CTA: in Italia il quartier generale

L’INAF vince la competizione europea: si insedierà in Italia il quartier generale dell’organizzazione internazionale al comando di una delle più prestigiose Infrastrutture della fisica moderna. Il Ministro del MIUR Stefania Gannini: “Siamo orgogliosi di questo nuovo risultato raggiunto dal nostro Istituto Nazionale di Astrofisica, capofila di un circuito che vede le migliori eccellenze della ricerca e dell’accademia del Paese proiettate in un contesto internazionale di alto profilo”

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Sarà Bologna ad ospitare il quartier generale del CTA (Cherenkov Telescope Array), l’ambiziosa infrastruttura di oltre cento telescopi da installare in Cile e alle Canarie che, una volta realizzata, sarà il più potente e sensibile osservatorio per i raggi gamma di origine cosmica mai costruito. La decisione è stata presa all’unanimità dal Council del progetto CTA nella seduta del 13 giugno scorso, tenutasi a Monaco di Baviera, in Germania. CTA è un nuovo eccezionale strumento che permetterà di studiare la radiazione di altissima energia proveniente dall’Universo, aprendo di fatto una nuova era dell’astrofisica e della fisica fondamentale. Il progetto, promosso da un consorzio di istituzioni scientifiche appartenenti a più di 30 nazioni e che vede coinvolti più di mille ricercatori in tutto il mondo, è stato raccomandato nella Roadmap Europea dell’ESFRI (European Strategic Forum for Research Infrastructures) come una infrastruttura di ricerca di primaria importanza.

“Si tratta di una vittoria che consolida il ruolo globale del nostro Ente”, dice Nicolò D’Amico, Presidente dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF), “una vittoria che arriva in un momento che vede la ricerca al centro dei piani di sviluppo del Paese, grazie alle ingenti risorse stanziate di recente dal Governo attraverso il Piano Nazionale della Ricerca (PNR)”.

Così il Ministro dell’Istruzione, Università e Ricerca, Stefania Giannini, commenta la notizia: “Siamo orgogliosi di questo nuovo risultato raggiunto dal nostro Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF), capofila di un circuito che vede le migliori eccellenze della ricerca e dell’accademia del Paese proiettate in un contesto internazionale di alto profilo”. “Tutto questo” aggiunge il Ministro “segue un altro recente risultato straordinario per il Paese, rappresentato dalla più grande commessa di sempre nella storia dell’astronomia da terra, aggiudicata dall’ESO ad un consorzio di aziende italiane nell’ambito del progetto E-ELT, e conferma la valenza globale e le capacità competitive raggiunte dall’Istituto Nazionale di Astrofisica”.

Grazie al finanziamento MIUR del Progetto Bandiera “ASTRI”, al Progetto Premiale “TECHE” e ad un recente specifico finanziamento approvato dal Parlamento con la legge di stabilità del 2015, l’INAF ha potuto consolidare la propria leadership in questa tematica e nello sviluppo delle tecnologie abilitanti, riuscendo così a vincere una grande sfida globale che porterà a Bologna il quartier generale di questa nuova grande infrastruttura di ricerca distribuita su due continenti. Il centro operativo si insedierà nei pressi di alcune delle più prestigiose sedi territoriali dell’INAF, in un edificio condiviso con il Dipartimento di Fisica e Astronomia dell’Università di Bologna, in un’area in cui l’Ateneo bolognese sta realizzando interventi strutturali di crescita.

La futura sede del quartier generale di SKA a Bologna

Questo importante risultato è motivo di orgoglio per l’Università di Bologna e per l’intera cittadinanza” afferma il Prof. Francesco Ubertini, Rettore dell’Università di Bologna “un risultato che conferma il valore strategico degli interventi strutturali rivolti al consolidamento delle sinergie fra gli Enti di Ricerca presenti sul territorio e i Dipartimenti universitari”.

La partecipazione italiana al progetto vede il coinvolgimento nel nostro Paese di più di 200 unità di personale distribuite in varie sedi territoriali dell’INAF, in alcune sezioni dell’INFN, e in vari Atenei, e vede il coinvolgimento di varie aziende. L’INAF pianifica di contribuire alla schiera di telescopi che andranno nel sito Sud, ovvero presso l’area dell’Osservatorio ESO del Paranal in Cile, con 30 repliche del prototipo di SST (Small Size Telescope) realizzato nell’ambito del progetto bandiera ASTRI finanziato dal MIUR, inaugurato nel settembre 2014 e ora operativo presso la stazione osservativa di Serra La Nave sull’Etna, gestita dall’INAF-Osservatorio Astrofisico di Catania.

Per saperne di più:

  • il press kit sulla gallery multimediale di Media INAF
  • il sito web dell’osservatorio CTA
  • le notizie su CTA pubblicate da Media INAF

Metanolo nel disco protoplanetario

L’alcol metilico, un derivato del metano, è una fra le molecole organiche complesse più grandi che siano finora state identificate in questi dischi. Questa è la prima rilevazione in una fase gassosa fredda significa che la chimica del ghiaccio può essere esplorata nel dischi

Una rappresentazione artistica del disco protoplanetario conosciuto più vicino a noi, intorno alla stella TW Hydrae. Crediti: ESO/M. Kornmesser

La molecola organica dell’alcol metilico (anche noto comemetanolo, CH3OH) è stata trovata dal telescopio ALMA (Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array) dell’ESO nel disco protoplanetario della stella TW Hydrae. È la prima volta che questo composto viene trovato nel disco protoplanetario di un sistema giovane. Il metanolo è l’unica molecola organica complessa finora rivelata nei dischi che proviene inequivocabilmente da una forma ghiacciata. La sua rilevazione aiuta gli astronomi a comprendere i processi chimici che avvengono durante la formazione dei sistemi planetari e che alla fine portano alla creazione degli ingredienti per la vita.

Il disco protoplanetario intorno a questa stella è il più vicino esempio alla Terra che si conosca, trovandosi a una distanza di soli 170 anni luce. Rappresenta perciò un bersaglio ideale per gli astronomi che vogliono studiare i dischi. Il sistema ricorda molto quello che gli astronomi pensano fosse il Sistema Solare durante l’epoca della sua formazione più di quattro miliardi di anni fa.

ALMA (Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array) è il più potente osservatorio attualmente in funzione in grado di tracciare una mappa della composizione chimica e della distribuzione del gas freddo nei dischi vicini. Queste capacità uniche sono state sfruttate da un gruppo di astronomi guidati da Catherine Walsh (Leiden Observatory, Paesi Bassi) per studiare la chimica del disco protoplanetario di TW Hydrae. Le osservazioni di ALMA hanno rivelato le impronte dell’alcol metilico allo stato gassoso per la prima volta in un disco protoplanetario. Il metanolo, un derivato del metano, è una delle molecole organiche complesse più grandi che siano finora state identificate in questi dischi. Trovarne la presenza in oggetti pre-planetari rappresenta un traguardo importante per capire come le molecole organiche si integrino nei pianeti che stanno per nascere. Inoltre, il metanolo stesso è uno dei mattoni costitutivi di specie più complesse di importanza prebiotica, come i composti di aminoacidi. Ne consegue che il metanolo svolge un ruolo fondamentale nella creazione di tutta la ricca chimica organica necessaria alla vita.

Walsh, autrice principale del lavoro, ha spiegato: «Trovare il metanolo in un disco protoplanetario mostra le capacità uniche di ALMA di sondare le riserve di composti organici complessi che si trovano in forma ghiacciata nei dischi e, per la prima volta, ci permette di guardare indietro, all’origine della complessità chimica di una culla stellare intorno a una stella giovane simile al Sole».

Il metanolo gassoso in un disco protoplanetario ha un’importanza speciale nell’astrochimica. Mentre altre specie osservate nello spazio si formano per via chimica in una fase unicamente gassosa, o da una combinazione di fasi gassose e solide, il metanolo è un composto organico complesso che si forma solamente nella fase ghiacciata attraverso reazioni superficiali sui grani di polvere.

L’acuta vista di ALMA ha permesso agli astronomi di mappare il metanolo gassoso nel disco di TW Hydrae, così da scoprire una struttura ad anello oltre all’emissione significativa dalla zona vicina alla stella centrale. Un anello di metanolo tra le 30 e le 100 unità astronomiche (UA) riproduce la distribuzione del metanolo osservata nei dati di ALMA. La struttura identificata dà supporto all’ipotesi che la maggior parte delle riserve ghiacciate del disco vengano ospitate soprattutto sui grani più grandi (fino a un millimetro di diametro), che si trovano all’interno delle 50 UA e si sono disaccoppiati dal gas e stanno ora andando alla deriva e cadendo in direzione radiale verso la stella.

L’osservazione di metanolo in fase gassosa, combinata con le informazioni sulla sua distribuzione, implica che il metanolo si è formato sui grani ghiacciati del disco e successivamente è stato rilasciato in forma gassosa. Questa prima osservazione aiuta a chiarire il rompicapo della transizione ghiaccio-gas del metanolo e più in generale i processi chimici negli ambienti astrofisici. In questo studio, invece che il desorbimento termico (con metanolo rilasciato a temperature superiori alla temperatura di sublimazione), sembrano favoriti altri meccanismi che sono discussi dall’equipe, tra cui il foto-desorbimento a causa di fotoni ultravioletti e il desoribmento reattivo. Osservazioni più dettagliate con ALMA aiuteranno a favorire uno o l’altro degli scenari proposti. Variazioni radiali delle specie chimiche nella composizione della parte centrale del disco e in particolare la posizione delle cosiddette “linee di neve” (cioè l’altezza, in montagna, a cui la neve non si scioglie), sono cruciali per capire la chimica dei pianeti in formazione. Le “linee di neve” indicano il confine oltre al quale un particolare specie chimica volatile è congelata sui grani di polvere. La rivelazione di metanolo nelle zone esterne più fredde del disco mostra che è in grado di sfuggire ai grani a una temperatura molto più bassa della temperatura di sublimazione, necessaria per dar luogo al desorbimento termico.

Ryan A. Loomis, coautore dell’articolo, ha aggiunto: «Il metanolo in forma gassosa nel disco è un indicatore inequivocabile dei numerosi processi organici che hanno luogo nelle prime fasi della formazione di stelle e pianeti. Questo risultato ha conseguenze importanti sulla nostra comprensione di come si accumula la materia organica nei sistemi planetari molto giovani».

Questa prima rilevazione di metanolo in una fase gassosa fredda all’interno di un disco protoplanetario significa che la chimica del ghiaccio può essere esplorata nel dischi, aprendo una nuova strada a studi futuri di chimica organica complessa nei luoghi di nascita dei pianeti. Nella caccia agli esopianeti in grado di ospitare la vita, gli astronomi ora hanno in mano un nuovo, potente strumento.

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Stelle gracili, ma esuberanti in raggi X

Stelle più piccole e molto meno luminose del Sole consentono di fotografare direttamente un eventuale pianeta presente nella loro zona abitabile. Ma uno studio a partecipazione italiana ha scoperto che purtroppo, da giovanissime, queste stelle gracili tendono a spazzare via l’anello di formazione planetaria attorno a loro con un’intensa emissione in raggi X. Fra le autrici della ricerca, Beate Stelzer dell’INAF Palermo

Illustrazione (non in scala) di una tipica stella di piccola massa con relativo disco di formazione planetaria, il quale viene eroso dalla radiazione in raggi X. Crediti: NASA/CXC/M.Weiss

Sono giovanissime, luminose, leggere, ma è meglio non ronzarci troppo attorno. Una nuova ricerca ha scoperto che giovani stelle molto meno massicce del Sole possono scatenare un tale flusso di radiazioni in raggi X da arrivare a ridurre significativamente la durata della formazione planetariaall’interno degli anelli di polvere e gas che ancora le circondano.

Nella ricerca di pianeti fuori del nostro Sistema solare, molti astronomi si sono concentrati sull’osservazione di stelle meno massicce del Sole, in quanto, essendo relativamente deboli, risultano teoricamente i migliori obiettivi per ottenere l’immagine diretta di pianeti extrasolari nella cosiddetta zona abitabile, quella fascia intorno alla stella in cui le temperature permettono l’esistenza di acqua liquida. Tuttavia, queste stelle fiacche e leggere nella loro adolescenza risultano assai irruente, in modo tale da limitare lo sviluppo dei pianeti nel loro disco circumstellare, di fatto togliendoli la “terra” da sotto i piedi.

Nel nuovo studio i ricercatori hanno riscontrato che l’intensa radiazione in raggi X prodotta da alcune delle stelle più giovani presenti nella cosiddetta associazione TW Hydrae (TWA), una delle regioni di recente formazione stellare più prossima al Sole, ha distrutto l’anello di gas e polveri che le circondava alla nascita, residuo della nube molecolare originaria.

Lo studio, in via di pubblicazione su The Astronomical Journal, si è basato su dati raccolti dagli osservatori spaziali Chandra della NASA e XMM-Newton e ROSAT dell’ESA per ricavare l’intensità della radiazione in raggi X, nonché del satellite Wide-Field Infrared Survey Explorer (WISE) della NASA e di altri telescopi terrestri in infrarosso per individuare i sistemi stellari dotati di un disco di formazione planetaria.

A new study of the TW Hya association suggests that young stars much less massive than the Sun can unleash a torrent of X-rays, which can significantly shorten the lifetime of disks surrounding them. These disks, as depicted in this artist's illustration, are where planets will ultimately form so scientists may have to revisit the star formation process and the early lives of planets around such faint stars. This new finding is based on Chandra observations of TW Hya, a sample of which is seen in the inset, and data from several other telescopes.

Nel gruppo internazionale che ha condotto la ricerca figurano anche Beate Stelzer dell’Osservatorio Astronomico INAF di Palermo e Costanza Argiroffi dell’Università di Palermo e associata INAF. «Le stelle di piccola massa sono diventate i target primari per la ricerca di esopianeti», commenta Stelzer a Media INAF. «Per capire il processo di formazione dei pianeti è importante conoscere l’impatto che la radiazione X di queste stelle ha sul loro ambiente, e in particolare sul disco circumstellare, nel quale i pianeti si formano. Lo studio presentato indica che la rapidità con cui il disco delle stelle giovani viene distrutto dalla radiazione stellare dipende dalla massa della stella, nel senso che il disco viene rimosso in tempi più brevi in stelle di massa maggiore».

Queste stelle sono veramente giovani, soprattutto se confrontate con la nostra: 8 milioni di anni, contro i 4,5 miliardi di anni del Sole. Un’altra differenza fondamentale tra il Sole e le stelle oggetto del nuovo studio riguarda la loro massa: le stelle TWA pesano tra circa un decimo e la metà della massa solare. Inoltre, emettono meno luce.

Finora non era chiaro se la radiazione in raggi X emessa in grande quantità da questo tipo di stelle potesse influenzare la formazione dei pianeti nel disco circumstellare. Il nuovo studio evidenzia ora come la loro emissione in raggi X possa svolgere un ruolo cruciale nel determinare il tempo di sopravvivenza del disco protoplanetario. In particolare, i ricercatori ritengono che più massiccia è la stella e più i raggi X riscaldano il materiale circumstellare, facendolo evaporare nello spazio profondo.

Questa illustrazione raffigura una delle stelle (non in scala rispetto al disco) con massa inferiore nel campione studiato. Siccome non è così tanto attiva nei raggi X, la stella ha conservato un disco più spesso, che rappresenta un ambiente più adatto per formare pianeti. Crediti: NASA/CXC/M.Weiss

Questo risulta in contrasto con i modelli teorici, stando ai quali generalmente la durata dei dischi circumstellari dovrebbe dipendere molto poco dalla massa della stella. I nuovi risultati per le gracili stelle TWA, secondo i ricercatori, evidenziano la necessità di rivisitare i modelli di evoluzione del disco protoplanetario, tenendo conto dell’intensità di emissione in raggi X per stelle di massa molto ridotta.

Per saperne di più:

  • Leggi il preprint dell’articolo “M Stars in the TW Hya Association: Stellar X-rays and Disk Dissipation“di Joel Kastner, David Principe, Kristina Punzi, Beate Stelzer, Uma Gorti, Ilaria Pascucci e Costanza Argiroffi, in pubblicazione su The Astronomical Journal

Onde gravitazionali sotto l’albero di Natale

LIGO e VIRGO annunciano l’osservazione del secondo evento. A produrlo, la fusione di due buchi neri, avvenuta 1,4 miliardi di anni fa, di 14 e 8 masse solari. Fulvio Ricci (INFN): «Più leggeri di quelli del precedente segnale, siamo stati in grado di seguirne l’evoluzione per più tempo»

Un'immagine dalla conferenza stampa internazionale di San Diego del 15 giugno 2016

Onde gravitazionali, ecco il bis. Nella notte fra il 25 e il 26 dicembre scorso, a distanza di tre mesi e 12 giorni dopo l’evento – ormai storico– del 14 settembre 2015 – gli interferometri LIGO di Livingston e Hanford, negli Stati Uniti, hanno captato un nuovo segnale prodotto dal passaggio di un’onda gravitazionale. L’hanno appena annunciato in conferenza stampa internazionale, durante il meetingdell’American Astronomical Society a San Diego (in California), gli scienziati della collaborazione LIGO e VIRGO (interferometro quest’ultimo situato a Cascina, in provincia di Pisa, un progetto congiunto tra INFN e CNRS).

Anche questa volta a produrre il segnale sarebbe stato un evento di fusione di due buchi neri, ma ben più “leggeri” rispetto alla prima coppia. Gli scienziati hanno stimato infatti che le loro masse fossero inizialmente pari a 14 e 8 volte quella del Sole, contro le 36 e 29 di quelli coinvolti nel primo evento. Alla fine del processo, il buco nero risultante possiede una massa di 21 soli. La ventiduesima mancante all’appello è stata convertita in energia gravitazionale. Uno sconvolgimento nel tessuto dello spazio tempo attorno all’esotica coppia di oggetti celesti avvenuto 1,4 miliardi di anni fa e che, propagatosi fino a noi, ci racconta, nel tracciato delle rilevazioni degli interferometri LIGO, le ultime 27 orbite dei due buchi neri, sempre più strette, fino al loro “abbraccio” finale. Il tutto avvenuto nell’arco di circa un solo secondo.

«Questo secondo evento», spiega Fulvio Ricci, ricercatore INFN e professore alla Sapienza Università di Roma, a capo della collaborazione scientifica internazionale VIRGO, «ha caratteristiche sensibilmente diverse dal primo. È generato da buchi neri più leggeri di quelli del precedente segnale, e noi siamo stati in grado di seguirne l’evoluzione per più tempo: questo ci ha consentito di caratterizzare bene il sistema, nonostante il rapporto tra il segnale e il rumore di fondo fosse di minore intensità. La caccia ai segnali generati da sistemi binari di buchi neri si è anche arricchita di un terzo evento, più debole degli altri due e quindi con una probabilità più elevata che possa essere una falsa rilevazione. Tuttavia, anche in questo caso, attribuendo a questo terzo evento un significato astrofisico, saremmo di fronte a un terzo sistema di buchi neri, che è collassato a formare un buco nero finale. Nella sostanza siamo intravedendo l’esistenza di un’intera popolazione di buchi neri, le cui caratteristiche saranno ben presto svelate nelle prossime fasi di presa dati degli interferometri avanzati».

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Fusioni di buchi neri, a volte ritornano

Cosa c’è di diverso, e cosa di uguale, rispetto all’evento del settembre scorso? E quali le implicazioni di questa seconda osservazione per l’astrofisica? Media INAF lo ha chiesto al responsabile del progetto GRAWITA, Enzo Brocato, dell’Osservatorio astronomico di Roma

Timeline degli eventi fino ad oggi rilevati da LIGO, due dei quali confermati (quello del 14 settembre e quello del 26 dicembre) e un terzo troppo debole per averne certezza. Crediti: LIGO

Il 26 dicembre 2015, alle 4:38 di mattina ora italiana, anche per i rivelatori di onde gravitazionali è arrivato Babbo Natale. Portando in dono il secondo segnale inequivocabile prodotto dalle increspature del tessuto spazio-temporale. Entrambi i rivelatori che compongono il Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory(LIGO) hanno registrato l’evento, chiamato GW151226. La collaborazione scientifica LIGO e Virgo ha utilizzato i dati raccolti dai due interferometri e i loro risultati sono stati accettati per la pubblicazione sulla rivistaPhysical Review Letters.

Le onde gravitazionali ci permettono di ottenere informazioni preziose sulle loro origini, e anche in questo caso i fisici dei team scientifici LIGO e Virgo hanno potuto concludere che, a produrre l’emissione osservata il 26 dicembre scorso, sono stati gli istanti finali della fusione di un sistema binario di buchi neri. Lo storico rilevamento di LIGO del 14 settembre 2015 era il risultato della fusione di due buchi neri da 36 e 29 volte la massa del Sole. In questo caso, i buchi neri che hanno dato vita al secondo evento erano decisamente più leggeri: “appena” 14 e 8 volte la massa del Sole. La loro fusione ha prodotto un singolo buco nero con una massa pari a 21 volte quella del Sole, trasformando la massa solare supplementare in energia gravitazionale: quella misurata, appunto, dai rivelatori di LIGO.

Enzo Brocato (a sx) durante un meeting del team GRAWITA. Crediti: Media INAF

Con quali conseguenze per la ricerca in campo astrofisico? Media INAF lo ha chiesto a Enzo Brocato, ricercatore all’Osservatorio Astronomico di Roma dell’INAF e responsabile del progetto GRAWITA,  “Gravitational Wave Astronomy with the first detections of adLIGO and adVIRGO experiments”.

Quali sono le caratteristiche di questo evento?

«Questo secondo evento non è stato intenso quanto il primo. Per questo motivo ha un’area di incertezza nella sua posizione maggiore: superiamo infatti i 1000 gradi quadrati. La direzione in questo caso è più centrata verso l’emisfero nord. È interessante notare che la massa dei due buchi neri è notevolmente minore rispetto a quelle della coppia coinvolta nel primo evento. La distanza è dello stesso ordine di grandezza dell’evento di settembre, circa 1.4 miliardi di anni luce, però questo non vuol dire che esiste una sorta di “buccia” nello spazio intorno a noi piena di buchi neri che si fondono. È una distanza che segna un valore ottimale per l’efficienza dell’apparato di rilevazione, e che il volume scansionato a quella distanza comincia a essere significativamente ampio e quindi la probabilità di osservare effettivamente un evento di coalescenza è più alta».

Quali implicazioni ha questa nuova rilevazione di un’onda gravitazionale?

«Aver captato questo secondo evento porta diversi effetti: il primo quello di poter affermare che stiamo lavorando nella direzione giusta, e quindi è un’iniezione di fiducia per tutta la comunità scientifica che sta lavorando su questo campo. Poi comincia a darci delle indicazioni, seppur grossolane, circa quale sia la frequenza con cui possiamo individuare questi eventi nel “run 2”, ovvero la seconda fase osservativa che vedrà coinvolti inizialmente i due interferometri LIGO e a cui si aggiungerà VIRGO. La frequenza attesa per la prossima sessione di attività per questi strumenti, che si protrarrà per circa sei mesi, oscilla da 3 a 100 eventi di coalescenza tra buchi neri. Questo farà compiere un ulteriore salto alla scienza che si potrà fare con questo tipo di studi, perché a questo punto si potrà capire come sono distribuiti in distanza, quanti ce ne sono, come sono distribuiti in massa e via dicendo. Un pochino più basse sono le aspettative di individuare eventi di fusione tra stelle di neutroni, che poi sono quelli per cui ci aspettiamo più verosimilmente anche emissione di radiazione elettromagnetica oltre quella gravitazionale. In questo caso dovremmo identificare al massimo venti episodi, o meglio, più verosimilmente, uno o due».

Qual è stata la partecipazione dell’INAF allo studio dei possibili eventi correlati all’evento di onde gravitazionali?

«Anche con questo evento, noi del team INAF denominato “Grawita” abbiamo dimostrato di poter reagire velocemente con osservazioni nell’ottico e nell’infrarosso, non solo per quanto riguarda la ricerca di fenomeni transienti, ma anche nella loro caratterizzazione e studio nei giorni seguenti. C’è toccato dire addio alle nostre ferie di Natale e capodanno. E ci siamo messi a osservare, con il telescopio VST, una porzione di cielo di 90 gradi quadrati nella zona di possibile provenienza del segnale, in una regione un po’ al limite del campo di vista dello strumento, poiché esso è collocato nell’emisfero sud, alla ricerca di fenomeni transienti potenzialmente riconducibili all’evento. Abbiamo fatto poi un ulteriore passo avanti, importantissimo perché ha visto l’analisi spettroscopica di questi transienti, che è fondamentale in quanto permette di analizzare la distribuzione energetica della sua radiazione elettromagnetica e capire, in ultima analisi, qual è la sua natura: se è una supernova, se è un nucleo galattico attivo, insomma qualche particolare oggetto celeste che può essere messo in relazione all’evento gravitazionale. In questa direzione il nostro team si è attivato utilizzando dati raccolti da vari telescopi, in gran parte dell’INAF: il Telescopio Nazionale Galileo (TNG) alle isole Canarie, il telescopio della sede osservativa di Asiago, e, per un transiente, anche il grande telescopio binoculare LBT in Arizona».

E avete notato qualcosa di riconducibile all’onda gravitazionale?

«Le caratteristiche assai particolari dell’evento emerso dagli spettri raccolti con LBT, che poteva essere considerato come una supernova “strana”, ci hanno spinto a indagare più a fondo e siamo riusciti così a determinare la sua distanza, che però ahimé si è rivelata incompatibile con quella a cui si è generata l’onda gravitazionale del 26 dicembre. I dati raccolti però ci permetteranno di studiare approfonditamente questa supernova, che presenta davvero delle caratteristiche molto particolari. Anche con questo evento, noi del team “Grawita” abbiamo dimostrato di poter reagire velocemente con osservazioni nell’ottico e nell’infrarosso non solo per quanto riguarda la ricerca di fenomeni transienti, ma anche nella loro caratterizzazione e studio nei giorni seguenti. Insomma, possiamo dire che siamo pronti per il secondo turno di osservazioni con gli interferometri LIGO e VIRGO».

Ecco, lei cita nel prossimo turno di osservazioni anche l’interferometro Virgo. Quanto sarà importante avere a disposizione un altro strumento operativo da affiancare a quelli della collaborazione LIGO?

«Anche noi astrofisici attendiamo con ansia l’entrata in funzione dell’interferometro Virgo perché, insieme alla coppia di LIGO, permetterà di determinare con maggior precisione la direzione di provenienza delle onde gravitazionali. Questo significa che anche dal punto di vista osservativo, per chi farà l’osservazione da terra con i telescopi ottici, ci sarà un’area più piccola da scandagliare. Questo non vuol dire avere meno lavoro, ma significa poter andare a magnitudini più deboli, e quindi osservare un volume maggiore di spazio e aumentare in qualche modo la possibilità di vedere le controparti elettromagnetiche».

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L’ossigeno più vecchio dell’universo

Pubblicato su Science uno studio sulla rilevazione con il radiotelescopio ALMA del segnale dell’ossigeno ionizzato in una remotissima galassie primordiale, formatasi all’epoca della cosiddetta reionizzazione. Secondo gli autori dello studio, è un passo in avanti per capire che tipo di oggetti abbiano causato la reionizzazione cosmica, ma anche per comprendere meglio la natura delle prime stelle e come si siano formate le galassie

In questa illustrazione di SXDF-NB1006-2 sono rappresentate al suo interno molte giovani stelle luminose che ionizzano il gas all'interno e intorno alla galassia. Il colore verde indica l'ossigeno ionizzato rilevato da ALMA, mentre in viola è riportata la distribuzione di idrogeno ionizzato rilevato dal telescopio Subaru. (Crediti: NAOJ)

Un gruppo internazionale di ricerca, prevalentemente giapponese, ha rilevato gas contenente ossigeno all’interno di una galassia distante 13.1 miliardi di anni luce dalla Terra. La scoperta, pubblicata suScience, fornisce importanti indicazioni su com’era fatto l’universo primordiale all’epoca della cosiddetta reionizzazione, qualche centinaio di migliaia di anni dopo il Big Bang, quando si formarono le prime stelle e galassie, rischiarando l’oscurità cosmica. L’epoca in cui la lista degli elementi chimici presenti in natura cominciò pian piano ad allungarsi.

Inizialmente, infatti, l’universo era costituito solo da una zuppa calda di elettroni e di ioni diidrogeno ed elio. All’incirca dopo 400 mila anni dal Big Bang, il raffreddamento dell’universo arrivò al punto in cui gli elettroni e gli ioni idrogeno si combinarono per formare atomi di idrogeno neutro. Niente di particolarmente eclatante accadde poi per diverse centinaia di milioni di anni, fino a quando si accesela prima generazione di stelle. La forte radiazione emessa da questa avanguardia portò l’idrogeno ancora una volta in stato ionizzato, mentre le reazioni nucleari all’interno delle stelle sintetizzarono elementi più pesanti di idrogeno ed elio, come il carbonio e l’ossigeno.

Per gli astrofisici è lampante che studiare gli elementi “pesanti” provenienti da questa epoca remota permetterebbe di svelare indizi su cosa innescò la reionizzazione, sulla natura delle prime stelle, su come siano nate le galassie. Tuttavia, questo tipo di indagine è particolarmente difficile perché bisogna trovare e osservare oggetti celesti remotissimi, situati il più lontano possibile. Un compito arduo, ma che è alla portata dei migliori telescopi oggi disponibili.

Come il radiotelescopio ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) in Cile, utilizzato nel giugno 2015 dal team di ricerca guidato da Akio Inoue della Osaka Sangyo University per osservare quella che all’epoca era la galassia più distante conosciuta, scoperta nel 2012 dal telescopio giapponese Subaru e denominata SXDF-NB1006-2.

Immagine composita a colori di una porzione del Subaru XMM-Newton Deep Survey Field. La macchia rossa al centro dell'immagine, ingrandita nei riquadri laterali, è la galassia più distante, SXDF-NB1006-2. (Crediti: NAOJ)

Prima di utilizzare ALMA, il gruppo di ricerca ha condotto un’imponente simulazione numerica per verificare che il seppur performante telescopio fosse effettivamente in grado di rilevare il debole segnale proveniente dall’ossigeno ionizzato presente nella remota galassia SXDF-NB1006-2.

I risultati ottenuti con ALMA sono stati all’altezza delle attese: è stata rilevata la radiazione prodotta dall’ossigeno doppiamente ionizzato, dalla cui intensità i ricercatori hanno potuto calcolare la quantità di ossigeno presente nella galassia.

«I nostri risultati hanno mostrato che questa galassia contiene un decimo della quantità d’ossigeno che si trova nel Sole. Una scarsa abbondanza assolutamente prevedibile, perché all’epoca l’universo era ancora giovane, con una breve storia di formazione stellare alle spalle», spiegaNaoki Yoshida del Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe a Tokyo, tra gli autori del nuovo studio.

«La galassia SXDF-NB1006-2 potrebbe essere un prototipo delle sorgenti luminose responsabili della reionizzazione cosmica» aggiunge Inoue, che individua anche nella mancanza di polvere riscontrata nelle osservazioni un’indicazione sul fatto che quasi tutto il gas presente nella galassia sia altamente ionizzato.

Se questi risultati rappresentano un primo passo per capire che tipo di oggetti abbiano causato la reionizzazione cosmica, il gruppo di ricerca sta già lavorando per un’altra osservazione con il telescopio ALMA. Questa volta il team spera di catturare un’immagine ad alta risoluzione che riveli i dettagli della distribuzione del gas d’ossigeno ionizzato all’interno della galassia, nonché il movimento ad alta velocità di tale gas.

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M67, là dove orbitano i giganti caldi

Un team internazionale di astronomi – fra i quali tre astrofisici dell’INAF – ha trovato un eccesso sorprendente di gioviani caldi nell’ammasso stellare Messier 67. Il risultato è stato ottenuto anche grazie al nostro Telescopio Nazionale Galileo alle Canarie

Lavorano in istituzioni del Cile, del Brasile ed europee gli astronomi che hanno trascorso anni a collezionare – sotto la guida di Luca Pasquini dell’ESO – misure d’alta precisione di 88 stelle dell’ammasso M67, un ammasso stellare aperto che ha più o meno la stessa età del Sole, e che presenta un ambiente denso simile a quello nel quale si ritiene possa essersi formato il Sistema solare. La squadra di astronomi – della quale fanno parte le ricercatrici e i ricercatori INAF Luigi Bedindell’Osservatorio astronomico di Padova, Sofia Randich dell’Osservatorio astrofisico di Arcetri e Katia Biazzo dell’Osservatorio astrofisico di Catania – ha fatto uso, insieme ad altri strumenti, dello spettrografo HARPS (High Accuracy Radial velocity Planet Searcher) per cercare la firme di pianeti giganti intenti a percorrere orbite di breve periodo.

«Gli ammassi stellari sono un laboratorio ideale per esplorare le proprietà dei pianeti extrasolari e dove testare le teorie di formazione», dice Luigi Bedin. La speranza era quella di cogliere, in alcune delle stelle, un’oscillazione rivelatrice, provocata dalla presenza di un oggetto massiccio in orbita stretta, un tipo di pianeti noti come gioviani caldi (hot Jupiter). La firma di questi gioviani caldi è stata ora osservata in tre stelle dell’ammasso, insieme a indizi preliminari della presenza di molti altri pianeti.

Un gioviano caldo è un pianeta extrasolare gigante con una massa superiore a un terzo della massa di Giove. Sono detti “caldi” perché orbitano vicino alle loro stelle ospiti, come si deduce dal periodo orbitale (il loro “anno”), di durata inferiore a dieci giorni. Molto diversi, dunque, dal Giove del nostro Sistema solare, dove un anno dura circa 12 anni terrestri e la temperatura è assai più fredda di quanto non sia qui sulla Terra.

Dallo studio è emerso che i pianeti gioviani caldi sono più comuni intorno alle stelle di M67 rispetto a quanto avvenga per le stelle al di fuori dell’ammasso. «È un risultato davvero sorprendente», si meraviglia l’autrice dell’analisi e prima firma dello studio, Anna Brucalassi, del Max-Planck. «I nuovi risultati mostrano la presenza di pianeti gioviani caldi attorno a circa il 5 percento delle stelle di M67 che abbiamo osservato. Una percentuale assai più alta rispetto a quella trovata in studi analoghi su stelle al di fuori degli ammassi, dove il tasso si avvicina piuttosto all’1 percento».

Gli astronomi ritengono alquanto improbabile che questi giganti esotici possano essersi formati là dove li incontriamo ora: così in prossimità della stella madre, le condizioni non sarebbero state propizie, nelle fasi iniziali, per la formazione di pianeti simili a Giove. Piuttosto, si pensa che possano essersi formati a una distanza maggiore, come è verosimile che sia accaduto anche Giove, per poi spostarsi in seguito più vicino alla stella madre. In tal modo, quelli che un tempo erano pianeti giganti freddi e lontani sono oggi diventati decisamente più caldi. La domanda è: che cosa li ha indotti a migrare all’interno, verso la stella?

Molte le risposte possibili. Secondo gli autori dello studio, però, è assai probabile che si tratti dell’esito d’incontri ravvicinati con stelle nei paraggi, o anche con pianeti di sistemi solari limitrofi, e che l’ambiente immediatamente circostante un sistema solare possa avere un impatto significativo su come questo evolve. In un ammasso come M67, dove le stelle sono molto più vicine l’un l’altra rispetto alla media, tali incontri sarebbero assai più comuni, e questo spiegherebbe l’anomala quantità di gioviani caldi in esso rinvenuti.

«Fino a pochi anni fa, negli ammassi aperti non era mai stato individuato alcun pianeta gioviano caldo», osserva Luca Pasquini dell’ESO, fra i coautori dello studio, ripensando ai notevoli progressi compiuti di recente nello studio dei pianeti in ammassi. «Ora, in soli tre anni, il paradigma è passato da una totale assenza di tali pianeti a un loro eccesso!»

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