22 febbraio 2015

Incontri stellari ravvicinati nella preistoria

Un gruppo di astronomi ha scoperto che 70.000 anni fa una stella transitò a soli 0,8 anni luce dal Sole, una distanza cinque volte inferiore a quella che ci separa dalla stella oggi più vicina a noi, Proxima centauri. I nostri antenati potrebbero essere stati testimoni di questo incontro ravvicinato(red)

Proxima centauri è una stella chiamata così perché è la più vicina al Sole, dista infatti circa 4,2 anni luce da noi. Ma c’è stata un’epoca in cui il primato di vicinanza spettava a un’altra stella. Circa 70.000 anni fa, un astro catalogato con la sigla WISE J072003.20-084651.2, transitò probabilmente nella Nube di Oort, un serbatoio di comete distante da noi 0,8 anni luce, quindi a meno di un quinto della distanza di Proxima centauri.
È questa la conclusione di uno studio pubblicato su “Astrophysical Journal Letters” e firmato da Eric Mamajek dell’Università di Rochester, nel Regno Unito, e colleghi che hanno analizzato velocità e traiettoria della stella, ribattezzata come stella di Scholz dal nome dell’astronomo tedesco che l’ha scoperta, combinando le osservazioni ottenute con il Southern African Large Telescope (SALT), situato nella regione semi-desertica di Karoo in Sudafrica, e il Magellan Telescope, situato presso l’osservatorio di Las Campanas, in Cile.

La stella di Scholz ha attirato l’attenzione degli autori poiché mostra una serie di caratteristiche peculiari: è distante da noi solo 20 anni luce ma mostra un moto tangenziale, cioè un moto nella volta celeste, molto lento. Per contro, le misurazioni hanno mostrato che la velocità radiale, cioè lungo la direzione di osservazione, è notevole.

“La maggior parte delle stelle così vicine mostra un moto tangenziale molto più rapido”, ha spiegato Mamajek, professore associato di fisica e astronomia dell’Università di Rochester. “La limitata velocità tangenziale e la vicinanza hanno portato a ipotizzare che la stella era, con tutta probabilità, in fase di avvicinamento o viceversa di allontanamento dal sistema solare: le misurazioni della velocità radiale hanno poi portato a concludere che si sta allontanando da noi abbastanza rapidamente, e che di conseguenza in un’epoca remota la vicinanza con il nostro sistema solare era notevole”.

Il fenomeno cruciale per determinare la velocità radiale è l’effetto Doppler, lo spostamento verso il rosso che caratterizza la radiazione emessa da una sorgente che si allontana dall’osservatore, o viceversa lo spostamento verso il blu di una sorgente che si avvicina. Mettendo insieme le misurazioni effettuate con gli strumenti di diversi osservatori della volta celeste, i ricercatori hanno ricostruito a ritroso la traiettoria della stella, fino a stabilire che circa 70.000 anni fa ebbe un incontro ravvicinato con il Sole.

Inoltre, gli autori hanno stabilito anche che all’epoca del massimo avvicinamento al sistema solare, la stella potrebbe essere stata visibile ai nostri antenati. I ricercatori hanno dedotto che all’epoca del transito vicino al Sole, la sua luminosità dovesse essere circa 50 volte più debole di quella percepibile a occhio nudo nel cielo notturno. La sua intensa attività magnetica, tuttavia, le avrebbe fatto raggiungere occasionalmente una luminosità migliaia di volte maggiore. È possibile dunque che in queste rare occasioni potesse brillare nel cielo notturno per alcuni minuti o alcune ore.

Oggi la stella di Scholz si trova nella costellazione dell’Unicorno. È una nana rossa, cioè una stella relativamente fredda e di piccole dimensioni (ha una massa pari a circa l’otto per cento della massa del Sole) e fa parte di un sistema binario insieme con una nana bruna, cioè una “stella mancata”, in cui la massa non ha raggiunto il valore minimo per accendere la fusione dell’idrogeno che “tiene accese” le stelle.

21 febbraio 2015

L’intelligenza artificiale è una minaccia?

Da qualche parte nel lungo elenco di argomenti rilevanti per l’astrobiologia c’è la questione dell’intelligenza. È probabile che quella tecnologica, simile alla nostra, sia diffusa in tutto l’universo? Siamo un mero accidente evolutivo, e la nostra intelligenza ci sta relegando in un vicolo cieco del registro fossile? Oppure l’intelligenza è qualcosa su cui sta convergendo l’universo guidato dall’entropia e produttore di complessità?

Tutte buone domande. E una domanda altrettanto buona è se siamo in grado di replicare la nostra intelligenza, o qualcosa di simile, e se questa è effettivamente una buona idea.

Negli ultimi mesi questo tema ha fatto ancora una volta breccia sui mezzi di comunicazione di massa. Prima c’è stato Stephen Hawking, poi Elon Musk e più di recente Bill Gates. Tutte queste persone brillanti hanno suggerito che l’intelligenza artificiale (IA) sia qualcosa a cui guardare con attenzione, per evitare che si sviluppi fino a rappresentare una minaccia esistenziale.

L'intelligenza artificiale è una minaccia?
© Colin Anderson/Blend Images/Corbis

Solo che è un po’ difficile trovare un qualsiasi dettaglio di che cosa esattamente sia percepito come la minaccia esistenziale citata prima. Hawking ha suggerito che potrebbe essere la capacità di un’intelligenza artificiale forte di “evolvere” molto più velocemente dei sistemi biologici, finendo per assorbire risorse senza preoccuparsi di quelli come noi. Penso che sia una buona ipotesi. La minaccia dell’intelligenza artificiale non è che sarà una megalomane sadica (a meno che, deliberatamente o incautamente, facciamo in modo che sia così), ma che seguirà un proprio imperativo evolutivo.

È allettante suggerire che una tutela sarebbe l’inserimento di empatia nell’intelligenza artificiale. Ma penso che questo fallirebbe per due motivi. Primo, la maggior parte degli esseri umani ha capacità empatiche, peròcontinua a essere sgradevole, incivile e brutale verso i propri simili e praticamente ogni altro organismo vivente sul pianeta. Secondo, non mi è affatto evidente che l’intelligenza artificiale vera, forte, sia qualcosa che possiamo progettare “passo dopo passo”, forse dovremo permetterle di emergere per conto proprio.

Che cosa significa? Gli attuali sforzi in settori come l’apprendimento profondo computazionale coinvolgono algoritmi che costruiscono i propri paesaggi probabilistici setacciando grandi quantità di informazioni. Il software non è necessariamente programmato per “conoscere” le regole prima del tempo, ma per trovare le regole o predisposto per essere guidato da regole, per esempio nell’elaborazione del linguaggio naturale. È qualcosa di stupefacente, ma non è chiaro se si tratti di un percorso dell’intelligenza artificiale che ha equivalenti con il modo in cui pensano gli esseri umani o con un qualsiasi organismo senziente. L’argomento è stato oggetto di accesi dibattiti fra personaggi del calibro di Noam Chomsky (sul fronte degli scettici) e Peter Norvig (sul fronte degli entusiasti). Al fondo, si tratta di un confronto tra la scienza centrata su una semplicità di fondo e la scienza che dice la natura potrebbe non comportarsi affatto in quel modo.

Un percorso alternativo per l’intelligenza artificiale è quello che propongo qui (e non è originale). Forse possono essere create le condizioni generali da cui può emergere l’intelligenza. A prima vista può sembrare grottesco, come gettare un mucchio di pezzi di ricambio in una scatola e sperare che compaia una bicicletta nuova. Non è certamente un modo per trattare l’intelligenza artificiale in modo scientifico. Ma se l’intelligenza è una proprietà evolutivamente emergente del giusto tipo di sistemi molto, molto complessi, non potrebbe accadere? Forse.

Una sfida ingegneristica potrebbe essere la necessità di un sistema della complessità del cervello umano per supportare l’intelligenza, ma ovviamente il cervello è co-evoluto in modo naturale con la nostra intelligenza. Quindi è un po’ stupido pensare di sedersi e progettare le circostanze ideali per la comparsa di un nuovo tipo di intelligenza, dato che non sappiamo esattamente quali dovrebbero essere queste circostanze.

L'intelligenza artificiale è una minaccia?
© Firefly Productions/CORBIS

Se non fosse che forse stiamo davvero creando quelle condizioni. L’apprendimento automatico può essere solo un pezzo del puzzle del comportamento dell’intelligenza artificiale, ma che cosa può accadere quando questa intelligenza vive attraverso le estensioni di Internet? Tesori di dati, app, algoritmi che controllano il trasporto di pacchetti di dati, sensori – dal GPS ai termostati fino al monitoraggio del traffico – e una miriade di “pezzi” che parlano tra loro in modo diretto o indiretto.

Si tratta di un cantiere enorme. Le stime indicano che nel 2014 erano on line 7,4 miliardi di dispositivi mobili. Considerando tutto ciò che può essere on line – l’Internet delle “cose” (dai gabinetti alle fabbriche) – si stima che oggi ci siano 15 miliardi di connessioni alla rete attive (grazie a un buon servizio della Cisco). Entro il 2020 potrebbero essere 50 miliardi.

Se questa fosse una poltiglia disorganizzata di cose, come pezzi in una scatola, penso che ci sarebbero poche speranze di veder accadere qualcosa di interessante. Ma non è una poltiglia. È sempre più popolata da algoritmi il cui scopo è trovare strutture e correlazioni in questo oceano, e farlo impiegando trucchi che sono in parte ispirati all’intelligenza biologica, o almeno all’impressione che noi abbiamo di essa. Codici che parlano a codici, pacchetti di dati che sfrecciano alla ricerca di percorsi ottimali, software che parlano all’hardware, hardware che parla all’hardware. Sovrapposte a questo ecosistema ci sono le menti umane, la decisione dell’uomo che si prende cura, alleva e alimenta il via vai delle informazioni. E sempre più, le nostre stesse interazioni determinano profondi cambiamenti in questo oceano di dati, come quando gli analisti cercano di “capire” che cosa potremmo ancora cercare, come individui o come popolazione.

Da tutto questo potrebbe uscire qualcosa di simile a un’intelligenza artificiale forte? Non lo so, e non lo sa nessuno. Ma è una situazione che non è mai esistita nei quattro miliardi di anni di vita su questo pianeta. E questo ci riporta alla questione di una possibile minaccia dell’intelligenza artificiale.

Se è questo il modo in cui si crea un’intelligenza artificiale forte, il pericolo più immediato riguarda semplicemente il fatto che una vasta fascia di umanità oggi fa affidamento all’ecosistema di Internet. Non solo per il modo in cui comunichiamo o troviamo informazioni, ma per come sono organizzati i nostri rifornimenti alimentari, come i farmacisti ordinano i farmaci, come sono programmati i nostri aerei, treni, camion e navi da carico, come funzionano i nostri sistemi finanziari. Un’intelligenza artificiale forte emergente potrebbe devastare in modo simile a un bambino che mette in disordine il vostro cassetto dei calzini.

Come suggerisce Hawking, “l’evoluzione” di un’intelligenza artificiale potrebbe essere rapida. In effetti, potrebbe emergere, evolvere, e sommergere l’ecosistema Internet in frazioni di secondo. Questo a sua volta solleva una possibilità interessante: un’intelligenza artificiale emergente potrebbe essere limitata in modo altrettanto rapido ed efficace dalla sua incapacità di costruire le connessioni virtuali e le strutture di cui ha bisogno per una sopravvivenza a lungo termine? Anche se questo potrebbe limitare l’intelligenza artificiale, sarebbe comunque una magra consolazione.

Non posso resistere alla tentazione di formulare un collegamento con un altro annoso problema, il paradosso di Fermi. Forse la creazione di intelligenza artificiale è parte del Grande Filtro che uccide le civiltà, ma che si autoelimina anche; forse è per questo che l’intelligenza artificiale non è apparentemente riuscita a diffondersi in tutta la galassia nel corso degli ultimi 13 miliardi anni…

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Caleb Scharf è direttore del Centro multidisciplinare di astrobiologia della Columbia University. Ha lavorato nel campo della cosmologia osservativa, dell’astronomia in raggi X e, più recentemente, dei pianeti extrasolari. È autore di diversi libri di divulgazione, fra cui I motori della gravità. L’altra faccia dei buchi neri (La biblioteca delle scienze, Le Scienze, marzo 2013, e Codice Edizioni, Torino, 2013).

(La versione originale di questo articolo è stata pubblicata il 13 febbraio 2015 su scientificamerican.com. Riproduzione autorizzata, tutti i diritti riservati. )

20 febbraio 2015

Il vento dei buchi neri che aiuta le galassie

La caratterizzazione completa del vento che percorre il disco di accrescimento di un buco nero al centro delle galassie massicce è stata ottenuta per la prima volta grazie all’osservazione del quasar PDS 456,descritta su “Science” in un articolo firmato da Emanuele Nardini dell’Università di Keele, nel Regno Unito, e colleghi di una collaborazione, in cui figurano l’Istituto nazionale di astrofisica-Osservatorio astrofisico di Arcetri a Firenze, l’Osservatorio astronomico di Brera a Merate e l’Università degli Studi Roma Tre.

L’evoluzione delle galassie è connessa all’accrescimento dei buchi neri che si trovano al loro centro. Ogni buco nero infatti, produce un campo gravitazionale così intenso da attirare un’enorme quantità di materia, in forma di gas e polveri interstellari, che spiraleggiano intorno al buco nero stesso e formano un disco di accrescimento.

__Img2s__Questo moto della materia verso il centro del buco nero però può essere bilanciato da un flusso di massa verso l’esterno dovuto a un fenomeno peculiare: un vento di gas che procede verso l’esterno del disco di accrescimento, con tutta probabilità trascinato dalla radiazione elettromagnetica emessa dall’accelerazione della materia risucchiata dal buco nero. Questa emissione di radiazione porta a catalogare le galassie molto massicce come quasar.

Negli ultimi anni, gli astronomi hanno ottenuto una conferma sperimentale parziale di questo modello grazie all’osservazione di nuclei galattici attivi vicini, cioè di galassie che appaiono particolarmente brillanti nel loro nucleo, suggerendo quindi la presenza di un buco nero da cui si proiettano verso l’esterno venti con alta densità di materia alla velocità di un decimo della velocità della luce. Questi venti sono anche caratterizzati da uno spostamento verso il blu (blue shift) nello spettro della radiazione X emessa, cioè da un effetto che indica un avvicinamento della sorgente, in questo caso la materia spostata dal vento, verso l’osservatore.

Scoperte di questo tipo sono già significative, poiché si ritiene che flussi del genere influenzino sia le proprietà fisiche e dinamiche del gas della galassia in cui si verificano sia i processi di formazione stellare. Tuttavia, finora è mancata una caratterizzazione osservativa completa del fenomeno del vento: i flussi di materia osservati sono molto concentrati, quindi non ci sono informazioni su quanto è ampio l’angolo su cui avviene lo spostamento di materia e il sito da cui si origina.

La lacuna è stata ora colmata grazie alle osservazioni simultanee dei satelliti Multi-Mirror Mission (XMM) Newton dell’Agenzia spaziale europea e Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) della NASA. In quattro occasioni diverse tra agosto e settembre 2013, e durante una quinta osservazione compiuta diversi mesi più tardi, nel febbraio 2014, gli strumenti di questi due satelliti erano puntati sul quasar PDS 456, un nucleo galattico attivo estremamente luminoso e molto massiccio (il buco nero al suo centro ha una massa un miliardo di volte superiore a quella del Sole) considerato la “Stele di Rosetta” per il fenomeno del vento del disco di accrescimento.

I dati riguardanti gli spettri a larga banda raccolti e analizzati da Nardini e colleghi hanno mostrato le firme caratteristiche di un flusso quasi sferico di gas altamente ionizzato all’interno del disco. Questo vento persistente viene espulso a velocità vicine a quelle della luce dalla zona più interna del disco di accrescimento, e la sua ampia apertura angolare indica che effettivamente coinvolge il gas del disco. Inoltre, la potenza misurata del flusso verso l’esterno è in buon accordo con i modelli teorici della coevoluzione del buco nero e della galassia che lo ospita, nonché dei processi di formazione stellare.

05 marzo 2015

La sonda Dawn svela i segreti di Cerere

Il più grande e più misterioso oggetto della fascia di detriti tra Marte e Giove è un mondo ghiacciato chiamato Cerere che sta per essere esplorato da vicino, per la prima volta, dalla missione Dawn della NASA, la cui entrata nell’orbita del corpo celeste è prevista per il 6 marzo.

Scoperto nel 1801 dall’astronomo italiano Giuseppe Piazzi, all’inizio Cerere fu considerato un pianeta vero e proprio. L’ipotesi cominciò a cambiare quando uno dei rivali di Piazzi, l’astronomo William Herschel, osservò che nel suo telescopio Cerere appariva solo come un punto di luce piuttosto che come un disco ben definito, come gli altri pianeti conosciuti.

Secondo Herschel questo significava che Cerere era probabilmente troppo piccolo per essere considerato un pianeta: così l’astronomo coniò il termine “asteroide” per descrivere il suo aspetto più simile a quello di una stella. Cerere è stato promosso a “pianeta nano” nel 2006, nell’ambito del processo di revisione che ha retrocesso Plutone allo stesso rango.

La sonda Dawn svela i segreti di Cerere
Le due facce di Cerere, riprese dalla sonda Dawn da 40.000 chilometri di distanza (Credit: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/ DLR/IDA/)

Ma in qualunque modo lo si classifichi, dal punto di vista geologico Cerere è uno degli oggetti più interessanti e strani nel sistema solare. La sua forma tonda, le dimensioni e la composizione (è fatto per almeno il 20 per cento di acqua ghiacciata) lo collocano in quella zona di transizione poco conosciuta che separa i pianeti rocciosi, come la Terra, da quelli ghiacciati come Europa (satellite di Giove), Encelado (satellite di Saturno) e altre grandi lune del sistema solare esterno.

A eccezione delle sfocate immagini del telescopio spaziale Hubble del 2004, prima dell’avvicinamento di Dawn la superficie di Cerere era stata appena intravista. Ora che i motori ionici della navicella hanno iniziato a spingerla lentamente verso Cerere, il corpo celeste viene messo sempre più a fuoco, rivelando nuovi e interessanti dettagli quasi in ogni foto.

Nelle ultime immagini, scattate da una distanza di 46.000 chilometri e rese pubbliche il 25 febbraio, Dawn ha reso più definiti i misteriosi punti luminosi – alcuni dei quali già osservati grazie alle immagini di Hubble – che ricoprono la superficie segnata dai crateri di Cerere. Quella che appariva come la più brillante macchia luminosa si è rivelata l’insieme di due punti vicini nello stesso cratere: il primo più grande e più luminoso, il secondo più piccolo e più debole.

“Brillante” è un termine relativo: tutti i punti luminosi sono in realtà piuttosto bui, ma in ogni caso molto più luminosi del resto di Cerere, che è più nero del carbone. Nessuno sa che cosa siano, ma le ipotesi non mancano: forse si tratta di segni di impatti recenti, oppure di minerali depositati da geyser attivi, o di ghiaccio d’acqua espulso da “criovulcani”, o ancora di qualcosa di più selvaggio. Nel 2014 il telescopio spaziale Herschel ha scoperto pennacchi transitori di vapore acqueo che potrebbero essere associati alle posizioni approssimative dei punti bianchi nelle immagini di Hubble.

La sonda Dawn svela i segreti di Cerere
Nell’immagine, ripresa da Dawn da 46.000 km di distanza, si distinguono i due punti luminosi all’interno di un bacino da impatto (NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA

“Il punto luminoso di Cerere sembra ora avere un compagno di luminosità minore, ma a quanto pare nello stesso bacino”, afferma Chris Russell, principal investigator di Dawn che lavora presso l’Università della California a Los Angeles. “Questo può indicare un’origine vulcanica dei punti, ma dovremo attendere una migliore risoluzione prima di poter dare queste interpretazioni geologiche”.

“Le immagini ora sono proprio a quel livello di risoluzione intrigante che ti permette di fare congetture”, sottolinea Mike Brown, del California Institute of Technology, che con le sue ricerche ha contribuito a confermare la riclassificazione di Plutone e Cerere come pianeti nani. Le macchie bianche sembrano dovute a ghiaccio esposto, afferma Brown, ma le osservazioni con telescopi a terra non mostrano alcuna prova della presenza di ghiaccio in punti luminosi.

Ma sulla superficie di Cerere il ghiaccio potrebbe non essere perenne, obietta Andy Rivkin, planetologo dell’Applied Physics Laboratory della Johns Hopkins University. “La sua presenza lì significherebbe che si è formato solo di recente, o per effetto di impatti che l’hanno esposto”, dice Rivkin. “Suppongo che anche il criovulcanismo potrebbe averlo portato in superficie, ma l’impatto è l’ipotesi più plausibile”.

Tutto ciò che si sa per certo in questo momento è che i punti appaiono sempre più luminosi via via che la vista di Dawn si acuisce, dice Mark Sykes, direttore del Planetary Science Institute e scienziato della missione. E quanto più sono luminosi “tanto più diventano interessanti”, perché il ghiaccio d’acqua è una delle cose più brillanti che i ricercatori potrebbero vedere su Cerere.

La sonda Dawn svela i segreti di Cerere
Rappresentazione artistica di Dawn in fase di avvicinamento a Cerere (Credit: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/ DLR/IDA/)

“Se su Cerere scoprissimo qualcosa come il criovulcanismo, sarebbe una notizia grandiosa, perché indicherebbe che esistono riserve di acqua sotto la sua superficie”, spiega Sykes. “Non è quello che normalmente s’intende per asteroide, un corpo morto nello spazio che viene urtato da altri dello stesso tipo che stanno intorno. Accadono molte cose su questo oggetto, e ciò potrebbe rendere Cerere molto importante dal punto di vista astrobiologico”.

Se si dimostra che è in grado di ospitare la vita extraterrestre e di proiettare acqua nello spazio, spiega Sykes, “in un prossimo futuro si aprirebbe la possibilità d’inviare un altro veicolo spaziale che scenda in uno di questi punti per raccogliere campioni di suolo, dare un’occhiata in giro e verificare se ci siano state forme di vita”.

Una missione simile sarebbe relativamente poco costosa, spiega Sykes, perché Cerere è vicino e accessibile. “Si trova tra Marte e Giove, non ha un ambiente ricco di radiazioni pericolose come Europa di Giove, non è lontano come Encelado, la luna di Saturno, e ha una bassa gravità, il che evita di consumare un sacco di energia per atterrare sulla sua superficie! “È troppo presto per dire che cosa c’è effettivamente, ma la prospettiva è molto emozionante”.

Dawn è ancora nelle prime fasi di studio di Cerere, e le immagini e i dati scientifici migliori devono ancora arrivare. Nella fase conclusiva, la sonda scenderà a meno di 400 chilometri dalla superficie per studiare la composizione e generare mappe ad alta risoluzione del pianeta nano.

La sonda passerà almeno i prossimi 16 mesi a studiarlo, ma poiché il pianeta nano potrebbe ospitare forme di vita sotto la sua superficie, Dawn non si schianterà su di esso alla fine della missione, come avviene normalmente. Invece, una volta esaurito il suo compito, rimarrà in orbita, diventando una piccola luna meccanica di Cerere.

(La versione originale di questo articolo è apparsa su scientificamerican.com il 2 marzo. Riproduzione autorizzata, tutti i diritti riservati)

04 marzo 2015

Una galassia primordiale già “matura” e ricca di polveri

Gli strumenti del Very Large Telescope e dell’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) hanno permesso di scoprire A1689-zD1, una delle galassie più antiche mai osservate: risale infatti a soli 700 milioni di anni dopo il big bang, quando l’universo aveva solo il 5 per cento della sua età attuale.

A stupire gli autori della scoperta, un gruppo di astronomi di un’ampia collaborazione internazionale di cui fa parte   anche l’INAF-Osservatorio Astrofisico di Arcetri, è che si tratta di una galassia già piuttosto evoluta: a denunciarlo è la notevole presenza di polveri, la cui massa complessivamente ammonta a 40 milioni di masse solari. In rapporto alla massa complessiva delle stelle, le polveri raggiungono livelli tipici di una galassia “matura” come la Via Lattea.

Una galassia primordiale già "matura" e ricca di polveri
Un’immagine dell’ammasso di galassie Abell 1689, ripresa dal telescopio spaziale Hubble della NASA/ESA: la sagoma della galassia appena scoperta, A1689-zD1, è all’interno del riquadro (Credit: NASA; ESA; L. Bradley, H. Ford/Johns Hopkins University; R. Bouwens, G. Illingworth (University of California, Santa Cruz))

“La quantità di polvere, relativamente alla massa stellare e alla massa di gas presente in A1689-zD1 è confrontabile con le galassie dell’Universo locale e suggerisce anche un’elevata abbondanza di elementi chimici più pesanti dell’elio, che generalmente vengono chiamati metalli dagli astronomi”, spiega Anna Gallazzi, ricercatrice dell’INAF-Osservatorio Astrofisico di Arcetri a Firenze e coautrice dell’articolo apparso sulla rivista “Nature”. “Tutte queste proprietà ci stanno aiutando a ricostruire l’identikit di questo oggetto e la sua storia: ci indicano chiaramente che siamo di fronte a una galassia già evoluta, ma che si trova dove ci non saremmo aspettati di trovarla, ovvero nell’Universo primordiale”.

La scoperta di A1689-zD1 ha richiesto la combinazione di diverse osservazioni e con differenti strumenti. Ad avvistarla per la prima volta sono stati infatti i telescopi spaziali Hubble, dell’ESA/NASA, e Spitzer dellaNASA, e fin dalla prima osservazione è emerso che dovesse trattarsi di un oggetto estremamente distante.

La conferma è venuta dall’analisi dei dati dei telescopi a terra, facilitati nel loro compiti da una circostanza fortuita: A1689-zD1, si trova, rispetto alla direzione di osservazione, dietro Abell 1689, un ammasso di galassie talmente massiccio da produrre l’effetto di lente gravitazionale. Secondo le leggi della relatività generale, infatti, le grandi masse deviano la traiettoria dei raggi di luce, e In certe condizioni, un ammasso di galassie può, con la sua intensa gravitazione, ingrandire l’immagine di un oggetto molto distante che si trova sullo sfondo rispetto all’osservatore.

In questo caso, la radiazione proveniente da A1689-zD1 è stata ingrandita di dieci volte, permettendo allo strumento X-Shooter del Very Large Telescope dell’ESO, in Cile, di rilevare numerose caratteristiche spettroscopiche.

Una galassia primordiale già "matura" e ricca di polveri
Immagine composita ottenuta da riprese in luce infrarossa del telescopio spaziale Hubble e immagini in luce visibile. La galassia A1689-zD1 è visibile nel riquadro (Credit: ESO/J. Richard)

“Dall’analisi della distribuzione spettrale di energia proveniente da questo oggetto celeste siamo riusciti a determinare alcune sue importanti proprietà”, ha concluso Gallazzi. “Intanto, che la galassia ha una massa di stelle pari a circa un miliardo di volte quella del Sole, un’età media delle sue stelle di circa 80 milioni di anni e un tasso di formazione stellare che ogni anno produce astri per una massa complessiva di 12 soli”.

“Anche se l’esatta origine della polvere galattica rimane sconosciuta, i nostri risultati indicano che essa si è formata molto rapidamente, cioè entro 500 milioni di anni circa dall’inizio della nascita delle stelle nell’universo”, ha commentato Darach Watson del Dark Cosmology Center di Copenhagen, che ha guidato la ricerca. “Si tratta di un arco temporale molto breve, considerato che le stelle vivono per miliardi di anni”.

INAF: Una galassia evoluta e polverosa nell’universo primordiale

Roma, 2 marzo 2015 – E’ la più distante galassia al cui interno sia stata trovata la presenza significativa di polvere. Un oggetto lontanissimo, osservato quando l’universo  aveva appena 700 milioni di anni, ovvero circa il 5 per cento della sua età attuale, ma già sorprendentemente evoluto.  La quantità di stelle già formate e l’attuale attività della galassia indicano infatti che lì il processo di formazione stellare deve essere iniziato circa 150 milioni di anni prima. La presenza di polvere suggerisce inoltre che in quella galassia il processo di arricchimento di materia non primordiale, prodotta cioè nel ciclo evolutivo delle stelle, avviene altrettanto rapidamente. Informazioni utili ai cosmologi per ricostruire con maggiore precisione le prime fasi della storia dell’Universo. A scoprire le inattese proprietà della galassia, denominata A1689-zD1, è stato un team internazionale di astronomi guidato da Darach Watson del Dark Cosmology Center di Copenhagen e a cui ha partecipato Anna Gallazzi, dell’INAF-Osservatorio Astrofisico di Arcetri a Firenze.

La galassia è stata osservata nell’universo di 13 miliardi di anni fa e risulta avere un’elevata massa dovuta alle sue stelle e una significativa quantità di polvere, tanto che il rapporto tra la polvere stessa e il gas presente è simile a quello della Via Lattea. La scoperta spinge molto più lontano nello spazio e quindi indietro nella storia del cosmo il record della galassia più distante di cui viene osservata emissione dalla polvere: la precedente è stata individuata a due miliardi di anni circa dal Big Bang.

Per raggiungere questo risultato, i ricercatori hanno utilizzato sia telescopi dallo spazio che da terra per studiare la luce di questa galassia nelle lunghezze d’onda del visibile e del millimetrico. Grazie ai dati raccolti sono così riusciti a ricostruire la distribuzione della radiazione originariamente emessa dalla galassia, dall’ultravioletto al lontano infrarosso. A1689-zD1 è stata scoperta col le osservazioni profonde dei telescopi spaziali Hubble e Spitzer e subito gli astronomi hanno sospettato che si trovasse a una distanza estrema, sulla base dei suoi colori. Il caso ha voluto che A1689-zD1 sia dietro ad un ammasso di galassie, Abell 1689, che funge da lente gravitazionale, amplificando così di quasi dieci volte l’intensità della sua luce. Questo ha permesso, tramite osservazioni con lo spettrografo X-Shooter al Very Large Telescope dell’ESO, di rivelare, per la prima volta in una galassia così distante, lo spettro continuo prodotto dalla radiazione emessa dalle stelle che la compongono e misurare un caratteristico profilo di assorbimento dell’idrogeno, dalla cui lunghezza d’onda osservata è stata ricavata una misura più accurata e sicura della distanza della galassia.

«Dall’analisi della distribuzione spettrale di energia proveniente da questo oggetto celeste siamo riusciti a determinare alcune sue importanti proprietà» spiega Anna Gallazzi. «Intanto, che la galassia ha una massa di stelle pari a circa un miliardo di volte quella del Sole, un’età media delle sue stelle di circa 80 milioni di anni e un tasso di formazione stellare che ogni anno produce astri per una massa complessiva di 12 soli».
Ma la sorpresa più grande gli astronomi l’hanno avuta da ulteriori indagini su A1689-zD1, condotte nella banda delle onde millimetriche con il telescopio ALMA (Atacama Large Millimetre Array) dell’ESO in Cile. Questi dati hanno permesso di studiare l’emissione nell’infrarosso della galassia ed evidenziare, sorprendentemente,  la presenza di una significativa quantità di polvere, valutata in circa 40 milioni di masse solari.
Questi inattesi risultati implicano che il processo di formazione della polvere in questa galassia deve essere avvenuto in tempi rapidi su scala cosmica, nell’ordine dei 100 milioni di anni – e quindi nei primi 600 milioni di anni della storia dell’Universo – e si è sviluppato di pari passo alla formazione di stelle massicce. «La quantità di polvere, relativamente alla massa stellare e alla massa di gas presente in A1689-zD1 è confrontabile con le galassie dell’Universo locale e suggerisce anche un’elevata abbondanza di elementi chimici più pesanti dell’elio, che generalmente vengono chiamati metalli dagli astronomi» continua Gallazzi. «Tutte queste proprietà ci stanno aiutando a ricostruire l’identikit di questo oggetto  e la sua storia: ci indicano chiaramente che siamo di fronte a una galassia già evoluta, ma che si trova dove ci non saremmo aspettati di trovarla, ovvero nell’Universo primordiale».
Il tasso di formazione stellare registrato in A1689-zD1 non è estremo e la quantità di massa stellare e di gas suggeriscono che la galassia abbia già formato gran parte delle sue stelle e metalli e quindi che abbia attraversato una fase di formazione stellare più intensa in epoche ancora più remote. «La presenza di un oggetto così evoluto nell’Universo giovane e la sua rilevazione dall’emissione della polvere è molto promettente per future osservazioni a lunghezze d’onda millimetriche e submillimetriche con ALMA» conclude Gallazzi. «Queste permetteranno di caratterizzare meglio la popolazione di galassie nell’Universo giovane, senza essere limitati ai sistemi più attivi e rari».