UNO STUDIO SU MNRAS

Acqua nei sistemi esoplanetari

Una ricerca condotta da ricercatori britannici ha rilevato la presenza del 30-35% del contenuto di acqua sulla Terra nell’atmosfera di una nana bianca, dimostrando che l’impatto di comete e asteroidi ricchi di acqua potrebbe essere il canale di trasporto di acqua anche nei sistemi extrasolari

Uno studio recente pubblicato dalla Royal Astronomical Society e condotto dall’Università di Warwick dimostra che la presenza di acqua nei sistemi planetari proviene da asteroidi e comete, proprio come è accaduto sulla Terra. La ricerca ha mostrato prove a sostegno della presenza di grandi quantità di acqua, l’elemento fondamentale per un ambiente adatto alla vita, in sistemi planetari diversi dal nostro.

Roberto Raddi, ricercatore presso il gruppo di Astronomia e Astrofisica dell’Università di Warwick, ha commentato i risultati dichiarando: «La nostra ricerca ha mostrato che lo scenario osservato nel sistema solare, in cui vi sono asteroidi ricchi di acqua, invece di essere unico sembra essere molto frequente. Di conseguenza, molti pianeti potrebbero contenere un volume considerevole di acqua, paragonabile a quello presente sulla Terra.

«Si ritiene che la Terra fosse inizialmente asciutta, e la nostra ricerca ribadisce con forza l’idea che gli oceani terrestri di oggi siano stati creati a seguito di impatti con comete o asteroidi ricchi di acqua».

Impressione artistica di un asteroide roccioso e ricco d'acqua frammentato dalla forte gravità della nana bianca, in secondo piano. Si ritiene che oggetti simili abbiano portato sulla Terra gran parte dell'acqua che osseviamo ora, e rappresentano quindi le fondamenta dei pianeti terrestri. Crediti: Mark A. Garlick, Università di Warwick

Nelle osservazioni ottenute presso il William Herschel Telescope nelle Isole Canarie, gli astronomi dell’Università di Warwick hanno riscontrato una grande quantità di idrogeno e ossigeno nell’atmosfera di una nana bianca, nota con il nome SDSS J1242+5226. Le quantità trovate forniscono la prova che degli asteroidi ricchi di acqua presenti nel sistema planetario hanno impattato contro la stella portando con loro l’acqua che contenevano.

I ricercatori hanno dedotto dai dati che l’asteroide doveva avere dimensioni paragonabili a quelle di Cerere (circa 900 km di diametro), l’oggetto più grande nella fascia principale del sistema solare.

«La quantità di acqua trovata in SDSS J1242+5226 è pari al 30-35% degli oceani sulla Terra», ha spiegato il dottor Raddi.

L’impatto di asteroidi o comete ricchi di acqua su un pianeta o su una nana bianca comporta la presenza di una miscela di idrogeno e ossigeno nell’atmosfera. Entrambi gli elementi sono stati osservati in grande quantità nella stella SDSS J1242+5226.

Boris Gänsicke, professore presso l’Università di Warwick e coautore della ricerca, ha spiegato: «L’ossigeno è un elemento relativamente pesante, e il suo destino è di affondare negli strati più profondi, quindi qualche tempo dopo l’impatto non sarà più visibile.

«Al contrario, l’idrogeno è un elemento più leggero, quindi galleggerà sempre sulla superficie della nana bianca, dove potrà essere facilmente rilevato. Ci sono molte nane bianche che contengono grandi quantità di idrogeno nelle loro atmosfere, e questo studio suggerisce che questa è la prova che gli asteroidi ricchi di acqua o comete sono comuni attorno ad altre stelle rispetto al Sole

L’ESPERIMENTO IN LABORATORIO

Dobbiamo il DNA al Sole?

Un gruppo di ricercatori di Berkeley e dell’Univeristà delle Hawaii ha dimostrato per la prima volta che attorno alle stelle potrebbero esserci eccellenti condizioni per la formazione dei precursori molecolari del DNA

Un'immagine composita dell'esplosione di una stella ripresa da Hubble nel 1997. Crediti: NASA

Una delle domande che i ricercatori si pongono più di frequente è:come ha avuto origine la vita? Alla base della nostra ci sono sicuramente i mattoncini del DNA, la cui formazione primordiale, però, è ancora un mistero. Per questo un gruppo di ricercatori, del Lawrence Berkeley National Lab(Dipartimento dell’Energia USA) e dell’Università delle Hawaii, ha deciso di ricreare le condizioni che potrebbero aver contribuito alla formazione deiprecursori molecolari del DNA. Si tratta di strutture di carbonio e atomi di azoto, componenti chiave delle basi azotate(sono 5 e compongono sia DNA che RNA).

I ricercatori hanno dimostrato per la prima volta che oggetti caldi nell’Universo, come le stelle (magari anche il Sole), possono essere ambienti perfetti per la formazione di questi anelli molecolari contenenti azoto. Nello studio “Gas phase synthesis of (iso)quinoline and its role in the formation of nucleobases in the interstellar medium”, pubblicato su Astrophysical Journal, gli esperti descrivono l’esperimento con il quale hanno ricreato in laboratorio le condizioni che troveremmo attorno a una stella morente ricca di carbonio. «Questa è la prima volta che osserviamo una reazione calda come questa», ha affermato Ahmed Musahid, scienziato della Divisione Scienze Chimiche nel Berkeley Lab. Non è facile per gli atomi di carbonio formare gli anelli che contengono azoto, ha spiegato. Ma questo nuovo lavoro dimostra la possibilità di una reazione nella fase in cui il gas è più caldo, quello che Ahmed chiama «barbecue cosmico».

Per decenni, gli astronomi hanno puntato i loro telescopi verso il cielo alla ricerca di anelli doppi di contenenti azoto chiamati – in gergo tecnico – chinolina. Finora gli esperti hanno focalizzato la loro attenzione principalmente sul mezzo interstellare, proprio perché l’ambiente stellare è sempre stato ritenuto un candidato ideale per la formazione di strutture di carbonio ad anello, ma mai nessuno aveva dedicato abbastanza tempo cercando di capire come nascessero strutture di carbonio contenenti azoto. Per ricreare le condizioni adatte in laboratorio, Ahmed e i suoi colleghi hanno utilizzato l’Advanced Light Source (ALS), una delle fonti di luce a raggi X e ultravioletti più brillanti al mondo nonché la prima sorgente di luce di sincrotrone “di terza generazione”. Gli esperti hanno sfruttato un dispositivo chiamato “hot nozzle” (in italiano “bocchetta calda”) per simulare la pressione e le temperature che si raggiungono in ambienti stellari, soprattutto di stelle ricche di carbonio. In questa bocchetta calda i ricercatori hanno iniettato un gas composto da una molecola di carbonio contenente azoto e due molecole di acetilene. Usando al radiazione di sincrotrone dell’ASL, il team di esperti ha esaminato il gas caldo osservando quali molecole si fossero formate. Cosa hanno scoperto? Questo hot noozle da 700 gradi Kelvin trasforma il gas iniziale in uno fatto di molecole ad anello contenti azoto chiamate chinolone e isochinolina.

Esperimenti di questo genere servono a spiegare come le molecole chiave di chinoloni e isochinolina possono essere sintetizzate in questi ambienti caldi e quindi essere espulse con il vento stellare nel mezzo interstellare. E – come ha spiegato Ahmed – c’è un limite oltre il quale può verificarsi questa reazione, limite che si può superare solo attorno alle stelle. «Una volta espulse nelle nubi molecolari fredde – ha detto Ralf Kaiser, professore di chimica presso l’Università delle Hawaii – queste molecole possono condensarsi su nanoparticelle interstellari fredde, dove poi vengono elaborate. Questi processi quindi potrebbero portare a molecole biorilevanti più evolute e complesse, come le basi azotate di così cruciale importanza nella formazione del DNA e dell’RNA».

Per saperne di più:

Clicca QUI per leggere lo studio: “Gas phase synthesis of (iso)quinoline and its role in the formation of nucleobases in the interstellar medium”, di Dorian S. N. Parker et al.

UN AMBIENTE FORSE ADATTO ALLA VITA

Encelado? Con acqua e soda, please

Un nuovo studio indica che nell’acqua ghiacciata espulsa dai geyser della luna di Saturno sono presenti significative quantità di cloruro di sodio e carbonato di sodio, indizi che avvalorano le ipotesi secondo le quali sotto la crosta ghiacciata di Encelado potrebbero esserci condizioni per lo sviluppo o il mantenimento di forme di vita. Il commento di John Brucato, esobiologo dell’INAF

Spaccato dell’interno di Encelado così come lo si può ipotizzare in base ai dati gravitazionali raccolti da Cassini. Dati che suggeriscono un guscio esterno ghiacciato, un nucleo roccioso poco denso e, nel mezzo, verso il polo sud e dunque al di sotto dei pennacchi, un oceano d’acqua. Crediti: NASA/JPL-Caltech

Che di acqua su Encelado, una delle lune di Saturno, ce ne fosse e tanta, probabilmente anche allo stato liquido sotto la sua crosta gelata, lo sapevamo già. Ma non che, mescolata ad essa, ci fosse anche soda e sale, un cocktail non certo gustoso per i nostri palati ma possibile indicatore della presenza di processi chimici propedeutici alla formazione di molecole organiche. A rivelarlo è un nuovo studio pubblicato sulla rivistaGeochimica et Cosmochimica Acta.

Il team di ricercatori che ha realizzato lo studio, sotto la guida di Chistopher Glein, del Carnegie Institution di Washington,  John Baross dell’Università di Washington, e J. Hunter Waite Jr. del Southwest Research Institute, ha sviluppato un nuovo modello che descrive la composizione chimica dei grani di ghiaccio e dei gas che costituiscono i pennacchi dei geyser di Encelado, basato sui dati dello spettrometro di massa a bordo della sonda Cassini. Dal modello è stato cosìstimato il pH dell’acqua imprigionata sotto la crosta del corpo celeste, un parametro fondamentale per comprendere processi geochimici che avvengono all’interno della luna e per valutare se e quali forme di vita possono esistere in quell’ambiente.

I risultati che sono stati elaborati dal modello proposto dal team indicano che l’acqua presente negli spruzzi ghiacciati da Encelado, e quindi la stessa che costituisce l’oceano sotterraneo della luna di Saturno, è salata e possiede un pH alcalino di circa 11 o 12 (il valore massimo della scala è 14), paragonabile a quello delle soluzioni a base di ammoniaca per la pulizia delle lenti degli occhiali. In più, sono presenti concentrazioni di sale (cloruro di sodio, NaCl) analoghe a quelle nostri mari e  soda (carbonato di sodio, Na2CO3)  che rende l’acqua dell’oceano extraterrestre simile per composizione a quella dei laghi alcalini del nostro pianeta come il Mono in California o il Magadi in Kenya.

In questa immagine del satellite NASA Cassini si vedono almeno quattro pennacchi d'acqua levarsi dall'emisfero sud di Encelado (crediti: NASA/JPL/Space Science Institute)

Gli scienziati, sulla base di questi risultati, hanno presentato una possibile spiegazione del pH così elevato dell’oceano sotterraneo di Encelado, che sarebbe dovuto a un processo metamorfico delle rocce a contatto con l’acqua, chiamatoserpentinizzazione. Sul nostro pianeta, la serpentinizzazione si verifica quando certi tipi di rocce ultrabasiche (o ultramafiche), che possiedono un ridotto contenuto di silice e sono invece ricche di magnesio e ferro, risalgono dal mantello superiore della Terra fino a raggiungere il fondo degli oceani, dove interagiscono con le molecole d’acqua circostanti. Con questo processo, le rocce ultrabasiche vengono converte in nuovi minerali, incluso il serpentino, appunto, rendendo il pH dell’acqua coinvolta nella trasformazione alcalino. I ricercatori ritengono che anche su Encelado vi siano fenomeni di serpentinizzazione , dovuti all’interazione dell’acqua liquida dell’oceano sotterraneo con il nucleo roccioso della luna, che ne delimiterebbe il fondale.

«Perché siamo così interessati alla serpentinizzazione? La reazione chimica tra rocce ricche di metalli e l’acqua produce anche idrogeno molecolare (H2), che fornisce una sorgente di energia chimica essenziale per sostenere una biosfera all’interno di lune e pianeti, dove la luce solare non può penetrare» dice Glein. «Questo processo è fondamentale in astrobiologia, perché l’idrogeno molecolare può sia determinare la formazione di composti organici come gli aminoacidi, i ‘mattoni’ della vita, che alimentare la vita microbica, in particolare gli organismi che producono metano. In questo contesto, la serpentinizzazione fornisce un collegamento tra processi geologici e processi biologici. Avere scoperto questo processo su Encelado rende questo mondo un candidato ancora più promettente per poter ospitare forme di vita».

Per John Brucato, astrofisico ed esobiologo dell’INAF «Il nostro pianeta sarà sempre il mondo abitabile meglio studiato, e serve come un banco di prova per le teorie e le tecniche mirate alla ricerca di vita nello spazio. Una delle teorie più accreditate dell’origine della vita sulla Terra ritiene che questa si sia formata nei camini idrotermali (fumarole nere) presenti lungo le fratture della dorsale oceanica. In particolare gli astrobiologi oggi studiano il processo di serpentinizzazione – alterazione della struttura cristallina dei minerali mediante presenza di acqua  – che avviene nei camini idrotermali per meglio comprendere il  ruolo che questi processi hanno avuto nella chimica prebiotica, nell’origine della vita e al suo mantenimento. L’alterazione acquosa dell’olivina è capace di produrre idrogeno molecolare (H2) in un’ampia varietà di condizioni idrotermali. Sebbene l’idrolisi dell’olivina (cioè, la serpentinizzazione) è comunemente studiata a temperature elevate (100 °C), la natura di queste reazioni a temperature inferiori non è stata valutata sistematicamente, soprattutto per quanto riguarda i fluidi idrotermali ricchi di carbonato. In particolare, la formazione di carbonato può violare alcune reazioni geochimiche legate alla serpentinizzazione e alla produzione di H2 a temperature più basse.

Ad ogni modo, il team che ha analizzato i dati di Cassini conclude che l’oceano interno è un ambiente alcalino (pH> 9) dovuto ad una soluzione di Na-Cl-CO3. Tale soluzione potrebbe essere prodotta tramite serpentinizzazione della roccia presente nel fondale oceanico, che a sua volta produce H2. Circostanza, quindi, molto favorevole per la comparsa ed il mantenimento della vita su una luna di Saturno. Inoltre, la presenza di cloruro di sodio (NaCl) è una caratteristica geochimica che Encelado condivide con l’acqua di mare terrestre, ma la presenza  di Na2CO3 dissolto suggerisce una somiglianza ancora maggiore con alcuni laghi terrestri. Queste conclusioni sarebbero una conferma dell’idea che la vita possa essere presente non solo su pianeti “vicini” al Sole come la Terra e Marte, ma anche su corpi molto distanti dalla nostra stella  dove la fonte di energia per la vita non sarebbe la luce solare bensì energia chimica prodotta da celle a combustibile naturale come i camini idrotermali».

SCOPERTO GRAZIE A HUBBLE

L’alone gigante di Andromeda

Grazie ai dati raccolti da Hubble un team di scienziati ha potuto stimare con precisione la dimensione dell’alone gassoso di Andromeda: circa metà del contenuto in stelle della galassia stessa. Questa scoperta ci permette di saperne di più sull’evoluzione e la struttura di uno dei tipi di galassie più comuni nell’universo

Un team di scienziati, utilizzando dati del telescopio spaziale Hubble della NASA, ha scoperto che l’immenso alone di gas che avvolge la galassia di Andromeda è di circa sei volte più esteso e 1.000 volte più massiccio di quanto si era stimato in precedenza. L’alone scuro e quasi invisibile che circonda Andromeda si estende per circa un milione di anni luce dalla sua galassia ospite, a metà strada rispetto alla nostra Via Lattea. Questa scoperta ci fornisce informazioni preziose per saperne di più circa l’evoluzione e la struttura delle maestose spirali giganti, uno dei tipi di galassie più comuni nell’universo.

«Gli aloni sono le atmosfere gassose delle galassie. Stando ai modelli di formazione galattica, le proprietà di questi aloni hanno ricadute sulla velocità con cui si formano le stelle nelle galassie», ha spiegato Nicolas Lehner, responsabile dello studio e ricercatore presso l’Università di Notre Damein Indiana. Si stima che l’immenso alone contenga luna massa pari a metà delle stelle presenti nella galassia di Andromeda nella forma di un gas caldo. Se si potesse vedere ad occhio nudo, l’alone occuperebbe una porzione di cielo grande 100 volte il diametro della Luna piena, che equivale alla dimensione di due palloni da basket tenuti alla distanza di un braccio teso.

La galassia di Andromeda si trova a 2.5 milioni di anni luce di distanza e si presenta come una debole nuvoletta affusolata, grande circa 6 volte il diametro della Luna piena. È considerata una galassia quasi-gemella della Via Lattea.

Poiché l’alone di gas di Andromeda non emette luce, il team ha studiato gli oggetti luminosi che si trovavano prospetticamente sullo sfondo e ha osservato come si è modificata la loro luce passando attraverso il gas. Un po’ come guardare una luce incandescente sul fondo di una piscina di notte. La fonte ideale di luce per uno studio come questo sono i quasar, nuclei di galassie attive molto luminosi alimentati da buchi neri. Il team ha utilizzato 18 quasar che si trovano dal nostro punto di vista dietro ad Andromeda, e grazie a queste osservazioni ha potuto sondare come sia distribuito il materiale gassoso al di là del disco visibile della galassia. I loro risultati verranno pubblicati il 10 maggio prossimo in un articolo sulla rivista The Astrophysical Journal.

Questo schema mostra come hanno fatto gli scienziati a determinare la dimensione dell'alone della galassia di Andromeda. Poiché il gas dell'alone non emette luce, il team ha osservato la luce dei quasar che attraversava il gas. Il gas del'alone, infatti, assorbe in parte la luce del quasar, rendendola meno intensa in un breve intervallo di lunghezze d'onda. Misurando la diminuzione luminosità di tale intervallo, gli scienziati sono in grado di stimare la quantità di gas presente tra noi e il quasar. Alcuni quasar presenti nel campo di vista non hanno mostrato questa diminuzione di luminosità, permettendo di definire con precisione la dimensione dell'alone. Crediti: NASA, ESA, and A. Feild (STScI)

Una ricerca precedente, chiamata Hubble Cosmic Origins Spectrograph (COS) Halos program, aveva studiato 44 galassie lontane trovando aloni come quello di Andromeda, ma mai prima d’ora si era osservato un alone così massiccio in una galassia vicina. Poiché le galassie studiate in precedenza erano molto più lontane, apparivano molto più piccole in cielo. Di conseguenza, dietro ciascuna galassia era possibile osservare un singolo quasar, fornendo un unico punto di ancoraggio per mappare le loro dimensioni e la struttura dell’alone. Con la sua vicinanza alla Terra e la sua conseguente ampiezza in cielo, Andromeda offre una possibilità di campionamento molto più estesa.

«Mentre la luce dei quasar viaggia verso il telescopio Hubble, il gas dell’alone ne assorbe un po’ e rendere il quasar un po’ meno luminoso in un breve intervallo di lunghezze d’onda», spiega J. Christopher Howk, che ha collaborato allo studio e che lavora presso l’Università di Notre Dame . «Misurando il calo di luminosità in quella fascia possiamo stimare quanto alone di gas dalla galassia c’è tra noi e il quasar».

Gli scienziati hanno sfruttato la capacità unica di Hubble di studiare la luce ultravioletta proveniente dai quasar. La luce nella banda ultravioletta viene assorbita dall’atmosfera terrestre, il che rende difficile osservare con un telescopio da terra. Per condurre questa ricerca il team ha utilizzato circa 5 anni di osservazioni raccolte nell’archivio dati di Hubble. Molte campagne osservative precedenti effettuate con Hubble hanno usato i quasar per studiare aloni di gas molto più lontani di Andromeda ma sempre nella sua direzione, perciò esisteva già un ricco set di dati.

Ma qual è l’origine di questo alone gigante? Simulazioni su larga scala suggeriscono che l’alone si sia formato contemporaneamente al resto di Andromeda. Il team ha anche stabilito che l’alone si è arricchito di elementi molto più pesanti dell’idrogeno e dell’elio, e l’unico modo per ottenere la presenza di questi elementi è ipotizzare l’esplosione di supernovae. Le supernovae scoppiano nel disco della galassia e soffiano con violenza gli elementi pesanti nello spazio lontano. Nel corso della vita di Andromeda, quasi la metà di tutti gli elementi pesanti sono stati espulsi dalle sue stelle ben oltre i 200.000 anni luce del suo diametro stellare.

Che cosa significa questo per la nostra galassia? Dal momento che viviamo all’interno della Via Lattea, gli scienziati non sono in grado di determinare se il nostro alone sia altrettanto massiccio ed esteso. Se la Via Lattea fosse circondata da un alone altrettanto grande, gli aloni delle due galassie potrebbero quasi toccarsi e iniziare a fondersi uno nell’altro molto prima che si incontrino le galassie. Osservazioni effettuate con il telescopio Hubble indicano infatti che la galassia di Andromeda e la Via Lattea si fonderanno formando una galassia ellittica gigante tra circa 4 miliardi di anni.

TITANIO RADIOATTIVO USATO COME “TRACCIANTE”

Supernove a forma di pera

L’esplosione di SN 1987A è stata asimmetrica. Lo confermano le osservazioni compiute dal satellite NuSTAR. Una scoperta che potrebbe aiutare a capire perché alcune supernove collassino in stelle di neutroni e altre in buchi neri. Anche due ricercatori INAF nello studio pubblicato su Science

Rappresentazione schematica della distribuzione asimmetrica della materia nella supernova. Crediti: NASA/JPL-Caltech/UC Berkeley

Quali sembianze assume una stella quando esplode? L’intuito direbbe una sfera. E invece no, o almeno non sempre: i dati raccolti dal telescopio spaziale per raggi X NuSTAR della NASA mostrano con chiarezza come la materia della supernova 1987A sia distribuita in modo tutt’altro che uniforme. Un fenomeno, questo, predetto dai modelli elaborati al computer egià intravisto in passato, sempre da NuSTAR, studiando un’altra supernova: Cassiopeia A. Ma che la lunga campagna osservativa – oltre 720 ore – condotta, fra settembre 2012 e luglio 2014, con gli occhi puntati sulle righe d’emissione d’un isotopo del titanio (il titanio-44) provenienti da SN 1987A conferma ora in modo inequivocabile. I risultati in uno studio, pubblicato oggi su Science, che vede fra i coautori anche Matteo Perri e Simonetta Puccetti, entrambi dell’INAF -Osservatorio Astronomico di Roma e dello Science Data Center dell’Agenzia Spaziale Italiana (ASDC), e Paolo Giommi, responsabile del centro ASDC.

«L’analisi spettroscopica delle righe di emissione del titanio-44 mostra che l’esplosione della supernova è stata asimmetrica», dice Perri, che insieme a Puccetti ha sviluppato, in collaborazione con il team NuSTAR del Caltech, il software per l’analisi scientifica dei dati del telescopio spaziale. «Con i risultati ottenuti su SN1987A e Cassiopeia A», aggiunge Puccetti, «NuSTAR sta dando un importante contributo per comprendere le fasi finali dell’evoluzione delle stelle esplose».

Ed è proprio questo il punto cruciale della scoperta: l’interesse per l’asimmetria osservata nell’esplosione di SN 1987A non sta, infatti, nella sua forma bizzarra, bensì nei processi fisici che vi sono all’origine. Processi che sembrerebbero riguardare non solo SN 1987A e Cassiopea A, ma più in generale le supernove di tipo II, le cosiddette core collapse (ovvero, a collasso nucleare). Processi la cui comprensione potrebbe aiutare a rispondere, sostiene un fisico teorico del Caltech come Christian Ott, a uno fra gli interrogativi più affascinanti attorno alla morte delle stelle, ovvero cosa determini il diverso esito – stella di neutroni o buco nero – del collasso di queste supernove.

Insomma, la posta teorica in gioco è altissima. Tornando a noi, però, ciò che emerge dall’odierno articolo su Science è l’ingegnosità della campagna osservativa e della successiva analisi dati. Partiamo dunque dall’inizio, da quell’esplosione la cui luce è giunta a noi nel 1987, ma che risale in realtà a 168mila anni fa – tale è infatti il tempo che, viaggiando alla velocità della luce, i fotoni emessi dalla supernova hanno impiegato per arrivare sulla Terra. Fotoni, ma non solo: in loro compagnia, anziqualche ora avanti, viaggiavano anche parecchi neutrini, 24 dei quali finirono nelle maglie di tre osservatori terrestri. Neutrini che segnarono la storia dell’astronomia: furono infatti i primi mai osservati provenienti da un’esplosione di supernova.

Ebbene, dai modelli messi a punto al Caltech pare che sia proprio la pressione esercitata dai neutrini a perturbare, con la sua onda d’urto, la perfetta forma sferica iniziale del nucleo della stella. Perturbazione senza la quale la supernova potrebbe addirittura non esserci. «Se fai tutto bello sferico», rivela infatti l’astrofisica del Caltech Fiona Harrison, responsabile di NuSTAR e coautrice dell’articolo, riferendosi ai parametri delle simulazioni al computer, «il nucleo non esplode. Quello che salta fuori è che, per far esplodere la stella, c’è bisogno delle asimmetrie».

Perri

Questo per quanto riguarda le simulazioni, d’accordo. Ma come cercarle, queste asimmetrie, su esplosioni avvenute a centinaia di migliaia di anni luce da noi? Il team di NuSTAR c’è riuscito osservando il redshift delle due righe d’emissione – quella a 67.87 keV e quella a 78.32 keV – del titanio-44. Isotopo radioattivo sintetizzato dalla stessa supernova, il titanio-44 è in grado di funzionare da “tracciante” ideale, visto che le sue due righe cadono entrambe (seppure di poco) all’interno dell’intervallo d’energie alle quali lo spettroscopio di NuSTAR è sensibile. Il risultato non ha lasciato dubbi: lassù la materia s’è mossa – a velocità elevatissime, migliaia di km al secondo – in modo non uniforme. Per la precisione, quella che è stata sparata in direzione opposta rispetto a noi osservatori (dunque s’è allontanata, spostando le righe verso il rosso) è in quantità significativamente superiore a quella che s’è avvicinata (spostando le righe verso il blu). Innescando così, ipotizzano gli scienziati del team, una sorta di rinculo: l’esplosione da una parte, il collasso in un invisibile oggetto compatto dall’altra.

Per saperne di più:

  • Leggi su Science l’articolo “44Ti gamma-ray emission lines from SN1987A reveal an asymmetric explosion”, di S. E. Boggs, F. A. Harrison, H. Miyasaka, B. W. Grefenstette, A. Zoglauer, C. L. Fryer, S. P. Reynolds, D. M. Alexander, H. An, D. Barret, F. E. Christensen, W. W. Craig, K. Forster, P. Giommi, C. J. Hailey, A. Hornstrup, T. Kitaguchi, J. E. Koglin, K. K. Madsen, P. H. Mao, K. Mori, M. Perri, M. J. Pivovaroff, S. Puccetti, V. Rana, D. Stern, N. J. Westergaard, W. W. Zhang

IL JURASSIC PARK DEGLI AMMASSI GLOBULARI

“Uovo di dinosauro” cosmico sta per schiudersi

Grazie al potente radiotelescopio ALMA, gli astronomi hanno osservato quello che potrebbe essere il primo proto ammasso globulare mai scoperto. Una gigantesca nube molecolare estremamente densa e massiccia, strapazzata dallo scontro delle galassie Antenne, ma che non ha ancora acceso alcuna stella

Immagine ALMA dei densi nuclei di gas molecolare nelle galassie Antenna. L’oggetto rotondo giallo, circondato da una gigantesca nube molecolare, potrebbe essere il primo esempio mai identificato di ammasso globulare “prenatale”. Crediti: K. Johnson, U.Va.; ALMA (NRAO/ESO/NAOJ)

Gli ammassi globulari – scintillanti gruppi sferoidali di stelle, comprendenti fino a un milione di partecipanti legati da vincoli attrattivi – sono tra i più antichi oggetti dell’universo. Benché se ne trovino in abbondanza dentro e attorno a molte galassie, gli scienziati ancora non conoscono come effettivamente vengano convocati questi raduni gravitazionali, ovvero quali siano le condizioni necessarie alla creazione di nuovi ammassi globulari.

Un gruppo di astronomi, utilizzando il radiotelescopio Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) in Cile, ha ora scoperto quello che potrebbe essere il primo esempio conosciuto di un ammasso globulare in procinto di formarsi: una nube di gas molecolare incredibilmente pesante, estremamente densa, macompletamente priva di stelle.

«Potremmo essere testimoni di una delle più antiche ed estreme modalità di formazione stellare nell’universo», ha detto Kelsey Johnson, astronomo presso l’Università della Virginia e principale autore di uno studio in via di pubblicazione su Astrophysical Journal. «Questo notevole oggetto sembra come provenire direttamente dall’universo primordiale: scoprire qualcosa che ha tutte le caratteristiche di un ammasso globulare, ma che non ha ancora iniziato a formare stelle, è come trovare un uovo di dinosauro che sta per schiudersi».

Le galassie Antenne riprese dal Telescopio Spaziale Hubble nel visibile (sopra) sono state osservate con ALMA, rivelando ampie nubi di gas molecolare (riquadro centrale). Una di queste nubi (riquadro inferiore), incredibilmente densa e massiccia, non presenta segni di stelle. Credit: NASA/ESA Hubble, B. Whitmore (STScI); K. Johnson, U.Va.; ALMA (NRAO/ESO/NAOJ); B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)

Questo oggetto, che gli astronomi chiamano scherzosamente Firecracker (“il petardo”), si trova a circa 50 milioni di anni luce di distanza dalla Terra, rincantucciato tra una famosa coppia di galassie interagenti, note come le Antenne. Le forze di marea, generate dal processo di fusione in corso fra queste galassie, innescano formazione stellare a tutto spiano; formazione che si verifica in gran parte all’interno di densi ammassi.

Ciò che rende il Firecracker unico, però, è la sua straordinaria massa, le dimensioni relativamente piccole e l’apparente mancanza di stelle. Tutti gli altri ammassi globulari analoghi che gli astronomi hanno osservato fino ad oggi sono già popolati di stelle. Il calore e la radiazione emanati da queste stelle hanno notevolmente modificato l’ambiente circostante, rendendo difficile ricostruirlo per come doveva apparire nei suoi più freddi e tranquilli inizi. Grazie ad ALMA, gli astronomi sono stati in grado di trovare e studiare in dettaglio un esempio incontaminato di tale incubatore stellare, facendosi un’idea delle condizioni che possono aver portato alla formazione di molti, se non tutti, gli ammassi globulari.

«Fino ad ora, nubi di questo potenziale sono state viste solo nella loro fase adolescenziale, quando la proliferazione stellare era già cominciata. Per capire come si forma un ammasso globulare, è però necessario poter vedere la sua infanzia», ha sintetizzato Johnson.

L'ammasso globulare M80; la sua distanza è stimata in circa 28.000 anni luce dal Sole e contiene centinaia di migliaia di stelle. Crediti: NASA, The Hubble Heritage Team, STScI, AURA

La maggior parte degli ammassi globulari si sono formati durante un vero e proprio “baby boom” avvenuto circa 12 miliardi di anni fa. Era l’epoca in cui si formavano le galassie, impacchettando fittamente fino a un milione di stelle di “seconda generazione”, ovvero quelle stelle con concentrazioni estremamente basse di metalli pesanti, indicanti una loro precoce comparsa nel palcoscenico cosmico.

Nella Via Lattea sono conosciuti almeno 150 ammassi globulari, anche se potrebbero essercene molti di più. In tutto l’universo sono tuttora in via di formazione ammassi stellari di varie dimensioni. Secondo gli scienziati, è possibile, anche se sempre più improbabile, che i più grandi e più densi di questi diventino nel tempo degli ammassi globulari.

«Per un vigoroso ammasso di giovani stelle, le probabilità di rimanere intatto sono molto basse: circa l’uno per cento. Diverse forze esterne e interne tendono a rompere questi oggetti, sia formandoammassi aperti come le Pleiadi, che disintegrandosi completamente per diventare parte dell’alone galattico», ha spiegato Johnson.

Gli autori del nuovo studio ritengono, tuttavia, che l’oggetto osservato con ALMA, contenente 50 milioni di volte la massa del Sole in gas molecolare, sia sufficientemente denso per avere buonechances di diventare uno dei fortunati.

Il radiotelescopio ALMA al lavoro. Crediti: EFE / Ariel Marinkovic

Gli ammassi globulari si evolvono assai rapidamente dal loro stadio embrionale privo di stelle, in meno di un milione di anni. Ciò significa che l’oggetto scoperto da ALMA sta attraversando una fase molto particolare della sua vita, offrendo agli astronomi un’occasione unica per studiare una componente importante dell’universo primordiale.

Nell’esplorare le galassie Antenne, Johnson ei suoi colleghi hanno osservato la debole emissione dovuta alle molecole di monossido di carbonio, che ha permesso loro di vedere e determinare le caratteristiche delle singole nubi di polveri e gas. La totale mancanza di emissione termica – il segnale rivelatore di gas riscaldato da stelle vicine – conferma che questo oggetto appena scoperto è ancora nel suo stato originario.

I dati di ALMA indicano anche che la nubeFirecracker è sottoposta a una pressione estrema, circa 10.000 volte maggiore delle pressioni tipiche interstellari. Questa evidenza fornisce sostegno a teorie precedenti secondo cui per la formazione di ammassi globulari sono richieste alte pressioni.

Secondo i ricercatori, ulteriori studi con ALMA possono rivelare esempi di proto super-ammassi di stelle nelle galassie Antenne e in altre galassie interagenti, mettendo in luce le origini di questi antichi oggetti e il ruolo che svolgono nella evoluzione galattica.

Referenze:

  • Il preprint dello studio “The Physical Conditions in a Pre Super Star Cluster Molecular Cloud in the Antennae Galaxies“, di K. E. Johnson et al., in via di pubblicazione su Astrophysical Journal