Una finestra sull'Universo

Confermate su scala cosmica le previsioni della relatività generale

2010-03-12T16.32.00Z

Una serie di nuovi dati sperimentali smentiscono alcune teorie secondo le quali in un'epoca primordiale la dinamica dell'universo avrebbe deviato da quella basata sulla teoria generale della relatività di Einstein. L'analisi di oltre 70.000 galassie effettuata da un gruppo internazionale di ricercatori dimostra, infatti, che l'Universo, almeno fino a una distanza di 3,5 miliardi di anni luce da noi, segue con precisione quanto previsto dalla teoria della relatività generale. Grazie al conteggio del numero di galassie che si raggruppano in ammassi e all’analisi delle loro velocità e delle distorsioni prodotte nelle immagini di oggetti distanti dovute al materiale interposto (effetto di “lente gravitazionale), i ricercatori sono stati in grado di dimostrare che la teoria di Einstein spiega la struttura e la dinamica del cosmo “vicino” in maniera migliore di quanto facciamo le teorie alternative a quella della relatività generale.

Uno dei risultati più importanti di questo nuovo studio è che l’esistenza della “materia oscura” è la spiegazione più probabile per giustificare la dinamica osservata degli ammassi di galassie.

Un esempio di lente gravitazionale fotografata dal Telescopio Spaziale ‘Hubble’. I 5 cerchietti celesti indicano le immagini multiple di un quasar distante che si trova allineato tra la Terra e l’ammasso di galassie che fa da lente. Il cerchietto e le due ellissi rosse indicano lo stesso fenomeno per una galassia.

Una delle previsioni più straordinarie della teoria generale della relatività è che la gravità dovuta a delle grandi masse incurvi lo spazio-tempo causando così la deviazione dei raggi di luce che attraversano queste regioni dello spazio. Questa parte della teoria è stata verificata numerose volte con osservazioni astronomiche di stelle vicine che durante un’eclisse di Sole si trovavano in prospettiva nelle vicinanze del disco della nostra stella. Dato che il Sole con la sua massa deforma lo spazio circostante anche la traiettoria della luce subisce un cambiamento della sua traiettoria ed appare leggermente spostata rispetto alla sua normale posizione. Altri test effettuati su scala galattica e intergalattica si erano rivelati finora inconcludenti.

Questi test hanno acquisito molta importanza negli ultimi decenni poiché l’idea che una qualche massa invisibile permei l’universo non trova d’accordo alcuni cosmologi teorici, che hanno cercato di modificare la teoria della relatività generale in modo da poter fare a meno della presenza della materia oscura. Analogamente, per evitare l’ipotesi dell’esistenza di una ”energia oscura”, proposta per spiegare il fatto che l’espansione dell’Universo invece di rallentare sembra accelerare, sono state formulate altre teorie, come quella denominata f(R).

Il risultato finale di questo lavoro è che queste teorie alternative, che non richiedono l'esistenza della materia oscura, non sono in accordo con le osservazioni.

In particolare, i dati sperimentali vanno a confutare la teoria della gravità tensoriale-vettoriale-scalare (TeVeS), e smentiscono i dati riportati recentemente, secondo cui tra 8 e 11 miliardi di anni fa la dinamica dell'universo avrebbe deviato dalla descrizione che viene data dalla teoria generale della relatività.

Phobos visto da vicino

2010-03-11T20.12.00Z

La sonda dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA) Mars Express lo scorso 3 marzo ha effettuato un passaggio ravvicinato a soli 67 km da Phobos, il più grande e il più interno dei due satelliti naturali di Marte (l'altro è Deimos) attorno a cui orbita ad una distanza inferiore a 6.000 km. Si tratta del satellite naturale più vicino al proprio pianeta dell'intero Sistema Solare.

Il satellite orbita attorno a Marte più rapidamente di quanto il pianeta ruoti su sé stesso; sorge quindi ad ovest, si muove molto rapidamente nel cielo marziano (attraversandolo al più in 4 ore e 15 minuti), e tramonta ad est, ripetendo il ciclo ogni 11 ore e 6 minuti. Si trova così vicino alla superficie di Marte, in un'orbita equatoriale a bassa inclinazione, che non può essere osservato dalle regioni marziane con una latitudine superiore ai 70°.

A causa della vicinanza a Marte, le forze mareali esercitate dal pianeta stanno abbassando l'orbita di Phobos ad un ritmo di 1,8 metri per secolo, per cui in circa 50 milioni di anni il satellite impatterà contro la superficie di Marte o, più probabilmente, si disintegrerà andando a formare un anello attorno al pianeta. Di forma abbastanza irregolare, con dimensioni di 27 × 21,6 × 18,8 km, Phobos è probabilmente un asteroide catturato, rimane comunque un mistero come Marte abbia potuto legarlo a se in un'orbita quasi perfettamente circolare. La superficie di Phobos appare pesantemente craterizzata ed ha un colore scuro simile a quello degli asteroidi di tipo C della Cintura Principale. La sua densità è tuttavia troppo bassa per poter essere costituito solo da roccia: esso è probabilmente composto da una mistura di roccia e ghiaccio, oppure la sua struttura interna presenta delle cavità.

Immagine ad alta risoluzione di Phobos ottenuta dalla sonda europea Mars Express. La grande depressione che caratterizza la superficie di questo satellite di Marte è il cratere da impatto Stickney.

La sua caratteristica principale è il grande cratere denominato Stickney. L’impatto che l’ha generato fu così devastante che avrebbe dovuto distruggere il piccolo corpo planetario. Le striature che percorrono l'intera superficie del satellite sono forse state causate da questo evento. È stato ipotizzato che Phobos non sia un corpo compatto, ma un agglomerato con una porosità del 25-35%. Una tale struttura potrebbe spiegare sia il basso valore della sua densità (1,9 g/cm³), sia la capacità di resistere ad impatti potenzialmente catastrofici, come quello che generò il cratere Stickney.

I passaggi ravvicinati di Mars Express già effettuati e in programma permetteranno di caratterizzare in maniera estremamente precisa il campo gravitazionale del satellite ed ottenere una stima delle variazioni di densità presenti nella sua struttura. Una tale analisi sarà in grado di rilevare la presenza di eventuali vuoti al suo interno.

Phobos, molto probabilmente, è un oggetto di seconda generazione che si è formato dall’aggregazione di frammenti prodotti dalla distruzione catastrofica di un altro oggetto planetario. Oltre ad alcuni asteroidi, anche altre lune in orbita attorno ad altri pianeti hanno verosimilmente un’origine di questo genere, come per esempio il satellite di Giove Amalthea.Il fly-by del 3 marzo è uno dei dieci già effettuati in febbraio e previsti entro la fine del mese. Nei primi due sono state effettuate osservazioni radar per cercare di caratterizzare la struttura interna di questa luna marziana, mentre nei prossimi verranno riprese immagini ad altissima risoluzione della sua superficie.

La nebulosa di Orione: un laboratorio di chimica organica

2010-03-09T19.50.00Z

Il telescopio orbitante Herschel, lanciato lo scorso maggio dall’Agenzia Spaziale Europea (ESA), ha rivelato la presenza di molecole organiche, che sono alla base dello sviluppo della vita, nella nebulosa di Orione (M 42), una regione di intensa formazione stellare che dista da noi circa 1.300 anni luce. Analizzando le righe presenti negli spettri ottenuti nella banda del lontano infrarosso(i picchi evidenti nel grafico sovrapposto all’immagine della regione centrale della nebulosa di Orione), è stato possibile identificare numerose molecole tra le quali le più note sono l’acqua, il monossido di carbonio, la formaldeide, il metanolo, l’etere dimetilico, l’acido cianidrico (un potente veleno), l’ossido e il biossido di zolfo.

Immagine della regione centrale della nebulosa di Orione con sovrapposto lo spettro infrarosso in cui sono evidenti le righe di numerosi composti chimichi complessi precursori dello sviluppo di un'attività biologica nel caso si trovassero in un ambiente caratterizzato da condizioni ideali, come nel caso della Terra circa 3,8 miliardi di anni fa.

Nebulose come quella di Orione sono formate dalla materia da cui nasceranno nuove stelle e da tempo sappiamo che la chimica complessa che si sviluppa in esse porta alla formazione di molecole prebiotiche molto prima che il gas e le polveri si condensino per dare origine a stelle e pianeti. Esiste quindi la possibilità che alcune di queste molecole interstellari possano trovare un ambiente sulla superficie di un giovane pianeta con caratteristiche simili alla giovane Terra alcuni miliardi di anni fa adatto allo sviluppo della vita.

Le molecole, quando ruotano e vibrano, emettono radiazione a varie frequenze, in particolare nelle bande radio e infrarosse, e ciascuna di esse presenta delle linee spettrali a precise lunghezze d’onda che rappresentano le “impronte digitali” che identificano in maniera inequivocabile quella particolare molecola. Confrontando gli spettri osservati con quelli ottenuti in laboratorio, è possibile identificare con precisione uno specifico composto. Finora si conoscono più di 140 differenti molecole nello spazio interstellare, alcune delle quali formate da oltre dieci atomi.
La nebulosa di Orione è conosciuta come una delle più prolifiche “industrie chimiche” dello spazio, anche se la completa gamma della sua chimica ed i percorsi di formazione delle molecole sono ancora parzialmente incompresi. I nuovi dati, ottenuti con strumenti sensibili alla radiazione infrarossa, dimostrano il grande ruolo che Herschel potrà avere nella comprensione della formazione delle molecole organiche nello spazio interstellare.

Pianeti a mezzogiorno

2010-03-07T16.46.00Z

Oggi 7 marzo, Giove e Mercurio se fossero visibili nel cielo notturno ci apparirebbero separati tra di loro da una distanza angolare di poco superiore a 1°. Questa bella congiunzione non è però visibile dalla Terra poiché i due pianeti si trovano in prossimità del Sole. I nostri occhi si perderanno quindi questo bellissimo spettacolo, che però non è sfuggito al satellite SOHO (SOlar and Heliospheric Observatory), una missione congiunta ESA-NASA che da quasi 15 anni con i numerosi strumenti di cui dispone sta tenendo sotto continuo controllo la nostra stella. E’ stato appunto uno di questi strumenti, LASCO (Large Angle Spectroscopic Coronographs), che, utilizzando un dischetto (coronografo) posto sul piano focale del piccolo telescopio per evitare che l’abbacinante luce proveniente dalla fotosfera impedisca di vedere le regioni prossime al disco solare, ha permesso di ottenere una bellissima sequenza di immagini del più grande e del più piccolo dei pianeti del Sistema Solare mentre si stanno avvicinando apparentemente l’uno all’altro.

Immagine ripresa ieri dallo strumento LASCO del satellite per l'osservazione del Sole SOHO, in cui sono visibili Giove e Mercurio in congiunzione e un'eiezione di materia dalla corona (CME).

Questa osservazione ha permesso di riprendere anche una eiezione di materia dalla corona solare, una cosiddetta CME (acronimo dell’inglese Coronal Mass Ejection). Si tratta di materiale espulso sotto forma di plasma ed è costituito principalmente da elettroni e protoni (oltre a piccole quantità di elementi più pesanti come elio, ossigeno e ferro), che viene trascinato nello spazio interplanetario dal campo magnetico della corona solare.
Quando queste nubi di particelle cariche raggiungono il nostro pianeta (in questo caso vengono chiamate ICME - Interplanetary CME) possono disturbare la magnetosfera terrestre, comprimendola nella regione illuminata dal Sole ed espandendola nella regione non illuminata. Quando avviene la riconnessione della magnetosfera nella zona notturna, si generano migliaia di miliardi di watt di potenza diretti verso l'atmosfera terrestre superiore, che provocano aurore polari particolarmente intense. Le espulsioni di massa della corona assieme ai flare (enormi esplosioni indotte dal campo magnetico del Sole che periodicamente si verificano sulla sua superficie) possono disturbare le trasmissioni radio, creare interruzioni di energia elettrica, danneggiare i satelliti e le linee di trasmissione elettriche.

Sull’origine dei raggi cosmici Enrico Fermi aveva ragione

2010-03-06T17.53.00Z

I raggi cosmici sono particelle e nuclei atomici di alta ed altissima energia che, muovendosi quasi alla velocità della luce, colpiscono il nostro pianeta da ogni direzione ed interagendo con gli atomi e le molecole dell’atmosfera producono dei veri e propri sciami di particelle secondarie. Come dice il nome stesso, provengono dal Cosmo, cioè dallo spazio che ci circonda. La loro origine è sia galattica che extragalattica. L’esistenza dei raggi cosmici fu scoperta dal fisico tedesco Victor Hess agli inizi del XX secolo. All’epoca gli scienziati si trovavano di fronte a un problema che non riuscivano a spiegare: sembrava che nell’ambiente ci fosse molta più radiazione di quella che poteva essere prodotta dalla radioattività naturale.

I raggi cosmici hanno energie che variano in un intervallo molto ampio. La loro energia si esprime nell’unità di misura chiamata elettronvolt (eV) e va da circa 10⁸ eV (ovvero 100 MeV) fino a 10²⁰ eV, che corrisponde grosso modo all’energia cinetica di una pallina da tennis lanciata a 100 km/h .

I raggi cosmici di energia più bassa sono i più numerosi, mentre il loro numero diminuisce all’aumentare dell’energia. Per esempio, il numero di raggi cosmici che arrivano sulla Terra con energia intorno a 10⁹ eV (1 GeV) è di circa 1 per m² per secondo, ma diventa 1 per m² per anno a 10⁶ GeV e addirittura solo 1 per km² per secolo alle energie più alte mai osservate (10²⁰ eV). Per questo motivo è molto difficile riuscire ad osservare i raggi cosmici di energia elevatissima. Ma da dove vengono e da cosa sono prodotti?

Quando i raggi cosmici di alta energia interagiscono con gli atomi e le molecole dell'atmosfera terrestre producono sciami di particelle secondarie di energia più bassa. La coltre di gas che circonda il nostro pianeta rappresenta un efficace schermo che ci protegge dagli effetti negativi di queste particelle ionizzanti.

Circa 60 anni fa Enrico Fermi per primo propose un meccanismo in grado di spiegare le enormi energie raggiunte dai raggi cosmici che permeano la nostra Galassia. Lo confermano adesso le recenti osservazioni della missione per lo studio dei raggi gamma che la NASA ha dedicato proprio al famoso scienziato italiano. Il satellite Fermi, infatti, al quale l’Italia collabora con l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), l’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) e l’Agenzia Spaziale Italiana (ASI), ha trovato la prova conclusiva che le cose stanno effettivamente come era stato ipotizzato dal grande fisico italiano.

Secondo l'ipotesi di Fermi, i raggi cosmici vengono accelerati in dense nubi di gas magnetizzato in movimento. Per molti anni questo “meccanismo di Fermi”, con le sue varianti, è rimasto l’unico praticabile e proprio per la sua importanza la NASA ha deciso di dare il nome di Fermi al grande osservatorio spaziale per l’astronomia gamma lanciato nel giugno 2008. Negli ultimi 50 anni gli astrofisici hanno individuato nei resti delle supernove i siti cosmici più adatti a creare le condizioni previste da Fermi. E oggi il Large Area Telescope (LAT), il rivelatore per raggi gamma di alta energia collocato a bordo del satellite Fermi, ha infatti osservato in vari resti di supernova un’intensa emissione gamma correlata con gli inviluppi di materia espulsa nell’esplosione e con la presenza di dense nubi di gas interstellare.

Un resto di supernova è la struttura risultante dalla gigantesca esplosione con cui improvvisamente termina la propria evoluzione una stella di grande massa quando ha esaurito il combustibile nucleare, che “bruciando” ne sorregge l’enorme massa contrastando la forza gravitazionale che tende a farla collassare. Il meccanismo svelato dal satellite Fermi è semplice e chiaro: i protoni, che costituiscono la maggior parte dei raggi cosmici sono inizialmente accelerati nelle collisioni fra gli strati di materia espulsa nell’esplosione di supernova e producono raggi gamma di altissima energia quando interagiscono con i nuclei atomici del gas interstellare. Le osservazioni di Fermi hanno mostrato evidenza di questo meccanismo in ben quattro resti di supernove di varie età (da estremamente giovani, cioè di poche centinaia di anni, ad altre risalenti a migliaia di anni fa). A più di 60 anni di distanza, quindi, l’ipotesi di Enrico Fermi trova una conferma sperimentale. Le nuove osservazioni raggiungono uno degli obiettivi fondamentali della missione e mostrano quanto sia ampio il suo contributo alla nostra comprensione dell’Universo. Aver capito dove i protoni vengono accelerati a velocità prossime a quelle della luce è un risultato di grandissima importanza.

Fu un asteroide il killer dei dinosauri

2010-03-05T20.54.00Z

Circa 65 milioni di anni fa, in un tempo relativamente breve, oltre il 50% delle specie allora viventi sul nostro pianeta, tra cui i dinosauri, si estinsero. Le cause proposte come responsabili di un così tremendo trauma subito dall’ecosistema terrestre sono state molte, da un improvviso e drastico cambiamento climatico, ad un repentino incremento dell’attività vulcanica su scala globale, sino all’impatto di un asteroide di una decina di chilometri di diametro. Adesso, un gruppo di esperti internazionali nel corso della 41^a Lunar and Planetary Science Conference (LPSC), che si è conclusa oggi a The Woodlands (Texas), hanno affermato che con ragionevole certezza il colpevole di questa catastrofe globale è stato l’impatto asteroidale che dette origine al cratere di Chicxulub, nel nord della penisola dello Yucatan (Messico). Dopo aver esaminato una vasta gamma di elementi relativi alle teorie concorrenti, il gruppo ha affermato che a fornire la prova definitiva sono state le strutture presenti all'interno del cratere. I modelli al computer hanno previsto quanta roccia è stata vaporizzata o espulsa a seguito dell'impatto e permesso di visualizzare gli sconvolgenti eventi verificatisi pochi minuti dopo l'impatto. Mentre la parte anteriore della asteroide colpiva la Terra, il lato opposto era ancora nell’alta atmosfera, producendo in essa un enorme buco.

Immagine artistica dell'impatto di un asteroide di grandi dimensioni con la Terra.

L’estinzione del Cretaceo-Terziario (KT) è stata uno delle maggiori nella storia del nostro pianeta, seconda solo a quella che circa 250 milioni di anni fa causò il passaggio dal Permiano al Triassico. Le evidenze di questo impatto sono state scoperte in strati geologici in tutto il mondo. Anche se l’ipotesi dell'impatto è ampiamente accettata come la causa per l'estinzione di massa di questo periodo, alcuni scienziati mostrano dello scetticismo, affermando, ad esempio, che i microfossili del Golfo del Messico mostrano che l'impatto si è verificato ben prima dell'estinzione di massa, ragion per cui questo evento non sarebbe stato la causa primaria.
Il vulcanismo parossistico che interessò in quel periodo la parte occidentale dell’India, dando origine al Deccan, è stato anche proposto come la causa principale dell'estinzione. Ma i modelli hanno dimostrato che un impatto di tale portata avrebbe provocato istantaneamente onde d'urto devastanti nell’atmosfera terrestre, un fortissimo impulso di grande calore e tsunami di enormi dimensioni su scala globale. Inoltre, un rilascio di grandi quantità di polvere, detriti e gas avrebbe portato ad un raffreddamento prolungato della superficie terrestre, i bassi livelli di luce e l'acidificazione degli oceani avrebbero ridotto drasticamente la fotosintesi delle piante e le specie il cui nutrimento dipendeva da queste.
L’energia sviluppata dall’impatto che ha prodotto il cratere di Chicxulub è stata pari a circa un miliardo di volte quella della bomba atomica che distrusse Hiroshima. Avrebbe espulso in atmosfera un’enorme quantità di materiale ad altissima velocità, innescando una catena di eventi che hanno causato un lungo inverno a livello globale, spazzando via gran parte della vita sulla Terra nel giro di pochi giorni.
L'asteroide si vaporizzò in maniera esplosiva, creando un cratere profondo circa 30 km e del diametro di oltre 100 km con i bordi alti come l'Himalaya. Nel giro di soli due minuti questi franarono verso l'interno e le parti più profonde del cratere rimbalzarono verso l'alto dando origine ad un picco centrale, tipico dei crateri da impatto di grandi dimensioni.
Questi eventi terrificanti provocarono l'estinzione di oltre il 50% delle specie conosciute. I piccoli mammiferi che in quel tempo vivevano sulla Terra si dimostrarono più adatti alla sopravvivenza rispetto ai giganteschi dinosauri e la scomparsa di questi animali dominanti ha spianato la strada allo sviluppo rapido dei mammiferi di cui noi facciamo parte. Possiamo quindi affermare che se l’impatto di 65 milioni di anni fa non si fosse verificato, l’uomo non sarebbe apparso sul nostro pianeta.

Vien da dire che tutto il mal non vien per nuocere.

"Baby boom" nell’Universo primordiale

2010-02-13T17.56.00Z

E’ opinione comune che il tasso di nascita delle stelle quando l’Universo era molto giovane sia stato molto più elevato di quello attuale, ma non era ancora chiaro il motivo di questa alta fertilità. Adesso, i risultati di un recente studio mostrano che il motivo potrebbe risiedere nel fatto che le galassie primordiali erano molto più ricche di gas freddo che alimentava questo vero e proprio “baby boom”.

Osservare gli oggetti celesti è come guardare indietro nel passato, e ciò che è stato notato è che le galassie del primo universo, che distano da noi 10-11 miliardi di anni luce e che quindi vediamo come erano 3 o 4 miliardi di anni dopo il Big Bang, sembrano aver formato stelle in maniera più o meno continua con un tasso circa dieci volte superiore a quello che si osserva nelle galassie dell’Universo vicino, che rappresenta i “tempi moderni” nei 13,7 miliardi di anni di vita dell’Universo.

Immagine della galassia EGS 1305123, che già esisteva 5,5 miliardi di anni dopo il Big Bang, il suo spostamento verso il rosso è infatti z=1,12. A sinistra è riportata l’immagine ottenuta nella banda visibile dal Telescopio Spaziale ‘Hubbl’. A destra la stessa immagine con sovrapposta quella ottenuta a lunghezze d’onda millimetriche che mettono in evidenza il gas da cui si formano le stelle.

Il problema fondamentale era cercare di capire se questi elevati tassi di formazione fossero dovuti ad una elevata abbondanza di gas molecolare freddo (che rappresenta la materia prima per la formazione stellare), oppure la causa fosse dovuta al fatto che la formazione stellare nel giovane Universo fosse più efficiente.

Un lungo e complesso studio, effettuato con l’interferometro a lunghezze d’onda millimetriche dell’osservatorio di Plateau de Bure sulle Alpi francesi, ha permesso di determinare l’abbondanza di gas in galassie molto lontane che sono rappresentative della popolazione di galassie massicce che si formarono poco dopo il Big Bang. Ebbene, i risultati di questo lavoro mostrano che le galassie che erano presenti quando l’Universo aveva il 40% della sua età attuale avevano un’abbondanza di gas da 5 a 10 volte superiore a quella delle galassie formatesi in tempi più recenti.

Questa scoperta è in accordo con le attuali teorie sulla formazione ed evoluzione delle galassie. Quando le galassie si formano e si accrescono il gas si aggrega in concentrazioni dell’ancora misteriosa “materia oscura” nei cosiddetti “aloni” di materia oscura. Su tempi scala cosmologici, il gas che si accresce da questi aloni per formare le protogalassie, oltre alle collisioni e fusioni tra galassie che in un lontano passato erano più efficienti, data l’abbondanza di gas freddo in gioco, fanno sì che il processo di formazione stellare sia molto più efficiente per lunghi periodi di tempo. Gli aloni di materia oscura sarebbero come degli enormi serbatoi di gas che alimentano continuamente le regioni centrali del sistema dando luogo ad una intensissima formazione stellare, in eccellente accordo con i più recenti modelli teorici.

ARRIVEDERCI AGLI INIZI DI MARZO!

Le aurore di Saturno

2010-02-12T18.04.00Z

Saturno è senza ombra di dubbio il pianeta più bello e affascinante del nostro Sistema Solare, ma recentemente il Telescopioo Spaziale Hubble ha ripreso una serie di immagini del pianeta degli anelli che lo rende ancora più speciale e intrigante, mostrando delle aurore polari in entrambi gli emisferi.

Saturno impiega circa 30 anni per percorrere la sua orbita attorno al Sole per cui l'opportunità di poter riprendere in contemporanea i due poli si verifica soltanto due volte in questo periodo di tempo. Il 2009 ha consentito ad Hubble la sua unica chance.

Le osservazioni non sono servite soltanto a scattare l'immagine, ma anche e soprattutto a capire meglio il comportamento dei due poli saturniani, nello stesso momento e per un periodo abbastanza lungo. Il VIDEO è stato girato tra gennaio e marzo 2009 e si tratta del primo ed ultimo equinozio di Saturno che Hubble potrà studiare nella rimanente parte della sua lunga missione.

Immagine di Saturno ripresa dalla sonda 'Cassini', mentre il pianeta eclissa il Sole.

Nonostante la sua distanza, poco meno di 10 volte quella che separa la Terra dal Sole, la nostra stella influenza ancora molto il pianeta tramite il continuo flusso di particelle elettricamente cariche emesse come vento solare. Quando queste raggiungono Saturno, vengono intrappolate dalle linee di forza del campo magnetico del pianeta e accelerate (come nel caso della Terra). Queste linee di forza convergono tutte verso i due poli magnetici, per cui in queste regioni si avrà una maggiore densità volumetrica di particelle molto veloci che, interagendo con gli atomi e le molecole degli strati alti dell'atmosfera, danno origine alle aurore. La luce emessa durante questi eventi è quella prodotta dagli atomi e molecole eccitati dalla collisione con le particelle del vento solare accelerate dal campo magnetico di Saturno.

A prima vista, le due aurore sembrano simmetriche, ma analizzando i dati con maggior attenzione si è visto che sono presenti alcune differenze in grado di fornire importanti informazioni sul campo magnetico di Saturno. L'ovale dell'aurora settentrionale è più piccolo e più intenso di quello meridionale, il che significa che il campo magnetico del pianeta non è distribuito in maniera perfettamente simmetrica, a vantaggio dell’emisfero settentrionale, dove appare essere più intenso, per cui le particelle in questa regione vengono accelerate ad energie più elevate.

Da una fusione galattica la nascita di due quasar

2010-02-11T20.35.00Z

L’eccellente lavoro di squadra di un gruppo di astronomi che ha lavorato su dati ottenuti nelle bande X e ottica ha permesso di scoprire un quasar binario che è stato generato dall’interazione di due galassie che si trovano a circa 4,6 miliardi di anni luce da noi. Si tratta del primo caso in cui si vedono due galassie ancora per poco separate, ciascuna delle quali ospita un quasar (contrazione di quasi-stellar radio source, radiosorgente quasi stellare). I risultati delle simulazioni numeriche effettuate sulla base del modello messo a punto per verificare il risultato di questa fusione riproducono con grande precisione ciò che si sta osservando. Inoltre, risulta che questo genere di interazione tra galassie è una componente chiave dello sviluppo dei buchi neri e della formazione dei quasar nel nostro universo. Il fatto che due galassie siano vicine l’una all’altra non significa che stanno per fondersi. Ma dalle immagini ottenute con il telescopio da 6,5 metri di apertura Baade Magellan dell’osservatorio di Las Campanas (Cile) è possibile vedere gli effetti che le reciproche forze mareali inducono sulle due galassie in procinto di unirsi tra di loro. Un quasar è un oggetto celeste che visto al telescopio ha un’apparenza puntiforme, simile a una stella, e che mostra un grande spostamento verso il rosso (redshift) del suo spettro. Il consenso generale è il redshift sia di origine cosmologica, cioè il risultato della “legge di Hubble”. Questo implica che i quasar siano oggetti molto distanti e che quindi debbano emettere un’enorme quantità di energia. Infatti, i quasar sono i corpi celesti più luminosi dell'Universo e una loro caratteristica è di emettere la stessa quantità di radiazione in quasi tutto lo spettro elettromagnetico, dalle onde radio ai raggi X e gamma. Alcuni quasar mostrano rapidi cambiamenti della loro luminosità, il che implica che sono molto piccoli (un oggetto non può cambiare luminosità più velocemente del tempo che la luce impiega ad attraversarlo). Se l'interpretazione cosmologica è giusta, un quasar emette in un secondo quella che il Sole emette in 100.000 anni.

Immagine del quasar doppio SDSS J1254+0846 che si trova a circa 4,6 miliardi di anni luce da noi. In blu l’emissione X, in giallo quella ottica.

L’interpretazione più comune per spiegare la natura di questi oggetti è che si tratti di nuclei galattici che ospitano buchi neri supermassicci. Finora non erano mai stati osservati dei quasar binari in galassie che senza ombra di dubbio sono in procinto di fondersi. I buchi neri supermassicci si trovano nei nuclei della maggior parte delle galassie di grandi dimensioni. Poiché le galassie regolarmente interagiscono tra di loro e si fondono, si deve giungere alla conclusione che i buchi neri supermassicci binari dovrebbero essere stati abbastanza comuni nell'Universo, specialmente durante le sue prime fasi evolutive, quando le fusioni tra galassie erano molto più comuni.

I buchi neri supermassicci possono essere rilevati soltanto come quasar quando questi enormi oggetti collassati “risucchiano” con la loro spaventosa forza di gravità la materia circostante, un processo che libera spaventose quantità di energia in tutto lo spettro elettromagnetico. Una teoria, che riscuote un grande consenso sulla natura dei “nuclei galattici attivi” (AGN), è che l’interazione tra due galassie inneschi degli efficienti processi di accrescimento nei loro nuclei, generando dei quasar in entrambe le galassie. Poiché la maggior parte di tali fusioni sarebbe avvenuta in un lontano passato, i quasar binari e le rispettive galassie sono molto lontani e quindi di difficile osservazione da parte della maggior parte dei telescopi attualmente disponibili.

Il quasar binario, denominato SDSS J1254+0846, è stato scoperto dalla Sloan Digital Sky Survey, un programma pluriennale il cui scopo principale è quello di catalogare galassie, quasar ed altri oggetti celesti su tutta la sfera celeste. Altre osservazioni effettuate usando il telescopio orbitante per raggi X della NASA Chandra ed i telescopi degli osservatori di Kitt Peak (Arizona) e monte di Palomar (California) hanno confermato che l'oggetto è un quasar binario, mentre i dati ottici e spettroscopici ottenuti con il telescopio Baade Magellan hanno permesso di rilevare i dettagli delle due galassie in procinto di fondersi.

Acqua liquida sotto la crosta ghiacciata di Enceladus?

2010-02-09T19.46.00Z

Nei recenti “tuffi” effettuati dalla sonda Cassini nei getti di vapore e particelle ghiacciate che vengono emessi dai profondi e lunghi crepacci che caratterizzano il polo meridionale della luna di Saturno, Enceladus, il Cassini Plasma Spectrometer (CAPS) ha rilevato una inattesa popolazione di molecole elettricamente cariche e di polveri che rafforzano l’ipotesi della presenza di acqua liquida all'interno di questo satellite ghiacciato, con la possibilità che possano esservi presenti anche gli ingredienti basilari per lo sviluppo di una qualche attività biologica. Lo spettrometro CAPS, originariamente destinato allo studio delle particelle accelerate dall’intenso campo magnetico di Saturno, misura la densità, la velocità e la temperatura degli ioni e degli elettroni che entrano nello strumento. Ma dalla scoperta dei geyser di Enceladus, CAPS ha anche catturato e analizzato con successo campioni del materiale che forma i getti.

All’inizio della sua lunga missione, la Cassini scoprì gli enormi getti che caratterizzano questa luna saturniana e sin da allora si è visto che il materiale ghiacciato che viene continuamente eruttato domina l’ambiente magnetico del pianeta e va a formare il grande anello E.

Immagine ripresa dalla sonda ‘Cassini’ (in alto a destra) di uno degli enormi getti di vapore e particelle ghiacciate che vengono emessi da profonde e lunghe fenditure della superficie di Enceladus presenti in prossimità del suo polo meridionale. Gli istogrammi(in basso) indicano le abbondanze relative dei composti che formano i getti (l’unità di misura definita ‘Dalton’ corrisponde alla dodicesima parte della massa di un atomo di carbonio-12 (¹²C).

Adesso, in un articolo di recente pubblicazione, un gruppo di scienziati planetari che analizza i dati raccolti dalla sonda ha annunciato che nei getti di Enceladus sono presenti ioni caricati negativamente, molti dei quali sono originati da molecole di acqua, ma anche da alcuni idrocarburi complessi. Questa scoperta è basata sulle analisi dei dati presi durante il flyby del satellite effettuato da Cassini il 12 marzo 2008. Enceladus si aggiunge quindi alla Terra, a Titano ed alle comete, dove particelle di questo tipo sono già state individuate. Ioni di ossigeno caricati negativamente sono stati scoperti nella ionosfera del nostro pianeta all'inizio dell'era spaziale, mentre sulla superficie ioni negativi di acqua sono presenti dove questa è in movimento, come nelle cascate o nelle onde dell'oceano che si infrangono su una spiaggia o su una scogliera.
Mentre non rappresenta una sorpresa la presenza di molecole d’acqua, questi ioni dalla vita media breve rappresentano una chiara evidenza dell’esistenza di acqua allo stato liquido al di sotto della crosta ghiacciata del satellite. E dove c’è acqua, carbonio ed energia, è molto probabile che siano presenti gli ingredienti fondamentali necessari allo sviluppo della vita.

Negli strati più esterni dell’atmosfera di Titano, che con i suoi 5.150 km di diametro è il più grande dei satelliti di Saturno, lo stesso strumento ha rilevato ioni negativi estremamente grandi di idrocarburi, con masse fino a 13.800 volte quella dell’idrogeno. Il più complesso di questi è quello del nitrile, osservato alle quote più basse a cui la Cassini ha sorvolato il satellite gigante (950 km). E’ probabile che questi ioni di grande massa siano all’origine dello smog opaco che impedisce di vedere la superficie di Titano alle lunghezze d’onda visibili, e possono anche essere uno dei principali componenti della miscela di composti organici, denominata " tolina" dal compianto Carl Sagan, quando riuscì a produrre in laboratorio un composto rossastro di prodotti chimici prebiotici dalla sintesi dei gas che sono i principali componenti dell’atmosfera di Titano.