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tra Scienza & Coscienza

"Il cielo stellato sopra di me, la legge morale dentro di me'' I. Kant

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Interviste TraScienza&Coscienza

A SPASSO TRA LE KILONOVAE CON ALESSANDRA CORSI

La rilevazione della Kilonova ha messo in moto tantissimi ricercatori, studiosi, dottorandi e studenti in tutto il mondo, tra questi c’è una massiccia quantità di giovani scienziate e scienziati italiani, tra loro c’è Alessandra Corsi, co-autrice dell’articolo uscito sul The Astrophysical Journal proprio sull’incredibile fenomeno registrato.

La professoressa lavora come docente presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia della Texas Tech University. Le sue ricerche si concentrano sull’astrofisica e in particolare sulla fisica delle onde gravitazionali. È membro della LIGO Scientific Collaboration e della collaborazionesquadra di GROWTH (Global Relay of Observatories Watching Transients Happen). Nel 2015 ha ricevuto un prestigioso premio NSF “CAREER ” per i suoi studi sulle onde gravitazionali. Noi abbiamo fatto alcune domande per addentrarci ancora di più in questa che si candida ad essere la scoperta scientifica del 2017.

Come è stato possibile coordinare tutti i team di lavoro per osservare un evento del genere?

LIGO e Virgo si erano preparati attentamente per questo evento. Alla fine del 2013, le due collaborazioni avevano di LIGO e Virgo hanno emesso un invito formale per gli astronomi professionisti a firmare accordi per i follow-up delle onde gravitazionali a partire dal 2015, quando i rivelatori avanzati sarebbero stati messi in linea per la loro prima corsa scientifica.

Questo ci ha permesso di disporre di un sistema tramite il qualein cui gli astronomi partner potessero comunicare tra loro e scambiare le loro scoperte in tempo reale emettendo quelleo che chiamiamo “circolari interne LIGO / Virgo”  interni (messaggi facilmente inviabiliti tramite e-mail).

Da cosa deriva l’incredibile potenza rilasciata da queste stelle di neutroni, sotto forma di onde gravitazionali?Quali sono le particolarità di queste stelle?

L’accelerazione di oggetti massicci produce onde gravitazionali. Queste onde sono molto deboli, quindi qui sulla Terra non possiamo generare onde gravitazionaliquelli rilevabili. L’Universo, però, è pieno di oggetti incredibilmente massicci che subiscono accelerazioni rapide. Un paio di stelle di neutroni che si orbitano l’una intorno all’altrao rappresenta un esempio di un sistema che emette efficientemente onde gravitazionali. Le stelle di neutronineutrone sono degli oggetti molto densi nel cimitero stellare. Immagina una massa paragonabile a quella del nostro Sole, impacchettata in una regione di spazio di soli confezionata nella regione a 20 km di distanza: queste stelle ormai “defunte” sono di fatto gli oggettile celesti più densie tra gli oggetti tra quelli cheche chiamiamo chiamiamo “stelle”.

Come le precedenti teorie vi hanno aiutato a scoprire questa Kilonova, quali sono le discrepanze tra le osservazioni e le precedenti teorie?

La teoria precedente ci ha dettoprevedeva che, dopo la collisione tra le due stelle di neutroni, un’emissione diuna “kilonova” da ottico a infrarossi si sarebbe attivata sotto forma di radiazione ottica e infrarossadopo la . Questa emissione sarebbe fusione e poi rapidamente sarebbe scomparsa nel giro di pochi giorni. La teoria ha permesso agli astronomi di organizzarsi e di avere una serie di diversi telescopi pronti a osservare l’area del cielo dove è stato a rivelato il segnale d’onda gravitazionale. Tuttavia, in questi modelli c’erano molte incertezze, e solo ora che abbiamo dati possiamo iniziare a mettere in evidenza la fisica dietro questi modelli. Abbiamo anche rilevato alcune altre cose inaspettate: un flash associato di raggi gamma associato all’evento gravitazionale, molto meno energico di quanto ci aspettassimo; un lampo di luce UV che svanisce rapidamente nel primo giorno dalla fusione;  un riavvio dell’un’emissione ritardata di raggi X (in raggi X (9 giorni dopo la fusionefusione) e nel ) eradio ( della radio (16 giorni dopo la fusione). Tutte queste osservazioni hanno prodotto diverse decine di articoli pubblicati in giornali prestigiosidecine di ricerche. I raggi gamma deboli e il ritardo nell’attivazione dei raggi X  e nel radio, in particolare, suggeriscono che, oltre al materiale ricco di neutroni che alimenta la kilonova, è stato lanciato anche un jet veloce nel mezzo interstellare burst.

 

Dopo la fusione delle due stelle come è stata cambiata la chimica nell’ambiente circostante?

Crediamo che, dopo la collisione delle due stellesmashup, il sito dove è avvenuta lai fusione si sia è arricchito con gli elementi più pesanti della tavola periodica, come l’oro e il platino. Pensiamo che le collisioni binarie di stelle di neutronineutroniche contribuiscano sostanzialmente all’abbondanza di tali elementi nel nostro sistema solare. Quanto esattamente contribuiscaono, però, diventerà più chiari, mentrepiù chiaro quando saremo in grado di rivelare rileviamo altri sistemi del genere con LIGO e Virgo, e con  i vari telescopi che da un angolo all’altro del mondo partecipano a questa avventurain tutto il mondo!

Gianluigi Marsibilio

IL GRAFENE A ZERO G, IL FUTURO SPAZIALE DELL’INNOVATIVO MATERIALE

Portare il grafene nello spazio. Questo è l’obiettivo di una delle più grandi e innovative iniziative che unisce il CNR e l’Agenzia Spaziale Europea.

La collaborazione ha dato vita al progetto Flagship Graphene ea novembre partirà il grande esperimento che testerà il grafene in condizioni di assenza di gravità a bordo di un volo parabolico.
Noi abbiamo parlato con la comunità dei ricercatori dell’esperimento e delle sue implicazioni, a rispondere alle nostre domande sono stati Vincenzo Palermo, vicedirettore del progetto  e Maddalena Scandola, responsabile della comunicazione del CNR.

Come è strutturato esattamente l’esperimento Zero Gravity Graphene?

Il programma ZeroGravity Graphene si compone di due ambiziosi esperimenti, promossi dalla iniziativa europea Graphene Flagship in collaborazione con l’Agenzia Spaziale Europea (ESA), per valutare le prestazioni del grafene in condizioni di gravità zero. L’Italia, con il Cnr, ha un ruolo di primo piano in uno degli esperimenti in programma.

Entrambi gli esperimenti si svolgeranno tra il 6 e il 17 novembre 2017, e testeranno il grafene in condizioni di micro-gravità per valutare il suo potenziale nelle applicazioni spaziali, in particolare per la propulsione con la luce (vele solari) e per la gestione termica di satelliti.

L’esperimento ‘Solar sails’ (Vele solari) testerà il grafene come materiale per realizzare vele solari, un ambizioso metodo di propulsione delle navicelle spaziali che sfrutta la luce dal sole o dai laser a terra. Quando la luce è riflessa o assorbita da una superficie, esercita una forza che spinge la superficie lontano dalla sorgente luminosa: questa pressione di radiazione può essere sfruttata per spingere oggetti nello spazio senza utilizzare combustibili. Poichè la spinta della pressione di radiazione è molto bassa, per avere una propulsione efficace la “vela” deve avere una grande superficie e essere il più leggera possibile. Il grafene è molto leggero e al contempo resistente e potrebbe essere un buon candidato per le vele solari. Il team di ‘Solar sails’ studierà come il graphene possa funzionare come una vela solare in un esperimento che simula le condizioni di gravità e vuoto di spazio.

L’esperimento ‘Satellite Heat Pipes’ testerà il grafene a bordo di un volo parabolico che simula le condizioni di assenza di gravità per verificare il suo impiego nei dispositivi termici impiegati nei satelliti. La gestione termica è molto importante nei satelliti, poiché la mancanza di aria richiede soluzioni tecnologiche specifiche per disperdere il calore verso lo spazio profondo. La differenza di temperatura tra due lati di un satellite, quello rivolto verso il sole e quello al buio può arrivare fino a 200 gradi. Gli scambiatori di calore (Heat Pipes) trasferiscono il calore dalle parti calde a quelle fredde, e disperdono quello in eccesso verso lo spazio.

Frutto di una collaborazione tra l’italiana Leonardo Spa, leader mondiale nel settore aerospaziale, due istituti del CNR, l’Istituto per la Sintesi Organica e Fotoreattività (ISOF) e l’Istituto per la Microelettronica e i Microsistemi di Bologna (IMM-Bo), l’Università libera di Bruxelles e l’Università di Cambridge, l’esperimento indagherà come i rivestimenti a base di grafene possono migliorare l’efficienza negli scambiatori di calore, noti come loop heat pipes, fondamentali sistemi di raffreddamento usati nei satelliti e negli strumenti aerospaziali.

Il team si riunirà a Bordeaux, in Francia, tra il 6 e il 17 novembre 2017 per testare gli scambiatori di calore contenti grafene in condizioni di microgravità in un volo parabolico, gestito dall’Agenzia spaziale europea (ESA) e da Novespace (Francia).

Il team di ricercatori dell’esperimento ‘Satellite Heat Pipes’ intende sfruttare le proprietà termiche e fisiche del grafene per migliorare l’efficienza degli scambiatori di calore.

Questi infatti raffreddano i dispositivi a bordo grazie all’evaporazione di un liquido che si trova all’interno di una struttura di materiale poroso, solitamente di metallo. Sostituendo il materiale metallico con un composito a base di grafene e metallo, i ricercatori mirano a migliorare il trasferimento di calore tra le unità elettroniche e il fluido che lo attraversa.

Cos’è la tecnica del volo parabolico usata per portare il valore della gravità vicino allo zero?

Il volo parabolico è il metodo utilizzato per portare il valore della gravità vicino allo zero senza andare in orbita: mentre l’aereo segue una traiettoria parabolica si può arrivare ad avere fino a 25 secondi di assenza di peso. Ogni volo, che avrà la durata di 3 ore, comporterà circa 30 archi parabolici. Oltre all’assenza di gravità, a bordo si sperimenta anche fino al doppio della forza gravitazionale terrestre quando l’aereo si prepara alla parabola successiva, come su un gigantesco ottovolante.

Alle successive domande ha risposto per noi Vincenzo Palermo

Vincenzo Palermo è il responsabile del Laboratorio di Nanochimica dell’istituto ISOF-CNR di Bologna e vice direttore del progetto europeo Graphene Flagship, la più grande iniziativa di ricerca europea sul grafene.

Perché è importante studiare il grafene a gravità zero?


Lo scopo del nostro esperimento è studiare il comportamento di un liquido, e la sua evaporazione, all’interno di un materiale poroso ricoperto di grafene. Questi esperimenti rientrano nel settore generale della micro-fluidica, cioé lo studio del comportamento dei liquidi.
In un laboratorio è possibile modificare molti parametri come temperatura, umidità, presenza di campi elettrici o magnetici; è però impossibile modificare la forza di gravità che agisce su questi fluidi; per questo, bisogna usare i voli parabolici in cui, per pochi secondi, la drammatica discesa di quota dell’aereo permette di diminuire o annullare la forza di gravità; l’effetto è simile alla di perdita di peso che sentiamo in un ascensore che scende velocemente.

Quali applicazioni potrebbe avere un materiale del genere nella ricerca spaziale?

Depositiamo il grafene all’interno di un blocco di metallo poroso. Questo materiale è il cuore di un dispositivo chiamato “heath loop pipe” un tipo molto particolare di radiatore, capace di dissipare calore grazie all’evaporazione e al ricircolo di un liquido.
Le heath loop pipes sono molto utili sui satelliti in orbita, per raffreddare ad esempio dispositivi elettronici, perché funzionano senza bisogno di pompe o di energia esterna.
Quando un satellite è nello spazio, l’assenza di aria rende difficile dissipare il calore nello spazio. Quando un lato del satellite è esposto al sole, la differenza di temperatura tra lato al sole e lato in ombra può superare i 200 gradi, danneggiando seriamente i componenti elettronici.

Quali sono le proprietà termiche del grafene in grado di migliorare il trasferimento di calore e l’efficienza dei dispositivi?

Il grafene è composto da atomi di carbonio legati assieme per formare un reticolo esagonale. Ogni atomo del reticolo è connesso ad altri tre da legami chimici molto robusti e stabili, e l’intera struttura trasmette molto bene le minuscole vibrazioni atomiche che noi percepiamo, su scala macroscopica, come calore. Grazie a questa sua struttura cristallina il grafene ha un’ottima conducibilità termica, sino a dieci volte meglio di quella, ad esempio, del rame. A differenza di altri materiali, i foglietti di grafene possono essere estratti dalla grafite, dispersi in una soluzione e depositati su qualsiasi substrato, come ad esempio il metallo poroso che noi testeremo durante i voli.

Gianluigi Marsibilio

L’ARTE DI SCRIVERE DATI, INTERVISTA A PIETRO GAMBARDELLA

L’ETH di Zurigo è un punto di riferimento nello sviluppo della tecnologia e l’ingegneria informatica, noi abbiamo sentito uno dei professori del centro di eccellenza svizzero, Pietro Gambardella, del dipartimento di scienze dei materiali e alcuni giorni fa ha presentato una ricerca su Nature Nanotechnology per migliorare le capacità di memoria e scrittura di dati. Oggi vi parliamo a tutto campo delle applicazioni e l’arte della scrittura della memoria.

 

-Come si possono immagazzinare più velocemente dati? Cosa ha bloccato gli studi fino ad oggi?

Ogni sistema di memoria è composto da un supporto fisico su cui si possono immagazzinare scrivere e leggere dati. Nel caso della memoria di un computer i dati sono rappresentati dall’assenza o presenza di carica (memorie RAM e flash) o dalla direzione della magnetizzazione, ovvero dall’orientamento Nord-Sud o Sud-Nord di un magnete (memorie a disco rigido). In quest’ultimo caso, un bit è rappresentato da una minuscola regione di un film magnetico, in cui la direzione della magnetizzazione può essere controllata indipendentemente da quella dei bit vicini.

Ogni memoria ha procedimenti di scrittura diversi. Nelle memorie magnetiche tradizionali, le operazioni di scrittura e lettura vengono effettuate da una testina composta da una bobina miniaturizzata (in grado di creare un campo magnetico capace di invertire la magnetizzazione di un bit) e da un sensore che misura (legge) la direzione della magnetizzazione. In questo modo, la scrittura e lettura dei dati sono seriali, in quanto la testina si deve spostare fisicamente da un punto all’altro del supporto magnetico per accedere ai diversi bit. Ciò richiede tempo ed energia, ed è la regione per cui le memorie a disco rigido sono più lente delle memorie flash, che non hanno parti mobili.

Fortunatamente, in anni recenti sono emerse nuove tecnologie per scrivere e leggere bit magnetici, che eliminano del tutto le parti mobili e sono potenzialmente molto più rapide di quelle di qualsiasi altra memoria. Queste tecnologie, dette spintroniche, si basano sull’iniezione di deboli correnti elettriche direttamente all’interno di un film magnetico. Esistono vari fenomeni per cui una corrente elettrica può agire direttamente sulla magnetizzazione di un bit, determinandone la direzione. La nostra ricerca ne mette in evidenza uno in particolare, basato sull’interazione spin-orbita, che si è dimostrato molto rapido, con tempi di inversione della magnetizzazione inferiori ad un nanosecondo, e riproducibile, fino a mille miliardi di volte.

 

-Cos’è la magnetizzazione controllata?

Controllare la magnetizzazione significa essere in grado di determinare come e quando si inverte l’orientazione dell’asse Nord-Sud di un magnete. In un materiale magnetico questo processo può avvenire in molti modi. Per esempio, diversamente dall’ago di una bussola che ruota su stesso, la magnetizzazione si può “rompere” in domini che si propagano a velocità diverse, a seconda della propria orientazione. Nel nostro studio, questa velocità di propagazione è estremamente elevata, fino a 500 m/s. Questo significa che la magnetizzazione di un bit di 50 nanometri si può invertire su tempi dell’ordine di un decimo di nanosecondo.

 

-Come si può coniugare un’alta velocità di scrittura con un basso consumo energetico?

Bisogna considerare due fattori. Il primo è che le memorie magnetiche sono per propria natura “non volatili”, ovvero stabili nel tempo e quindi “salva-energia”. Non è questo il caso delle memorie RAM attualmente in uso, che hanno bisogno di essere rinfrescate costantemente per evitare la perdita di dati. La seconda è che, ad una maggiore velocità di scrittura, corrisponde una minor durata dell’impulso elettrico, e quindi della corrente totale di cui si ha bisogno per cambiare lo stato della memoria.

 

-Come sfruttate i campi magnetici attraverso le bobine?

Questo è proprio quello che cerchiamo di evitare. Le bobine sono ingombranti e poco efficienti dal punto di vista energetico, in quanto gran parte del campo magnetico da loro prodotto si disperde nello spazio. L’obiettivo è proprio quello di eliminare le bobine e le parti mobili di una memoria magnetica.

 

 

-Quali ricadute ci saranno sulle memorie dei pc?

L’introduzione di memorie magnetiche controllate da impulsi elettrici può rivoluzionare il settore delle memorie RAM, introducendo la non volatilità unita ad una grande velocità e resistenza all’uso. Una conseguenza tangibile sarebbe, per esempio, un computer che si accende e si spegne istantaneamente. Vi sono già grandi aziende del calibro di Samsung, Qualcomm e Toshiba che si muovono in questa direzione, utilizzando per ora una tecnologia diversa dalla nostra.

 

-Faccia una previsione, nei prossimi dieci anni come si evolverà questo settore?

Vedremo. Alla fine, le scelte industriali sono determinate dal rapporto tra perfomances e costi. Vi sono molte tecnologie in competizione tra loro, ed è un bene che sia così. Personalmente credo che le MRAMs (Magnetic Random Access Memories) avranno un ruolo importante nel nostro futuro.

 

 Gianluigi Marsibilio

ALLA SCOPERTA DEI CEBI BARBUTI CON ELISABETTA VISALBERGHI

I cebi barbuti tramandano di generazione in generazione i comportamenti derivati dall’uso di strumenti per rompere le noci di palma, lo studio ha ottenuto la pubblicazione e la copertina su PNAS e noi abbiamo parlato, in una breve intervista, con Elisabetta Visalberghi dell’Istituto di scienze e tecnologie della cognizione del Cnr, che ha curato lo studio e si occupa dei cebi da ormai molti anni.

Può presentarci i  cebi barbuti? Quali sono le loro caratteristiche?

I cebi barbuti sono scimmie Platirrine la cui linea evolutiva si è separata da quella umana circa 35 milioni di anni fa. Sono primati di taglia media con un moderato dimorfismo sessuale: le femmine adulte pesano intorno ai 2 kg e i maschi adulti 3,5-4 kg. Hanno una lunga coda semiprensile. Queste scimmie hanno un’elevata destrezza manuale in compiti di manipolazione e un elevato indice di encefalizzazione, vale a dire un cervello più grande di quanto atteso sulla base delle dimensioni corporee.

Durante le varie attività svolte dai membri del gruppo come viene attirata l’attenzione da parte dei membri più inesperti? Può spiegarci questa differenza tra membri esperti e inesperti?

Nessun adulto esperto attira di proposito l’attenzione dei giovani inesperti. Sono questi ultimi che non appena vedono gli adulti fare qualcosa di interessante, si avvicinano, si interessano: se gli adulti usano sassi per rompere le noci la probabilità che i giovani eseguano alcuni comportamenti, come il battere sassi sull’incudine o sopra le noci, aumenta in maniera significativa.

 

Come è stato possibile raccogliere i dati per il vostro studio?

Ci sono voluti anni di osservazioni per capire come i giovani cebi imparano ad usare strumenti. A tal fine abbiamo sviluppato una metodologia in cui un osservatore umano registrava in un data-log il comportamento di un cebo inesperto mentre un altro osservatore registrava quello di individui esperti che si trovavano nel raggio di 10 metri. I due tipi di dati sono stati poi combinati e analizzati congiuntamente.

Come usano principalmente gli strumenti i cebi barbuti?

Il comportamento più frequente e riportato in più popolazioni è l’utilizzo di un percussore per rompere un frutto dal guscio duro. Ad esempio a Fazenda Boa Vista, dove si trova la stazione dove il progetto EthoCebus opera da ormai più di dieci anni (http://www.ip.usp.br/ethocebus/), i cebi usano sassi che a volte pesano anche più di loro stessi per rompere delle noci di palma dal guscio durissimo. Inoltre le femmine per “corteggiare” il maschio usano rami e sassi per toccarlo pur mantenendosi a distanza. In altre località i cebi usano sassi anche per scavare il terreno e bastoni per tirare fuori cibo dalle fessure della roccia o degli alberi. Insomma il loro comportamento è abbastanza vario. Detto questo sembra proprio strano che questi comportamenti siano stati documentati solo in questo millennio.

Come si comportano, dal punto di vista “emozionale”, tra loro i cebi?

 

Le interazioni all’interno del gruppo sono prevalentemente di tipo affiliativo con frequenti comportamenti di gioco e grooming. Il grooming è un’attività che, oltre alla pulizia del pelo, serve come “collante sociale” e permette di creare rapporti positivi con gli altri individui del gruppo.

 

Gianluigi Marsibilio

TERRA CHIAMA MARTE, IL FUTURO DEL PIANETA ROSSO SPIEGATO DA FRANCESCA ALTIERI

Nella settimana che precede l’inizio del nostro festival Le Stelle dal Borgo vogliamo farvi conoscere meglio una delle protagoniste dei nostri incontri. Francesca Altieri, dell’Istituto di Astrofisica e Planetologia di Roma, il 12 agosto a Guardiagrele (Ch) ci racconterà le novità e il futuro del pianeta rosso, nella nostra chiacchierata potete trovare un assaggio di quello che sarà il tema dell’incontro.

-Il tema del nostro incontro sarà il futuro dell’esplorazione spaziale sul pianeta rosso. La parola futuro come si coniuga con Marte?

Il futuro dell’esplorazione spaziale di Marte è ricco di eventi. Ci sono infatti già delle date importanti da segnare. A metà del 2018 un orbiter ESA inizierà la sua fase operativa per studiare la composizione dell’atmosfera, e ci sarà il lancio di un lander della NASA che ha l’obiettivo di capire se Marte è ancora geologicamente attivo; nel 2020 ci saranno invece i lanci di due rover, uno ESA ed uno NASA.

-Le date su un possibile sbarco di astronauti, cambiano anno dopo anno,
quali saranno le tappe da raggiungere prima di vedere un uomo su Marte?

Prima di tutto dalle missioni future abbiamo bisogno di capire meglio se e quando Marte abbia ospitato forme di vita. Ora sappiamo con certezza che Marte in passato aveva un ambiante favorevole allo sviluppo della vita, per come la conosciamo noi sulla Terra. Dobbiamo pero’ avere ulteriori evidenze che giustifichino in maniera definitiva una missione umana. Ciò non toglie che le agenzie spaziali di tutto il mondo (e non solo!) stiano comunque pianificando delle possibili missioni umane verso il pianeta Rosso. Comunque cio’ che davvero manca attualmente è la tecnologia per riportare indietro i nostri astronauti.

– Quali obiettivi deve raggiungere ancora l’esplorazione robotica sul
pianeta?

Una delle tappe fondamentali (anche per dare un’ulteriore spinta alla realizzazione di missioni umane) è riportare a terra campioni prelevati da siti con una mineralogia particolarmente interessante. L’obiettivo è analizzare materiali di interesse esobiologico (come rocce sedimentarie prelevate da terreni molto antichi) nei nostri laboratori, e quindi con tecniche molto sofisticate e sotto il nostro completo controllo.

– Tutti si sono concentrati a denigrare il povero Schiaparelli ma
attraverso il fallimento si possono cogliere nuove opportunità nello spazio?

L’esplorazione spaziale è segnata dagli insuccessi. Purtroppo fanno parte di questo processo e lo vedremo meglio durante la mia presentazione. Nel caso specifico del modulo Schiaparelli, l’obiettivo da parte dell’Agenzia Spaziale Europea era dimostrare che dal punto di vista tecnologico l’Europa è in grado di gestire le fasi di entrata in atmosfera, di discesa e di atterraggio di un lander. Nell’ottica di vedere il bicchiere mezzo pieno, sicuramente alcuni obiettivi sono stati raggiunti: entrata in orbita e gestione delle prime fasi della discesa. Purtroppo, poi, qualcosa è andato fuori controllo e la parte finale è stata, appunto, un fallimento. Ma l’ESA ha già prodotto un report molto dettagliato, dimostrando che i suoi ingegneri hanno ricostruito quello che non ha funzionato.

– Com’è cambiata la percezione, all’interno della comunità scientifica, del
pianeta rosso nel corso di questi anni?

Grazie alla missione ESA Mars Express e alle recenti missioni della NASA, è oramai chiaro che nel passato Marte era molto più simile alla Terra di come ci appare ora.

– Per un atterraggio di rover o addirittura umani, come si valuta un sito?
Quali caratteristiche deve avere un sito di atterraggio?

Prima di tutto un sito di atterraggio deve essere sicuro. Questo vuol dire che il terreno non deve presentare massi di grandi dimensioni o punti troppo scoscesi, per non danneggiare il modulo di atterraggio. Ovviamente però il sito deve essere anche scientificamente interessante. I dati raccolti dalle missioni più recenti hanno fornito un forte contributo per valutare quest’ultimo aspetto, in particolare in termini della composizione mineralogica dell’area che i rover vanno a perlustrare.

– Quali sono le tue più grandi paure legate all’esplorazione di Marte?
Quali le più grandi speranze?

L’atmosfera di Marte è caratterizzata dalla presenza di minuscole particelle di polvere che possono danneggiare strumentazione robotica o di supporto alle missioni umani. Periodicamente si innescano tempeste di polvere che coinvolgono tutto il pianeta. Inoltre, la superficie di Marte non è schermata, a differenza di quella terrestre, dai raggi UV e particelle energetiche. Questo rappresenta un pericolo per l’esplorazione umana.
La mia speranza è che lo sviluppo di nuove tecnologie proceda velocemente per permettere alle future generazioni di astronauti di fare un viaggio Terra-Marte di andata e ritorno, ed in completa sicurezza.

– Neil deGrasse Tyson ha detto questo, riporto la frase originale: “This adventure is made possible by generations of searchers strictly adhering to a simple set of rules. Test ideas by experiments and observations. Build on those ideas that pass the test. Reject the ones that fail. Follow the evidence wherever it leads, and question everything. Accept these terms, and the cosmos is yours”. Marte è la più grande prova che l’umanità, dal punto di vista scientifico, è chiamata ad affrontare?

Comprendere se mai Marte abbia ospitato in passato forme di vita o se, in siti protetti nel sottosuolo, ci sia tuttora un’attività batterica, è una delle sfide più grandi per l’esplorazione spaziale planetaria. Ma di certo non è la sola. Volendo circoscrivere il raggio al nostro Sistema Solare, missioni recenti come Dawn e Rosetta hanno dimostrato che i corpi minori possono essere molto ricchi in materiale organico. Inoltre, negli ultimi anni abbiamo imparato che sotto la superfice ghiacciata di Europa, una delle lune di Giove, ci potrebbe essere un oceano arricchito di elementi che hanno reso possibile la formazione e sviluppo di forme vita sulla terra. Spingendo lo sguardo più in la’, è oramai chiaro che ogni stella ospita un sistema planetario e pianeti simili alla Terra potrebbero essere molto piu’ comuni di quanto finora pensato! Ma se invece pensiamo all’astronomia in senso piu’ ampio, altre sfide riguardano lo studio delle onde gravitazionali e della materia oscura, solo per fare degli esempi. I progressi fatti nel XX secolo ci hanno fatto sentire il Cosmo un po’ piu’ nostro, ma molto c’e’ ancora da testare, analizzare e scoprire!

Qui trovate il programma completo del festival

Gianluigi Marsibilio

ONDE GRAVITAZIONALI, IL PUNTO DELLA SITUAZIONE TRA AGGIORNAMENTO DEGLI STRUMENTI E NUOVE TECNOLOGIE

Dove sono finite le onde gravitazionali? Ormai sono passati due anni dal primo storico annuncio e tra una rilevazione e l’altra gli strumenti vanno aggiornati, le tecnologie migliorate e le osservazioni raffinate. Di tutto questo abbiamo parlato con Massimiliano Razzano, ricercatore presso il Dipartimento di Fisica dell’Università di Pisa e dell’INFN-Pisa, e membro della collaborazione internazionale Virgo.

 

– Come si migliora uno strumento come Virgo o Ligo? Cosa cercate nelle nuove tecnologie che applicate agli interferometri?

Gli strumenti attuali, Advanced LIGO e Advanced Virgo, appartengono alla cosiddetta seconda generazione di rivelatori, e avranno aregime una sensibilità di circa 10 volte le versioni precedenti, chiamate LIGO e Virgo. Per migliorare ulteriormente la sensibilità di questi strumenti occorre ridurre al massimo il rumore, cioè le possibili sorgenti si segnale spurio che potrebbero essere confuse con il segnale gravitazionale. Molte sono le nuove tecnologie allo studio, a partire da una maggiore riduzione del rumore sismico alle basse frequenze, del rumore termico e utilizzando laser più potenti, per ridurre il rumore quantistico più importante alle alte frequenze.

– Quali sono le onde gravitazionali più “facili” da captare? Quali oggetti esotici secondo voi potrebbero produrre onde?

E’ sicuramente un campo tutto nuovo, quindi è difficile immaginarsi tutte le sorgenti che potrebbero produrre onde gravitazionali. Quelle più “facili” da rivelare sono le sorgenti per le quali abbiamo delle ragionevoli previsioni sulla forma dell’onda emessa. Una delle tecniche di analisi dati più robuste e sensibili combina infatti i dati raccolti con il modello della forma d’onda attesa, per estrarre in maniera ottimale tutte le informazioni sulla sorgente. Ad esempio nel caso della coalescenza di due stelle di neutroni o buchi neri, la relatività generale ci fornisce gli strumenti per calcolare la forma dell’onda prodotta. A partire da queste previsioni è possibile compiere analisi più sofisticate per estrarre il segnale gravitazionale dal rumore. Ma ci aspettiamo che altri fenomeni celesti possano produrre onde gravitazionali, ad esempio l’esplosione di una supernova. In quel caso però , la rivelazione è più difficile perchè il segnale atteso è più debole e non ci sono ancora modelli teorici per spiegare fino in fondo l’emissione gravitazionale in questi casi. Si tratta tuttavia di un aspetto decisamente interessante, che potrebbe svelarci nuove sorprese sull’Universo gravitazionale.

 

– Abbiamo parlato a fondo delle nuove frontiere dell’astrofisica aperte dalla rilevazione delle onde. Quanto potrebbe aiutare nelle misurazioni avere uno strumento, simile ad un interferometro nello spazio, penso in particolare al programma LISA (eLISA)?

Un interferometro spaziale consentirebbe di andare a esplorare un intervallo di frequenze inferiori a 0.1 Hz molto inferiore a quello visibile con LIGO e Virgo, che sono sensibili all’incirca nella banda 10 Hz – 10 Khz. Per fare un paragone, LISA si confronta con LIGO e Virgo come un radiotelescopio si confronta con un telescopio ottico: entrambi osservano luce, cioè radiazione elettromagnetica, ma di lunghezza d’onda differente. Osservare a frequenze così basse ci permetterà di studiare fenomeni completamente diversi, ad esempio l’emissione di onde gravitazionali da parte di sistemi formati da due buchi neri supermassicci nel nucleo delle galassie.

– Quali sono i maggiori pericoli per uno strumento come VIRGO?

Virgo è uno strumento estremamente sensibile, quindi praticamente tutti i fenomeni fisici naturali, dai microsismi al rumore termico, sono dei “pericoli” che minacciano la rivelazione di segnali gravitazionali. Per questo motivo gran parte del lavoro consiste nel trovare nuovi metodi per abbattere queste fonti di rumore.

– L’ultima domanda è una piccola curiosità sulla vostra vita di scienziati: visto che le onde gravitazionali non vengono captate così spesso dagli strumenti, come si svolge una giornata scientifica di un ricercatore di VIRGO o LIGO?

In realtà uno strumento come LIGO o Virgo richiede un continuo studio, in modo da portarlo ad essere sempre più sensibile. Parte degli sforzi sono ad esempio in questa direzione. C’è poi un’attività di analisi continua dei dati che vengono raccolti, e che si concentrano non solo sui segnali transienti come ad esempio la fusione di due buchi neri, ma anche nel tentare di mettere in evidenza segnali gravitazionali continui, ad esempio dovuti a stelle di neutroni in rotazione oppure al cosiddetto fondo stocastico di onde gravitazionali. Inoltre è presente una continua attività di sviluppo di nuove tecniche di analisi dati, che verranno poi testate sui dati raccolti.

 

Gianluigi Marsibilio

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Se siete interessati non esitate a contattarci direttamente sulla nostra pagina Facebook mandandoci una breve presentazione e i campi di interesse principali che avete.

SCACCO AD HEISENBERG, INTERVISTA A GIORGIO COLANGELO

Il re tra tutti i princìpi della meccanica quantistica elaborato da Heisenberg, è stato aggirato con un esperimento messo a punto da Giorgio Colangelo, fisico abruzzese approdato nel team di Morgan Mitchell dell’Institute of Photonic Sciences (Icfo) a Barcellona.

I risultati pubblicati su Nature avranno notevoli applicazioni in campo fisico e medico, con una notevole capacità di migliorare la sensibilità nelle risonanze magnetiche o negli orologi atomici.

Noi l’abbiamo intervistato per farci raccontare come è stato possibile aggirare l’affascinante principio che da quasi un secolo divide fisici e filosofi.

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Qual è il filo rosso che lega un gruppo di scienziati tutti molto giovani ad Heisenberg e qual è la vera importanza del suo principio?

Il nostro gruppo si occupa di questioni fondamentali relative alla fisica quantistica che hanno  interesse scientifico e importanza tecnologica.

Noi per esempio usiamo gli atomi come fossero un sensore precisissimo per misurare campi magnetici esterni.

A tali livelli di precisione il principio di indeterminazione di Heisenberg  impone dei limiti fondamentali nella misura delle cose: quando misuro la posizione di un atomo disturbo intrinsecamente la sua velocitá, per cui le due cose non si possono mai conoscere allo stesso tempo.

Lo stesso accade nella misura dell’ampiezza di un segnale ottenuto dallo spin di un atomo e l’angolo della sua orientazione, che sono due quantità fondamentali in tecniche di grande importanza tecnologica, come la risonanza magnetica nucleare o quelle usate negli orologi atomici, che servono per esempio a sincronizzare i GPS.

Cosa vuol dire aggirare il principio di Heisenberg?

Vuol dire che il principio di Heisenberg rimane valido, ma che in alcuni casi è possibile misurare il segnale prodotto dagli atomi in modo molto più preciso rispetto a quello si pensava fosse un limite fondamentale.

Cosa hanno indicato i risultati sperimentali del vostro esperimento che ricadute avranno nei vari campi della fisica?

Abbiamo dimostrato che in opportune configurazioni degli atomi rispetto al campo magnetico, è possibile misurare il loro segnale raggirando il principio di Heisenberg.

Adottando il nostro schema di misura sarà possibile misurare segnali con precisione molto maggiore: questo potrà avere ripercussioni nei campi più diversi, dalla rivelazione delle onde gravitazionale, ai campi magnetici prodotti dalla attività celebrale.

Come verranno influenzati i prossimi sensori magnetici?

Spero adottino lo schema di misura che abbiamo proposto.

Il principio ha un legame molto stretto con l’idea di errore. Uno scienziato del vostro laboratorio che rapporto ha con gli errori?

L’errore é ciò che ci permette di imparare a capire dove abbiamo sbagliato e proprio grazie a quello possiamo migliorare: il successo di un esperimento arriva solo grazie al fallimento di molti altri.

D’altra parte l’errore é nel DNA della scienza: una teoria scientifica per essere tale deve poter essere sperimentata ed eventualmente falsificata, altrimenti sarebbe un dogma.

Cos’è e cosa significa incertezza quantistica?

Significa che fino a quando non misuriamo qualcosa non ha senso fare congetture su che proprietà abbia.

In gruppi di lavoro del genere si sperimenta il valore dell’internazionalità: a Barcellona cosa ti colpisce di più dei tuoi colleghi stranieri?

La diversità. Ci vogliono competenze diverse perché un esperimento abbia successo.

Ho colleghi dai 5 continenti e lavorare con loro mi ha aiutato a scoprire la ricchezza dalle varie culture. E questo  aiuta a rispettare gli altri e ad abbattere le barriere dei nazionalismi che oggi vogliono dividerci.

Gianluigi Marsibilio

ALLA SCOPERTA DI CERERE E DELLE TRACCE DI MATERIALE ORGANICO

La missione DAWN della NASA ha permesso agli scienziati di studiare approfonditamente Cerere. La scorsa settimana, grazie ad uno studio pubblicato su Science coordinato da Maria Cristina De Sanctis,  dell’Istituto Nazionale di Astrofisica, abbiamo appreso che sulla superficie dell’oggetto più grande della fascia principale ci sono delle tracce di materiale organico.

A spiegare al meglio la scoperta per noi sono stati, in un’intervista doppia, la stessa ricercatrice De Sanctis e il suo collaboratore Andrea Raponi,  ricercatore INAF e grande esperto di Cerere.

-Abbiamo visto che tanti media hanno ripreso la notizia delle tracce di materiale organico in modo non completamente corretto. Può spiegarci cosa si intende per materiale organico?

 

Maria Cristina De Sanctis – Parliamo di composti CH, molecole di carbonio e idrogeno.

Andrea Raponi – Per materiale organico si intendono composti del Carbonio, e solitamente Idrogeno, Ossigeno e Azoto. Il termine è spesso frainteso con materiale biologico a causa dell’origine del suo nome, che lo lega in effetti alla vita. Oggi sappiamo che materiale organico, come ad esempio il metano, può essere di origine biologica e non.

 

– Perchè è importante precisare che si tratta di materiale costituito da composti alifatici? Quali sono le principali caratteristiche di questi composti?

 

Maria Cristina De Sanctis – le molecole alifatiche sono costituite da catene di legami CH.  Nei composti alifatici gli atomi di carbonio possono legarsi dando vita a catene lineari o ramificate.

Andrea Raponi – Gli alifatici sono composti di Carbonio e Idrogeno a catena lineare. La peculiarità sta nel fatto che questi elementi possono formare molecole molto complesse, come sono ad esempio le molecole alla base della vita.

– Come è stato possibile ritrovare il materiale e quali strumenti hanno maggiormente contribuito alla scoperta?

Maria Cristina De Sanctis – Il materiale è stato individuato studiando la luce riflessa dalla superficie. Detto semplicemente, ogni oggetto, a seconda della sua composizione, riflette diversamente la luce solare ed è possibile, studiando tali riflessioni (ovvero lo spettro di riflettanza),  capire la composizione.  Lo strumento che ha individuato tali composti è uno strumento italiano -VIR-. Questo è uno spettrometro ad immagine che lavora nell’intervallo di lunghezze d’onda in cui si possono individuare tali composti.

Andrea Raponi – Il materiale è stato rilevato dallo spettrometro ad immagine (VIR) nel canale infrarosso a bordo della sonda NASA Dawn. Il principio base dello strumento è l’acquisizione della luce riflessa dalla superficie del pianeta nano, e la sua scomposizione nelle diverse lunghezze d’onda (lo spettro). Dalla forma di quest’ultimo si può derivare la composizione grazie alla presenza di cosiddette firme spettrali caratteristiche di ciascun composto.

– Il materiale è stato trovato in prossimità del cratere Ernutet. Perchè secondo lei proprio in quella posizione? Come fanno i ricercatori, in questo tipo di missioni, a selezionare le aree da studiare approfonditamente?

Maria Cristina De Sanctis– Il motivo per cui è stato individuato in quella zona non è ancora chiaro. Apparentemente è una zona “comune”, non ha delle caratteristiche geologiche particolari rispetto  ad altre zone della superficie, come sono ad esempio le zone chiare che punteggiano la superficie di Cerere. La missione  Dawn, su cui VIR è imbarcato, ha osservato gran parte della superficie di Cerere, quindi  noi abbiamo analizzato moltissime zone e questa vicino al cratere Ernutet è dove abbiamo riscontrato questa grande quantità di organici.

 

 

Andrea Raponi – In missioni come questa solitamente tutta la superficie viene scandagliata dagli strumenti, proprio perché in principio non si può sapere il luogo che riserverà le maggiori sorprese (per definizione stessa della parola “sorpresa”!). La posizione del ritrovamento di organici non ha caratteristiche peculiari: vicino un cratere come ce ne sono molti su Cerere. Il motivo per cui gli organici si trovano proprio lì è ancora al vaglio di varie possibilità: origine esogena (cioè portato dall’impatto con un altro corpo), o endogena (cioè processato dal materiale stesso di cui è composto mediamente Cerere). Quest’ultima ipotesi è leggermente favorita, dal momento che la sua posizione non sembra direttamente collegata alla formazione del cratere Ernutet.

 

 
– Su Cerere c’è la possibilità di trovare tracce di chimica prebiotica?

Maria Cristina De Sanctis – Quello che possiamo dire è che non è un ambiente  ostile per diversi motivi, tipo la presenza di ghiaccio, le temperature non eccessivamente rigide, la presenza di alcuni materiali che si formano tipicamente in ambienti idrotermali.

 

 

Andrea Raponi Su Cerere sono stati trovati minerali contenenti tutti gli elementi base della vita (Carbonio, Idrogeno, Azoto, Ossigeno) e non è esclusa la presenza di acqua liquida nel sottosuolo, almeno nel passato. E’ quindi possibile trovare tracce di chimica prebiotica, come la formazione di amminoacidi. Tuttavia dagli amminoacidi alle proteine, o ad una molecola complessa come il DNA, c’è un abisso. Colmare questo abisso per spiegare la vita sulla Terra rappresenta tuttora una delle più grandi sfide per la scienza.

 

 
– Quali misteri ci nasconde ancora la fascia principale degli asteroidi? Come sta contribuendo l’Italia in queste ricerche?

Maria Cristina De Sanctis – Di certo c’è ancora molto da scoprire. La fascia contiene oggetti formati in condizioni diverse e che hanno anche subito evoluzioni diverse. Mi aspetto ancora notevoli sorprese da una futura esplorazione.

Andrea Raponi La fascia degli asteroidi è la più grande riserva di corpi minori del sistema solare (assieme alla cintura di Kuiper e la nube di Oort, che però hanno lo svantaggio di essere molto lontani). I corpi minori sono in gran parte corpi primitivi, che quindi conservano traccia del passato del sistema solare. Il mistero che celano è quindi la storia di formazione ed evoluzione del sistema solare, la quale a sua volta ci può dire molto sulle condizioni che hanno dato luogo all’origine della vita sulla Terra, e ci può dire molto anche sull’origine di tutti i sistemi planetari che da pochi anni si stanno iniziando a scoprire (l’ultimo dei quali ha fatto particolarmente scalpore vista la presenza simultanea di ben sette pianeti simili alla terra di cui tre nella zona abitabile).

L’Italia è impegnata nella progettazione, costruzione e gestione di strumenti di cui ormai possiede molta esperienza come quello a bordo della sonda Dawn, e contestualmente è promotrice con la sua comunità scientifica di nuove possibili missioni.

 

Gianluigi Marsibilio

 

Crediti foto: ” NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA”

 

 

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