? Uno dei metodi è analizzare le variabili cataclismiche e le binarie X di piccola massa, che sono sistemi binari in cui una delle due componenti è compatta. In particolare abbiamo che nelle variabili cataclismiche la stella compatta è una nana bianca. Si nota che questi sistemi presentano forti righe di emissione di idrogeno ed elio, che subiscono redshift e blueshift periodici, caratteristica del fatto che è presente un disco di accrescimento rotante. In più queste righe presentano un doppio picco, che può essere usato per calcolare la velocità circolare proiettata del disco. Se il sistema binario è ad eclisse le righe perderanno il picco blu all’inizio dell’eclisse, per poi recuperarlo gradualmente e perdere l’ala rossa verso la fine dell’evento. Questo indica la presenza di un disco di accrescimento che ruota attorno alla primaria nello stesso verso della secondaria.
A presto!

Sara

Mega ciao!
La maggior parte delle stelle si trovano in sistemi binari, cioè legate gravitazionalmente ad altre stelle. La cosa interessante è che molti di questi sistemi ad un certo punto della loro evoluzione vanno incontro al fenomeno del trasferimento di massa, in cui la stella primaria si mangia parte del materiale della secondaria. Questo può avvenire in due modi:
– una delle due stelle ad un certo punto si espande (diventa una gigante) o la separazione delle due stelle diminuisce per perdita di momento angolare. A questo punto l’inviluppo della secondaria si trova abbastanza vicino alla primaria da esserne attratto gravitazionalmente, quindi cade nella buca di potenziale della primaria. Però il materiale non può cadere direttamente nella stella. Prima deve perdere momento angolare, quindi si dispone attorno alla primaria in una struttura chiamata disco di accrescimento. Questo tipo di trasferimento di massa è detto trasferimento tramite il lobo di Roche.
– una delle due stelle durante la sua evoluzione perde massa tramite vento stellare. Il gas perso può essere catturato dall’attrazione gravitazionale della primaria /accrescimento tramite il vento stellare).
A presto!

Sara

Mega ciao!
Abbiamo visto che alla fine della sua vita il Sole diventerà una nana bianca. Come sapete ci sono stelle più massicce che collassano completamente in buchi neri. Nel 1783 Mitchell aveva ipotizzato che potessero esistere degli oggetti talmente massicci che nemmeno la luce sarebbe riuscita a sfuggirgli. Sappiamo che la velocità della luce è di circa 300000 km/s. Se assumiamo che la velocità di fuga sia quella della luce, possiamo trovare il raggio oltre il quale la luce non riesce più a scappare dal buco nero, raggio di Schwarzschild. Per farlo usiamo la legge di conservazione dell’energia meccanica, per cui poniamo l’energia cinetica (K) uguale all’energia potenziale gravitazionale (U). L’energia cinetica di un corpo è data da:
K=0,5*m*(v^2)
dove m è la massa e v è la velocità.
L’energia potenziale gravitazionale è:
U=G*m*M/R
dove G è la costante di gravitazione universale, m è la massa dell’oggetto, M è la massa della stella (o del buco nero) ed R è il suo raggio.
Nell’equazione dell’energia cinetica sostituiamo v con la velocità della luce (c) e uguagliamo le due formule:
0,5*m*(c^2)=G*M*m/R
e risolviamo per R:
R=2*G*M/(c^2)
Da qui notiamo una cosa importantissima: il raggio di Schwarzschild non dipende dalla massa del corpo in caduta nel campo gravitazionale del buco nero, ma dipende solo dalla massa del buco nero e dalla velocità della luce!
Ma se il Sole diventasse un buco nero quale sarebbe il suo raggio di Schwarzschild? La massa del Sole è M=1,99*10^30 kg, la costante di gravitazione universale è G=6,67*10^(-11) N*m^2/kg^2, quindi abbiamo:
R=2*6,67*10^(-11)*1,99*10^30/((3*10^8)^2)=2949,6 m
Dunque vediamo che se il Sole si trasformasse in un buco nero avrebbe un raggio di Schwarzschild di poco meno di 3 km. Nel caso della Terra invece il raggio di Schwarzschild risulterebbe di appena 8,85 mm.
Questo è il raggio dell’orizzonte degli eventi attorno ad un buco nero, ovvero l’orbita oltre cui nemmeno la luce riesce a scappare dal buco nero.
A presto!

Sara

Mega ciao!
SOLUZIONE ASTROQUIZ 6
Vi avevo chiesto cosa diventerà il Sole alla fine della sua vita. La risposta giusta è: una nana bianca. Il Sole ha circa 4 miliardi e 700 milioni di anni e si trova nella fase principale della sua vita, cioè nel periodo di vita in cui brucia l’idrogeno tramite reazioni nucleari e lo trasforma in elio. La fase principale per il Sole durerà per altri 5 miliardi di anni. Al termine di questo periodo il Sole si espanderà in una stella molto più grande, una gigante rossa che arriverà ad inglobare l’orbita di Marte e raggiungerà temperature abbastanza elevate da innescare le reazioni di fusione dell’elio. L’elio verrà trasformato in carbonio tramite una reazione chiamata triple alpha reaction, in cui tre atomi di elio-4 vengono fusi insieme per formare un atomo di carbonio-12. Una volta finito di bruciare tutto l’elio il Sole non riuscirà a raggiungere le temperature necessarie per innescare il bruciamento del carbonio, quindi espellerà gli strati più esterni della sua atmosfera, che andranno a formare una nebulosa planetaria, mentre il nucleo si contrarrà, si rimpicciolirà sempre di più finchè questo processo non sarà fermato dalla pressione di degenerazione degli elettroni, che bilancerà la forza di gravità. Al centro della nebulosa planetaria resterà quindi un cadavere stellare, chiamato nana bianca, che sarà molto più piccolo della stella di partenza. La nana bianca avrà un diametro di circa 10000 km.
A presto!

Sara

Mega ciao!
Nell’immagine ripresa dal Telescopio Spaziale Hubble potete ammirare la nebulosa uovo, una nebulosa pre-planetaria, creata da una stella di dimensioni simili al Sole, nelle fasi finali della sua vita. Il materiale di cui è composta la nebulosa è quello perso dalla stella. La fase di nebulosa pre-planetaria dura pochissimo, solamente qualche migliaio di anni. Al termine di questo intervallo di tempo la stella espellerà i suoi strati più esterni, che andranno a formare una nebulosa planetaria, mentre il nucleo si contrarrà su se stesso ed andrà a formare una nana bianca, una stella morta con un raggio di circa 10 mila chilometri. La nebulosa uovo è situata nella costellazione del Cigno a circa 3000 anni luce di distanza.
Buona Pasqua a tutti!

Sara

Mega ciao!
Abbiamo visto la classificazione morfologica dei Nuclei Galattici Attivi e abbiamo detto che possono essere radio quieti o radio brillanti. Queste due tipologie di AGN si distinguono nella parte radio e ad alte energie dello spettro, ma anche per la fase evolutiva. Andiamo a vedere un po’ come si attivano gli AGN e la loro evoluzione. Sappiamo che al centro nei Nuclei Galattici Attivi si trova un buco nero supermassiccio, con massa che va da 1 milione a 10 miliardi di masse solari. Abbiamo che il gas viene portato nelle regioni interne della galassia da fenomeni di merging/interazione con altre galassie o da instabilità del disco. Questo scatena una violenta formazione stellare (starburst) nelle regioni centrali, che porta ad un eccesso di emissione infrarossa nello spettro. Parte del gas, invece di andare a formare stelle, va ad accrescere il buco nero (BH, dall’inglese black hole). Dunque abbiamo fenomeni di formazione stellare mischiati a fenomeni di accrescimento. Questo attiva la fase di quasar otticamente brillante (è una fase radio quieta). La grande energia liberata dal quasar impedisce l’ulteriore accrescimento e fa espellere parte del materiale, sotto forma di radiazione. Il buco nero è circondato da un disco di gas, chiamato disco di accrescimento, che non può cadere direttamente sul BH, ma deve prima perdere momento angolare. Dunque il materiale perde momento angolare tramite dissipazione viscosa. Parte dell’energia viene trasformata energia radiante, mentre una parte viene trasferita al buco nero sotto forma di energia rotazionale. A questo punto una parte del materiale va ad accrescere la massa del buco nero. Finito questo processo il buco nero sarà circondato da un disco di accrescimento residuo e comincerà la sua fase radio brillante, in cui trasformerà la sua energia rotazionale in campi elettromagnetici e in energia delle particelle accelerate. La fase radio brillante è quindi caratterizzata da un buco nero in rotazione veloce, cosa che la distingue dalla fase radio quieta.
A presto!

Sara

Mega ciao!
SOLUZIONE ASTROQUIZ 5
Vi avevo chiesto che tipo di galassia è la Via Lattea. La risposta giusta è: la Via Lattea è una galassia a spirale barrata. E’ composta da uno sferoide centrale (o bulge), all’interno del quale si trova il buco nero supermassiccio Sagittarius A* (che ha una massa di circa 3 milioni e 610 mila masse solari). Il bulge è tagliato a metà da una barra di polvere e gas, dai cui lati si dipartono i bracci a spirale, che stanno attorno al nucleo su un piano che prende il nome di piano galattico. Sopra e sotto il piano, come in una sfera, si trova l’alone galattico, sede degli ammassi globulari, composti dalle stelle più vecchie della galassia. Nei bracci a spirale troviamo invece ammassi stellari aperti, cioè composti da stelle giovani, e moltissime zone di formazione stellare. La Via Lattea ha un diametro di circa 100 mila anni luce ed il nostro Sistema Solare si trova in una regione periferica, un ponte tra due bracci a spirale chiamato braccio di Orione, a circa 26 mila anni luce dal centro galattico. Si nota che le polveri ed il gas interstellare aumentano guardando in direzione del centro galattico. Questo è un problema per le osservazioni in quanto polvere e gas assorbono la luce delle stelle situate dietro la nube.
A presto!

Sara

Mega ciao!
Ieri abbiamo visto per la prima volta la foto di un buco nero (piango ancora). Mi è stato chiesto di spiegare cosa sono i buchi neri. Siete pronti? Partiamo!
Sapete che i pianeti e le stelle esercitano una certa forza di gravità e che per riuscire a scappare dal loro campo gravitazionale bisogna raggiungere la velocità di fuga. Nel caso della Terra la velocità di fuga è di 11,2 km/s. Nel 1783 John Mitchell ipotizzò l’esistenza di corpi la cui velocità di fuga fosse superiore a quella della luce, quindi maggiore di 300000 km/s, e chiamò questi corpi “Stelle oscure”. Nel 1916 Albert Einstein pubblicò la teoria della relatività generale in cui dimostrò che un campo gravitazionale influenza la traiettoria della luce. Successivamente Schwarzschild e Kerr descrissero la metrica attorno ad un buco nero e ad un buco nero rotante rispettivamente.
I buchi neri sono oggetti che curvano moltissimo la struttura dello spazio-tempo, al punto che da lì non riesce a scappare nemmeno la luce. Per questo motivo sono neri. Per capire cosa succede immaginiamo che l’universo sia un grande telo teso. Se mettiamo sul telo una pallina da golf non succede niente, se invece appoggiamo un peso di quelli che usano gli atleti olimpionici il telo si curva. La stessa cosa succede all’universo: i buchi neri sono talmente densi (la loro massa è concentrata in diametri piccoli) che curvano talmente tanto la struttura dello spazio-tempo che questa diventa uguale ad un imbuto, con il buco nero al centro. Il buco nero è circondato da una linea immaginaria, chiamata orizzonte degli eventi. Se superiamo questa linea non riusciamo più a tornare indietro, ma continuiamo a cadere verso il centro del buco.
Esistono diversi tipi di buchi neri:
– buchi neri stellari, con massa fino a 25 masse solari;
– buchi neri stellari massicci, con massa da 25 a 100 masse solari;
– buchi neri di massa intermedia, dalle 100 alle 100000 masse solari;
– buchi neri supermassicci, da 1 milione di masse solari in su.
I buchi neri stellari e quelli stellari massicci si formano dalla morte di stelle dalle 25/30 masse solari in su. Al termine della loro vita possono espellere gli strati più esterni delle loro atmosfere nelle esplosioni in supernova mentre il nucleo collassa completamente, oppure saltano l’esplosione e tutta la stella collassa direttamente in un buco nero. Dovete immaginare che tutta (o quasi) la massa della stella sia confinata in una sfera di massimo una decina di chilometri di raggio. Questo porta alla curvatura dello spazio-tempo di cui parlavamo prima.
I buchi neri supermassicci sembra che si formino dalla fusione di buchi neri di massa intermedia, mentre questi ultimi si possono formare dal collasso della prima generazione di stelle dell’universo (che sembra potessero raggiungere masse di un migliaio di masse solari) o dalla fusione di buchi neri di massa stellare.
I buchi neri possono mangiarsi la materia che gli passa troppo vicina. La cosa forte è che si mangiano anche le stelle! Se una stella si trova in orbita attorno ad un buco nero ed il suo inviluppo si trova abbastanza vicino al punto in cui si uniscono i potenziali gravitazionali dei due oggetti, il buco nero comincia a strappare materia alla stella. Però questa materia, dopo essere passata nella buca di potenziale del buco nero, non gli cade subito dentro, ma si dispone in orbita attorno ad esso. Il sistema formato da questo gas si chiama disco di accrescimento, perchè, dopo aver perso momento angolare, va ad accrescere il buco nero. Il disco di accrescimento è proprio quello che si vede nella foto pubblicata ieri e che vi ripropongo qui sotto. Vedete il disco con al centro una regione opaca: il buco nero (piango ancora di più).
Cosa c’è dentro il buco nero? Bella domanda! Nessuno lo sa. Ma noi ci fidiamo di Kip (sempre sia lodato): “I buchi neri sono fatti da spazio incurvato e tempo incurvato”.
A presto!

Sara

Mega ciao!
Abbiamo visto un po’ di fenomenologia e morfologia dei Nuclei Galattici Attivi. Ma come sono fatte queste sorgenti nucleari estremamente energetiche? Gli AGN sono composti da un buco nero supermassiccio, con una massa compresa tra 10^7 e 10^10 masse solari. Il buco nero è circondato da un disco di accrescimento, cioè un disco di gas che spiraleggia verso nucleo. Ad una distanza di circa 10^17 cm dal centro troviamo una regione composta da nubi dense, chiamata Broad Line Region, in cui si formano le righe di emissione allargate dall’effetto Doppler. A distanza di qualche centinaio di parsec troviamo una regione composta da nubi meno dense, chiamata Narrow Line Region, in cui si formano le righe strette. Circa il 10% degli AGN espelle gas in getti relativistici puntati nella direzione dell’asse di rotazione del buco nero. Il disco di accrescimento è circondato da un toro di polvere. In base a come il sistema è disposto lungo la nostra linea di vista vedremo solo le righe strette (situazione in cui la linea di vista interseca il toro di polvere), entrambi i tipi di righe (situazione intermedia) oppure nessuna riga (situazione in cui la linea di vista è esattamente lungo l’asse di rotazione del buco nero e quindi il jet di gas punta verso di noi). Nell’ultimo caso il Nucleo Galattico Attivo prende il nome di BLAZAR e, a causa dell’assenza di righe spettrali, risulta molto difficile determinarne il redshift.
A presto!

Sara