JWST: abbiamo la data di lancio!

Mega ciao!

Oggi deviamo un po’ dal tema forza di gravità per un annuncio fantastico! Pare che finalmente la NASA abbia deciso la data di lancio del James Webb Space Telescope! Si parte il 18 dicembre!Cosa farà questo telescopio spaziale?

Il JWST sarà “il sostituto” del Telescopio Spaziale Hubble, ma funzionerà in modo un po’ diverso. Mentre l’Hubble funziona prevalentemente nel visibile, il James Webb sonderà l’Universo nell’infrarosso. Quali sono i vantaggi?

Le nubi molecolari, cioè quelle nuvolette di gas e polvere da cui si formano le stelle, assorbono quasi tutta l’emissione nel visibile. Di conseguenza, se avete una stella all’interno o dietro una nube molecolare non riuscite a vederla. Ma questi oggetti sono praticamente trasparenti nell’infrarosso, quindi il James Webb permetterà di studiare le stelle in formazione e gli oggetti dietro queste nubi. Inoltre uno degli obiettivi è di osservare le atmosfere dei pianeti extrasolari. Attraverso questo studio il James Webb consentirà di stabilire se sul pianeta sia presente vegetazione. Spostandoci al di fuori della nostra galassia, il JWST andrà ad osservare le prime galassie formate nell’Universo e l’esplosione delle prime stelle. Si pensa che l’osservazione diretta di stelle di Popolazione III non sia possibile, ma le loro esplosioni in supernovae dovrebbero essere alla portata di questo telescopio. Perchè sono importanti le stelle di Pop III?

Sono le prime stelle formate nell’Universo ed erano composte esclusivamente da idrogeno ed elio. Questi erano gli unici elementi disponibili formati attraverso la nucleosintesi primordiale (tranne il litio, ma era presente in quantità bassissima), ben prima che l’Universo diventasse trasparente. Lo studio di queste stelle può darci una visione migliore dei processi di formazione, evoluzione stellare e di arricchimento del mezzo interstellare.

Dal James Webb ci aspettiamo quindi grandi cose! Speriamo che il lancio vada bene e che i pannelli si dispieghino senza problemi, una volta arrivato nel punto lagrangiano. In caso contrario…piangeremo tantissimo!

A presto!

Sara

JWST (Image credits: NASA)

La sublimazione di una luna

Mega ciao!

Per la serie “anche a luglio per noi astronomi è Natale”, arriva una notizia bomba da Ganimede, uno dei satelliti di Giove scoperti dal buon vecchio Galileo Galilei. Ganimede ha attirato spesso l’attenzione degli astronomi perchè è una luna ricorperta da uno strato di circa 160 km di ghiaccio e sotto tutto quel ghiaccio c’è un oceano d’acqua. Pensate che Ganimede, la luna più grande del Sistema Solare, contiene addirittura più acqua di quella presente negli oceani terrestri. La NASA ha appena annunciato che grazie al Telescopio Spaziale Hubble sono state scoperte tracce della presenza di vapore acqueo su Ganimede. Quindi ci sono geyser come su Europa ed Encelado?

Pare di no. Sembra che il vapore acqueo si origini dalla sublimazione, cioè il passaggio diretto da solido a gas, della superficie ghiacciata del satellite. Come hanno fatto questa scoperta?

Analizzando le immagini riprese dal Telescopio Spaziale Hubble nell’ultravioletto. Studi precedenti avevano evidenziato la presenza di strisce colorate di gas elettrificato, chiamate bande aurorali, che testimoniano la presenza di un debole campo magnetico. Analizzando la distribuzione dell’aurora si è scoperto che la temperatura varia molto nel corso del giorno e che, attorno a mezzogiorno, nella regione dell’equatore diventa abbastanza alta da far sublimare il ghiaccio. Le differenze notate nelle immagini UV sono direttamente correlate a dove ci aspettiamo di trovare acqua nell’atmosfera di Ganimede. Perchè è importante questa scoperta?

Il vapore acqueo in atmosfera, la crosta ghiacciata spessa decine di chilometri e l’oceano d’acqua sotto di essa rendono Ganimede il laboratorio ideale per lo studio dell’evoluzione e della potenziale abitabilità dei mondi ghiacciati. Che ci sia vita su questa luna?

Forse questa domanda troverà una risposta con la missione JUICE dell’Agenzia Spaziale Europea, che sarà lanciata nel 2022 e arriverà su Giove nel 2029. L’obiettivo della missione è di esplorare Giove e tre delle sue lune più grandi, tra cui proprio Ganimede. Tra qualche anno ne vedremo delle belle!

A presto!

Sara

Ganimede (Image credits: NASA)

Si torna su Europa

Mega ciao!

Grandi notizie! La NASA ha annunciato che nel 2024 la sonda Europa Clipper sarà sparata nello spazio dai Falcon Heavy di SpaceX. Questa missione è particolarmente importante perchè ci riporterà su Europa, uno dei quattro satelliti di Giove scoperti dal buon vecchio Galileo Galilei. La sonda compirà 40-50 flyby, cioè passaggi ravvicinati, di Europa che permetteranno di mappare completamente questo satellite. Ma cosa c’è di speciale su questa piccola luna?

Europa è composta da una crosta di ghiaccio spessa più di 20 km. Con il passaggio delle sonde Voyager si è scoperto che la superficie è caratterizzata da numerosissime spaccature nel ghiacchio. I blocchi sono stati visti slittare l’uno rispetto all’altro e dalle analisi è stato scoperto che lì sotto c’è un oceano d’acqua. Come se questo non fosse abbastanza interessante, grazie alle immagini riprese dal Telescopio Spaziale Hubble è stato visto un getto di materiale sparato nello spazio da una di queste spaccature. Quindi sembra proprio che nell’oceano di Europa o in delle cavità nella crosta di ghiaccio siano presenti delle sorgenti idrotermali. La cosa forte è che queste sorgenti sono presenti anche negli oceani terrestri e sono caratterizzate dalla presenza di una bella varietà di forme di vita: dalle colonie di batteri a gamberetti, molluschi e pesciolini. Che ci sia il sushi gratis su Europa?

Chi lo sa! Europa Clipper potrebbe aiutarci a rispondere a questa domanda. I prossimi anni saranno quindi particolarmente entusiasmanti dal punto di vista dell’esplorazione spaziale!

A presto!

Sara

Rappresentazione di Europa Clipper (Image credits: NASA)

Esoluna all’orizzonte

Mega ciao!

Tempo fa vi ho parlato della ricerca di pianeti extrasolari, cioè di pianeti che orbitano attorno a stelle diverse dal Sole. Questo campo è talmente interessante che gli sono state dedicate addirittura delle missioni spaziali come Kepler e TESS. Al momento sono stati confermati 4438 pianeti e ce ne sono altri 4349 in attesa di conferma. A questo punto però sorge una domanda: questi pianeti extrasolari hanno anche delle lune?

Proprio ieri è stata annunciata una scoperta eccezionale: con ALMA (Atacama Millimiter/submillimiter Array) è stato osservato per la prima volta un disco di materiale da cui si sta formando una luna attorno ad un esopianeta. Nella prima immagine qui sotto vedete un disco molto luminoso che circonda la stella PDS 70, situata nella costellazione del Centauro a circa 400 anni luce da noi. Inoltre, a destra della stella, molto vicino al disco protoplanetario, si vede un bel pallino luminoso: è il pianeta PDS 70c, uno dei due giganti gassosi ancora in fase di formazione. Il secondo pianeta non risulta visibile nell’immagine. Nella seconda foto invece si vede un ingrandimento della regione attorno al pianeta. Notate che è circondato da del materiale? Quello è il suo disco circumplanetario. Bellissimo! Pensate che, anche se sembra piccolo, il suo diametro è circa uguale alla distanza Terra-Sole, cioè circa 150 milioni di chilometri. Questo disco contiete talmente tanto materiale che potrerbbe formare ben tre lune.

Lo studio di questo sistema è estremamente importante perchè può darci informazioni fondamentali per capire i processi di formazione dei sistemi planetari.

A presto!

Sara

Il sistema planetario PDS 70 (Image credits: ALMA)
PDS 70c e il suo disco circumplanetario (Image credits: ALMA)

Pianeti adolescenti

Mega ciao!

Grandi notizie da Tess! Il telescopio spaziale, lanciato nel 2018, che ha la missione di cercare pianeti extrasolari con il metodo dei transiti ha confermato la scoperta di altri due pianeti! Ad oggi il conto sale quindi a 4217 candidati e 131 pianeti confermati. Ma ricapitoliamo. Come funziona il metodo dei transiti?

In pratica il telescopio spaziale monitora continuamente la luce di una miriade di stelle. Nel caso in cui ci siano uno o più pianeti e se le loro orbite si trovano lungo la nostra linea di vista (o un po’ inclinate, ma occhio che l’angolo di inclinazione dev’essere piccolissimo) allora passeranno in mezzo tra noi e la loro stella. Quindi li vediamo? No. Quello che possiamo osservare è una diminuzione della luminosità della stella, caratterizzata da una curva di luce dalla tipica forma ad U. La diminuzione di luminosità avviene periodicamente, visto che i pianeti continuano ad orbitare attorno alle proprie stelle. Per capire meglio come funziona, basta che pensiate a quando dalla Terra vediamo i pianeti interni, cioè Mercurio e Venere, transitare davanti al Sole. Quello che osserviamo è il pallino nero di questi due pianeti percorrere tutto il disco solare. Di conseguenza, durante questi eventi, la luce che ci arriva dal Sole diminuisce. Nel caso dei pianeti extrasolari succede esattamente la stessa cosa. L’unica differenza è che le stelle sono talmente lontane che le vediamo come sorgenti puntiformi, quindi non possiamo vedere il pallino del loro pianeta che attraversa il loro disco. L’evento è visibile solo nella curva di luce. Detto questo, torniamo alle due nuove scoperte. Cos’hanno di particolare?

I due nuovi pianeti, orbitanti rispettivamente attorno alle stelle TOI 2076 e TOI 1807, sono considerati dei pianeti adolescenti. Si trovano infatti in una fase di transizione nel loro ciclo vitale, in cui non sono più considerati appena nati ma non sono ancora stabili come i pianeti del Sistema Solare. TOI 2076 b e TOI 1807b si trovano a 130 anni luce nelle costellazioni di Bootes e dei Cani da Caccia rispettivamente. Orbitano attorno a due stelle di tipo K, che sono più fredde del Sole, molto giovani: hanno solo 200 milioni di anni. Sono soggette a flare molto più energetici di quelli solari e producon 10 volte più radiazione UV di quanta ne produrranno quando avranno la stessa età che ha il Sole oggi. Inoltre, analizzando il moto delle due stelle è stato scoperto che, anche se non sono legate gravitazionalmente, si sono formate dalla stessa nube molecolare. Il pianeta TOI 2076b è un mini-Nettuniano, con una dimensione 3 volte maggiore di quella della Terra, che orbita attorno alla sua stella in 10 giorni. TOI 1807b invece è grande il doppio della Terra e orbita attorno alla sua stella in sole 13 ore. E’ interessante notare che periodi orbitali così brevi indicano che i due pianeti si trovano molto vicino alle rispettive stelle. Per capirlo basta ricordare la terza legge di Keplero, che dice che il quadrato del periodo di rivoluzione di un pianeta attorno alla sua stella è proporzionale al cubo del semiasse maggiore dell’orbita (P2=k*a3). Questo significa che pianeti più interni avranno periodi di rivoluzione più corti. L’esempio migliore ci arriva dal nostro Sistema Solare. Sapete che la Terra orbita attorno al Sole in un anno. Mercurio, il pianeta più piccolo e più vicino al Sole, ci mette solo 88 giorni, mentre Saturno, il signore degli anelli spaziale, impiega ben 10756 giorni. Più vicino è un pianeta alla sua stella più radiazione riceve. TOI 2076b riceve 400 volte più radiazione UV di quella che arriva alla Terra dal Sole. E TOI 1807b? Riceve addirittura 22000 volte più radiazione UV di quella che arriva alla Terra.

A presto!

Sara

Rappresentazione artistica di TOI 1807b (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)

Una spirale nell’Universo giovane

Mega ciao!

Alma (Atacama Large Millimiter/submillimiter Array) ha fatto una scoperta sensazionale: una galassia a spirale antichissima. BRI 1335-0417 dista da noi circa 12 miliardi e 400 milioni di anni luce, quindi la sua luce è partita 12.4 miliardi di anni fa, solo 1.4 miliardi di anni dopo il Big Bang. Questa è la galassia a spirale più antica mai osservata. I suoi bracci si estendono per 15000 anni luce dal centro galattico, quindi non è una galassia molto grande (pensate che la Via Lattea ha un diametro di circa 100 mila anni luce), però ha una massa circa uguale a quella della nostra galassia. L’osservazione di questo oggetto è importantissima per l’astronomia: potrebbe infatti darci un’idea di come e quando si sono formate le galassie a spirale. Inoltre lo studio della sua struttura può fornirci informazioni preziose sull’ambiente in cui si è formato il Sistema Solare.

A presto!

Sara

BRI 1335-0417 (Image credits: Alma)

Produrre ossigeno su un altro pianeta

Mega ciao!

Vi ricordate che il 18 febbraio Perseverance è ammartato? Ebbene la missione continua con risultati veramente entusiasmanti. Dopo il volo di Ingenuity, il primo drone ad aver mai volato su un pianeta diverso dalla Terra, Perseverance ha condotto con successo un esperimento bellissimo: ha preso l’anidride carbonica presente in atmosfera marziana e l’ha trasformata in ossigeno. Perchè questo risultato è particolarmente esaltante? I motivi sono due:

1- la produzione di ossigeno può fare da rifornimento di combustibile per i razzi che serviranno per il viaggio di ritorno degli astronauti che in un non lontano futuro andranno su Marte;

2- agli astronauti serve ossigeno per vivere e sapere di poter produrre in situ l’ossigeno necessario non è cosa da poco.

Altra cosa interessante: cosa ottengono gli astronauti se aggiungono un po’ di idrogeno all’ossigeno creato? Acqua, che guarda caso è indispensabile per la sopravvivenza. Certo, devono stare un po’ attenti a combinare il tutto nel modo giusto per non rischiare di farsi esplodere come il povero Mark Watney di The Martian. Adesso starete pensando: ma non si possono portare l’acqua dalla Terra? Purtroppo non è possibile portarsi dietro una quantità infinita di acqua, perchè l’astronave peserebbe troppo. Quindi gli astronauti che affronteranno un viaggio su Marte, come quelli che vanno ad abitare per un po’ di mesi sulla Stazione Spaziale Internazionale, riciclano l’acqua (cioè bevono la loro pipì opportunamente filtrata). Il problema sorge se si rompe il depuratore, quindi avere la possibilità di produrre acqua sul Pianeta Rosso sarà una gran cosa!

A presto!

Sara

Grafico che mostra la produzione di ossigeno da parte dello strumento MOXIE di Perseverance (Image credits: NASA)