21 agosto 2015

Alla ricerca dei componenti di materia ed energia oscura

La sfuggente materia oscura e l’ancor più enigmatica energia oscura possono essere studiate anche in laboratorio senza dover aspettare di rilevare i prodotti diretti della loro interazione con la matera ordinaria in seguito a collisioni cosmiche ad altissima energia. A dimostrarlo sono due studi che hanno posto diversi limiti alle possibili teorie su di esse(red)

Le teorie che cercano di spiegare la materia oscura e e l’energia oscura hanno ora dei limiti più stringenti grazie a due studi pubblicati su “Science”. Questi studi mostrano inoltre come sia possibile ricercare effetti misurabili di queste due sfuggenti entità con esperimenti “di laboratorio” invece di essere costretti a rilevarne le componenti  nelle collisioni ad altissima energia che avvengono su scala cosmica e – forse – in quelle realizzabili in acceleratori della potenza di LHC al CERN..

La materia oscura serve a spiegare l’esistenza delle galassie, il cui vorticoso moto rotatorio dovrebbe disintegrarle se non fosse compensato da una forza gravitazionale decisamente molto più elevata di quella prodotta da tutta la materia ordinaria che contengono. L’energia oscura è stata invece postulata nel 1998, quando gli scienziati hanno osservato che l’universo si sta espandendo a un ritmo sempre crescente, apparentemente sotto l’influsso di una pressione invisibile che permea tutto lo spazio.

Alla ricerca dei componenti di materia ed energia oscura
In questa immagine dell’ammasso di galassie Abell 2744 è indicata in blu la presunta distribuzione della materia oscura, ricavata da calcoli teorici (in rosso, rosso la distribuzione dei gas) (Cortesia NASA, ESA, ESO, CXC & D. Coe (STScI)/J. Merten, Heidelberg/Bologna)

L’assenza di dati di laboratorio che imponessero severi limiti alle possibili spiegazioni di materia ed energia oscure ha portato a una vera fioritura di ipotesi sulla loro natura, che i due studi ora pubblicati contribuiscono a sfoltire.

Una delle teorie più accreditate sulla materia oscura, per esempio, prevede che sia composta dalle cosiddette WIMP (Weakly Interacting Massive Particles), particelle massicce che hanno la caratteristica di interagire molto debolmente – e quindi molto di rado – con protoni e neutroni. Tuttavia, se per caso urtano un  atomo, gli comunicano una piccola quantità di energia, perturbandone lo stato in modo teoricamente rilevabile. Purtroppo, però, distinguere questa perturbazione da quelle generate da altre fonti è estremamente difficile.

Nel 1998 la collaborazione DAMA/LIBRA, che si serviva di uno scintillatore a base di ioduro di sodio nei Laboratori nazionali del Gran Sasso per osservare queste perturbazioni, aveva individuato un possibile segnale periodico di collisione fra WIMP e atomi, legato alla rotazione della Terra attorno al Sole.

Alla ricerca dei componenti di materia ed energia oscura
Schema dell’apparato Xenon100 presso i Laboratori nazionali del Gran Sasso. (Cortesia Laboratori Nazionali del Gran Sasso/INFN)

Ora però – come è illustrato nell’articolo dedicato alla materia oscura  – la XENON Collaboration (diretta dall’italiana Elena Aprile della Columbia University) che ha sfruttato un rilevatore allo xeno molto più sensibile di quello di DAMA/LIBRA,ospitato anch’esso al Gran Sasso, ha stabilito che quel segnale non era prodotto dalla materia oscura. Ma non si tratta di una cattiva notizia. L’assenza di segnali ha infatti permesso di escludere tutte le teorie secondo cui la materia oscura sarebbe “leptofilica”, cioè preferisca interagire con gli elettroni (leptoni, in base alla classificazione delle particelle) anziché con i nuclei atomici. D’ora in poi ci si potrà limitare al controllo delle teorie che prevedono solo un’interazione nucleare.

Il secondo articolo descrive invece un metodo per testare una serie di teorie sull’energia oscura. P. Hamilton e colleghi hanno usato un interferometro a singolo atomo di cesio in camera a ultravuoto per cercare la cosiddetta “particella camaleonte”, una particella associata al campo dell’energia oscura.

Alla ricerca dei componenti di materia ed energia oscura
Il cuore dell’apparato usato negli esperimenti di Hamilton e colleghi. (Cortesia Holger Mueller/Science/AAAS)

Il nome “camaleonte” è legato all’ipotesi che la massa di questa particella cambierebbe in funzione delle condizioni dell’ambiente in cui si trova, in pratica mimetizzandosi agli occhi dell’osservatore. In particolare, la particella eserciterebbe una forza inversamente proporzionale alla massa presente nell’ambiente circostante: su un pianeta come la Terra, l’attrazione o la repulsione sarebbe quindi debolissima ed estremamente difficile da rilevare, mentre nel vuoto dello spazio profondo, a scale cosmiche, la forza avrebbe un’intensità tale da spiegare l’accelerazione dell’espansione dell’universo.

I dati interferometrici ottenuti nei primi esperimenti da Hamilton e colleghi hanno posto dei limiti a come può essere la particella camaleonte – ammesso che esista, cosa che non hanno dimostrato. Di conseguenza, i loro risultati hanno già ridotto notevolmente le possibili teorie che  spiegano l’energia oscura invocando l’esistenza di una “quinta forza” accanto alle quattro forze fondamentali (gravitazionale, elettromagnetica, nucleare forte e nucleare debole). Ulteriori applicazioni della tecnica da loro adottata potrebbero inoltre escludere anche altre teorie.

Da Quel di Cerere, Dawn Invia Spettacolari Immagini


Postato il 28 agosto 2015 alle 17:03

Dawn ha individuato questa montagna alta e conica da un'altitudine di 1470 metri. La montagna, collocata nell'emisfero sud, si eleva per 6 km. Il perimetro è definito nettamente, con accumuli di detriti quasi inesistenti lungo i fianchi brillanti. Credits: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA
Dawn ha individuato questa montagna alta e conica da un’altitudine di 1470 metri. La montagna, collocata nell’emisfero sud, si eleva per 6 km. Il perimetro è definito nettamente, con accumuli di detriti quasi inesistenti lungo i fianchi brillanti. Credits: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA

Pochissimi giorni fa, le nuove immagini della sonda Dawn sono giunte a terra, mostrando tutte le più piccole strutture dela superficie di Cerere con dettagli senza precedenti, inclusa l’alta e conica montagna del pianetino.

“Dawn sta avendo una performance impeccabile in questa nuova orbita man mano che conduce la sua ambiziosa esplorazione. La vista della sonda è ora tre volte più ravvicinata rispetto alla precedente orbita di mappatura, rivelando nuovi eccitanti dettagli di questo intrigante pianeta nano”, racconta Marc Rayman, ingegnere capo di Dawn e direttore della missione.

Ripresa diDawn del cratere Gaue, il più grande di Cerere situato sulla sua sommità. Credits: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA
Ripresa diDawn del cratere Gaue, il più grande di Cerere situato sulla sua sommità. Credits: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA

All’altitudine orbitale odierna di 1470 km, Dawn ha impiegato 11 giorni per catturare e inviare immagini dell’intera superficie di Cerere. Ogni ciclo di 11 giorni consiste in ben 14 orbite, e nei prossimi due mesi la sonda mapperà l’intero pianetino sei volte!

La sonda sta utilizzando l’inquadratura della camera per mappare in maniera estensiva la superficie, attivando i modelli 3-D. Ogni immagine proveniente da questa orbita ha una risoluzione di 140 metri per pixel e copre meno dell’1% della superficie di Cerere. Nello stesso momento, lo spettrometro per la mappatura nel visibile e nell’infrarosso sta raccogliendo dati che forniranno agli scienziati una migliore comprensione dei minerali ritrovati sullo strato superficiale.

Questa immagine mostra una catena montuosa - visibile nella parte in basso a sinistra - che si erge al centro del cratere Urvara. Credits: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA
Questa immagine mostra una catena montuosa – visibile nella parte in basso a sinistra – che si erge al centro del cratere Urvara. Credits: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA

Gli ingegneri e gli scienziati rifiniranno inoltre le loro misure del campo gravitazionale di Cerere, che aiuteranno i pianificatori della missione a disegnare la prossima orbita di Dawn – la più bassa – così come il tragitto per immettersi in essa: verso la fine di ottobre infatti , Dawn incomincerà a cadere in spirale verso la sua orbita finale, che si troverà ad appena 375 km dalla superficie.

Dawn è la prima missione andata a visitare un pianeta nano ed anche la prima ad orbitare due istinti obiettivi all’interno del Sistema Solare. La sonda ha infatti orbitato il protopianeta Vesta per ben 14 mesi tra il 2011 ed il 2012, arrivando a Cerere il 6 maggio 2015.

Giulia Murtas

 

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Ana Castañeda, Jefe de sección de Asuntos Generales.
(Servicio de Turismo del Excmo. Cabildo Insular de La Palma)

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  •  Ana García (AstroLaPalma.com & AstroCamp). Email: info@astrolapalma.com, Telf: 0034 622 805 618
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  • Christoph Malin (TWAN)
  • Local committee

A SETTEMBRE FESTIVAL A LA PALMA

Astroturismo alla isla bonita

A fine settembre 2015 si terrà la prima edizione dell’AstroFest sull’isola di La Palma, alle Canarie. Nel programma: incontri, workshop di astrofotografia, passeggiate notturne e anche un’eclissi totale di Luna. Abbiamo chiesto a Elena Nordio, astronoma e astroguida, le peculiarità di La Palma come meta astroturistica

canary-islands-620x350Le isole Canarie, estrema propaggine europea nell’Oceano Atlantico, grazie all’eccezionale pulizia del cielo ospitano una moltitudine di telescopi per la ricerca scientifica. Sono concentrati all’Osservatorio del Teide, a Tenerife, e all’Osservatorio del Roque de los Muchachos, nella più piccola e meno nota isola di La Palma, dove svetta anche il nostrano TNG, il Telescopio Nazionale Galileo, nonché la coppia di specchi “nudi” dei telescopi MAGIC, frutto di una collaborazione a cui partecipa l’Italia.

Proprio La Palma diventerà dal 25 settembre all’8 ottobre 2015 il centro di attrazione per tutta una serie di attività – professionali e non – che gravitano attorno all’astronomia. In quelle date la isla bonitadarà vita al primo AstroFest La Palma, dove si incontreranno operatori dell’ecoturismo, scienziati, appassionati di fotografia astronomica e della natura in generale.

astrofestlapalmaIl programma si apre con la II Conferenza Internazionale di Astroturismo, dedicata principalmente agli operatori del settore, ivi compresi gli enti scientifici che promuovono direttamente le loro attività astronomiche presso il pubblico.

Destinata a tutti gli appassionati è invece l’osservazione della eclisse lunare totale nella notte tra il 27 e il 28 settembre, comprensiva di camminata notturna nella suggestiva Caldera del Taburiente.

Tra il 29 settembre e il 1 ottobre si terrà la prima edizione della Conferenza internazionale sul paesaggio notturno(nightscape), sostenuta dall’organizzazione internazionale di fotografi notturni The World at Night (TWAN), composta da professionisti dell’immagine e artisti che incentrano la loro attività sulla connessione tra arte, fotografia notturna e astronomia.

Paesaggio notturno che può essere direttamente sperimentato durante l’escursione fotografica del 2 ottobre, comprendente una visita all’Osservatorio del Roque de los Muchachos, a 2.400 metri d’altezza.

Per gli astrofotografi con già un minimo di esperienza alle spalle, viene infine proposto dal 3 all’8 ottobre il workshop fotografico intensivo IV AstroMaster La Palma, condotto dagli esperti del TWAN Christoph Malin e Babak Tafreshi, che sveleranno agli allievi le tecniche più sofisticate per l’astrofotografia di paesaggi, il processamento delle immagini e il timelapse.

Abbiamo chiesto quali sono i punti di forza di La Palma per l’astroturismo a Elena Nordio, guida certificata starlight, salpata dalla laguna di Venezia e approdata alle coste oceaniche canarie attraverso una laurea in astronomia a Padova.

«La Palma è stata dichiarata “Riserva della Biosfera” dall’UNESCO e riconosciuta come meta di turismo sostenibile dall’Unione Europea. All’interno di questo contesto suggestivo, troviamo 16 belvedere astronomici, di cui 14 facilmente raggiungibili e 2 “professionali”, nel Parco Nazionale della Caldera di Taburiente. Sono posti speciali per vedere le stelle con un notevole paesaggio di sfondo. Ad esempio si può ammirare una cascata di stelle, la Via Lattea, sopra il “mare di nuvole”, il sorprendente fenomeno meteorologico provocato dai venti alisei che confinano le nubi al di sotto dei 1.500 metri di quota. Inoltre, questo strato di nuvole copre tutto l’inquinamento luminoso, che, seppur modesto, è comunque esistente».

Elena Nordio all'osservatorio di Roque de Los Muchachos. Crediti: INAF/TNG

Da dove proviene l’astroturista tipico nella sua esperienza?

«Dipende molto dalla stagione: in estate ci sono turisti spagnoli, della penisola spagnola e delle Canarie stesse; da ottobre ad aprile sono soprattutto tedeschi, assieme a qualche inglese. In questi ultimi anni si sta notando un incremento del turismo olandese, belga e dei paesi nordici. Italiani veramente pochi per ora, probabilmente per le difficoltà che incontrano nel collegamento aereo».

Come convive l’astroturismo con le esigenze dell’astronomia professionale?

«Si convive abbastanza bene, nel senso che ci sono visite guidate ai telescopi dell’osservatorio astrofisico, effettuate di mattina proprio per non interferire con il lavoro degli astronomi. Le escursioni notturne sono invece al di fuori dell’osservatorio».

cincinChe tipo di esperienze propone ai turisti?

«Nei belvedere si osservano con il telescopio gli oggetti principali in cielo, le costellazioni visibili in una determinata epoca dell’anno. Sono escursioni didattiche, ma anche divertenti, dove le persone possono conoscere qualcosa di più sull’astronomia. Poi ci sono altri “prodotti” indirizzati a diversi tipi di pubblico, come la passeggiata sotto le stelle sul lungomare, un’attività senza telescopio adatta alle famiglie; oppure una visita guidata a una delle cantine dell’isola, con degustazione di vino e osservazione della Luna in notti di Luna piena. Ultimamente proponiamo anche attività VIP, per coppie o gruppi ristretti».

OPALS: Nuova Tecnologia per la Comunicazione nello Spazio Profondo


Postato il 27 agosto 2015 alle 17:20

L'astronauta Mark Kelly parla con il controllo missione leggendo una checklist del ponte di poppa. Credit: Mark Kelly
L’astronauta Mark Kelly parla con il controllo missione leggendo una checklist del ponte di poppa. Credit: Mark Kelly

L’odierna tecnologia ha del tutto eliminato i ritardi nelle telecomunicazioni sulla Terra, ma quando capitano questi portano sicuramente una grande frustrazione a chi, in modo particolare, cerca di comunicare informazioni complesse o dipendenti dal tempo. Lo stesso identico effetto si palesa nelle comunicazioni con sonde, e potrebbe capitare anche con astronauti impegnati in missioni nello spazio profondo come per il ciclo Journey to Mars della NASA, con ritardi – nel caso di onde radio – di oltre 31 minuti da qui alla superficie marziana.

I ricercatori del progetto Comm Delay Assessment si sono prefissati di determinare in che modo i ritardi nella comunicazione, come quelli che gli astronauti potrebbero sperimentare in missioni lunghe verso Marte o un asteroide, risultano nell’impatto sulle performance individuali e dell’intero equipaggio. L’analisi è stata costruita studiando tre dei membri dell’equipaggio a bordo della Stazione Spaziale Internazionale ed i loro team di supporto e controllo missione, completando dieci punti nel corso di un recente incremento: sei conversazioni con nessun ritardo nelle comunicazioni, e quattro con un ritardo di 50 secondi. I compiti erano basati su due dimensioni: novità (quanto nuovo era ciascun messaggio per ciascun membro dell’equipaggio) e criticità (quato complesso era il messaggio pe ogni membro).

Analizzando le interviste pre- e post-volo, le registrazioni video ed i questionari, gli studiosi hanno notato un abbassamento sostanziale nella qualità della performance e dell’umore in seguito agli obiettivi che includevano ritardi.

“I membri dell’equipaggio hanno riportato di essere frustrati quando necessitavano di una comunicazione veloce”, spiega Larry Palinkas, principale ricercatore in questo progetto. “Gli obiettivi necessitavano di più tempo, e si creava frustrazione quando l’equipaggio o il team di controllo della missione doveva porre domande aggiutive in quanto l’informazione non arrivava nel tempo sperato o c’erano problemi di comunicazione che necessitavano chiarimenti”.

Logo del progetto OPALS (Optical Payload for Lasercomm Science). Credit: NASA
Logo del progetto OPALS (Optical Payload for Lasercomm Science). Credit: NASA

Un nuovo tipo di tecnologia è dunque stata studiata durant il progetto Optical Payload for Lasercomm Science(OPALS), che ha provato che utilizzando le comunicazioni laser al posto delle onde radio è possibile trasmettere più dati e a velocità maggiori. Sia onde radio che laser viaggiano certamente alla velocità della luce e sono soggetti allo stesso tipo di ritardo, ma il laser aumenta la qualità dei dati trasmessi, e la quantità di informazioni molto maggiore.

Illustrazione d'artista che raffigura il fascio di luce laser del progetto OPALS trasmettere dati dalla ISS a terra. Credit: NASA
Illustrazione d’artista che raffigura il fascio di luce laser del progetto OPALS trasmettere dati dalla ISS a terra. Credit: NASA

Nel giugno 2014 la NASA ha trasmesso con successo via laser il primo video in HD dallo spazio a terra, alla velocità di 50 megabits al secondo – a confronto, un video in live ad una velocità di 20 megabits al secondo è pari ad una diretta TV. Questo video, di 175 megabits, è stato il primo nel suo genere per OPALS, ed è stato il primo passo per evolvere il modo in cui riceviamo i dati dall’orbita e oltre. L’energia laser focalizzata promette di trasmettere frazioni di dati da 10 a 100 volte più alte delle odierne comunicazioni spaziali, che al momento sono simili alle comunicazioni via Internet. Il successo di OPALS è dunque un passo importante nel miglioramento delle comunicazioni con le sonde al di là della bassa orbita terrestre.

“La banda di frequenze d’onda limitata della tecnologie delle comunicazioni odierna porta alla stessa frustazione che una persona esperimenta mentre aspetta che un film carichi,” dice Bogdan Oaida, ingeniere progettista dei sistemi per OPALS. “Con la comunicazione ottica, non si avrà più questa limitazione.”

Giulia Murtas

Un Ultimo Sguardo Mozzafiato a Dione


Postato il 27 agosto 2015 alle 13:42

Cassini ha catturato questa immagine parziale di Dione, che mostra i depositi di ghiaccio sulla sua superficie, durante la fase di allontanamento in seguito all'ultimo flyby. Credits: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute
Cassini ha catturato questa immagine parziale di Dione, che mostra i depositi di ghiaccio sulla sua superficie, durante la fase di allontanamento in seguito all’ultimo flyby. Credits: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

Un’occhiata finale al paesaggio ghiacciato e butterato della superficie di Dione appare dalle nuove immagini di Cassini, che ha effettuato l’ultimo flyby della missione su questo piccolo e freddo mondo. E tra di esse, due ne mostrano la superficie alla risoluzione migliore di sempre.

Cassini è passata a circa 474 km dalla superficie di Dione lo scorso 17 agosto, il quinto volo ravvicinato con questa luna nell’arco del lungo soggiorno della sonda nel sistema di Saturno.

Sguardo a Dione - con Saturno ed i suoi anelli sullo sfondo - appena prima dell'inizio del flyby. Credits: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute
Sguardo a Dione – con Saturno ed i suoi anelli sullo sfondo – appena prima dell’inizio del flyby. Credits: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

L’obiettivo principale della missione è stato lo studio della gravità, con un ruolo secondario per la ripresa delle immagini. Tutto ciò ha reso ancora più difficile la ripresa delle immagini, in quanto la camera di Cassini non poteva controllare dove la sonda stesse puntando.

Come Cassini ha sorvolato sulle elevate latitudini a nord del pianeta, la sonda ha guardato in basso verso una regione prossima al crepuscolo. L'immagine, a contrasto evidenziato, mostra strutture in cui le parti in ombra sono illuminate dalla luce riflessa da Saturno. Credits: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute
Come Cassini ha sorvolato sulle elevate latitudini a nord del pianeta, la sonda ha guardato in basso verso una regione prossima al crepuscolo. L’immagine, a contrasto evidenziato, mostra strutture in cui le parti in ombra sono illuminate dalla luce riflessa da Saturno. Credits: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

“Abbiamo avuto giusto abbastanza tempo per scattare una manciata di foto, che ci hanno portato buone riprese ad alta risoluzione della superficie,” racconta Tilmann Denk, partecipante alla issione Cassini presso la Freie University di Berlino. “Siamo stati in grado di fare uso della luce solare riflessa da Saturno come luminosità in aggiunta per rivelare dettagli in ombra in alcune delle immagini”.

Dione si pone davanti alla superficie di Saturno ed ai suoi anelli ghiacciato durante l'ultimo flyby di Cassini del 17 agosto 2015. Credits: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute
Dione si pone davanti alla superficie di Saturno ed ai suoi anelli ghiacciato durante l’ultimo flyby di Cassini del 17 agosto 2015. Credits: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute
Dione si affaccia davanti agli anelli in questa ripresa effettuata durante la manovra di ingresso per il flyby del 17 agosto 2015. Credits: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute
Dione si affaccia davanti agli anelli in questa ripresa effettuata durante la manovra di ingresso per il flyby del 17 agosto 2015. Credits: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

Gli scienziati di Cassini studieranno i dati dell’esperimento sulla gravità e degli strumenti per lo studio di magnetosfera e plasma nei prossimi mesi, alla ricerca di indizi sulla struttura interna di Dione e sui processi che coinvolgono la sua superficie.

Giulia Murtas