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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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CANNIBALISMO GALATTICO NEL QUINTETTO DI STEPHAN

L’ampia immagine di campo catturata dalla MegaCam,  la fotocamera da 380 megapixel del Canada-France-Hawaii Telescope (CFHT che si trova sul Mauna Kea, Hawaii), è centrata sulla galassia NGC 7331, ed è stata oggetto di uno studio sulla vicina NGC 7317.

Ma l’attenzione degli scienziati per questa zona di cielo in realtà è stata sempre catturata dalla condensazione di galassie attorno al campo di ripresa, poco distanti (almeno prospetticamente) da NGC 7331: il famoso Quintetto di Stephan, un gruppo compatto di 5 galassie, nella costellazione del Pegaso (non tutte interagenti tra loro), che prende il nome dall’astronomo francese Édouard Stephan, che fu il primo ad osservarlo nel 1878. Il gruppo però comprende

In tempi molto più recenti, diventato per la sua bellezza una delle icone dell’osservazione e della fotografia astronomica, anche il telescopio spaziale Hubble ha osservato più volte il Quintetto, fornendo immagini dettagliatissime delle collisioni galattiche in corso.

Il Quintetto di Stephan, infatti, racchiude ed è l’esempio di riferimento di tutto quello che serve per lo studio dell’evoluzione di sistemi di galassie interagenti. Nelle immagini le vediamo infatti sottoposte a una serie di effetti quali interazioni e collisioni lente, che creano flussi stellari gravitazionali, ma anche collisioni galattiche ad alta velocità, esplosioni di gas, esplosioni stellari e tutto quello che riguarda la creazione e l’evoluzione anche di sistemi stellari intergalattici. Insomma… un campo di prova per tutta l’astrofisica extragalattica

Grazie alle sue caratteristiche uniche, il Quintetto di Stephan è stato  quindi ampiamente studiato e osservato, in tutto lo spettro elettromagnetico, ed è stato oggetto di numerose simulazioni numeriche complesse. E stato anche campo di controversie sull’effettivo significato cosmologico del redshift, da parte di sostenitori di cosmologie alternative rispetto al prevalente Modello Standard (sulla cui diatriba abbiamo pubblicato numerosi articoli fino al lungo articolo conclusivo in tre parti:Qualche chiarimento sulle cosmologie alternative di Alberto Cappi).

Tuttavia, i modelli non sono riusciti fin’ora a definire il ruolo di ogni galassia nell’insieme del gruppo. Un nuovo studio, pubblicato nei Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, ha rivisitato il sistema con immagini ottiche multibanda multiple ottenute con la MegaCam del telescopio Canada-France-Hawaii (CFHT), incentrate sul rilevamento di strutture a bassa luminosità superficiale (LSB).

In particolare, è stata rilevata un’aura diffusa rossastra nella galassia NGC 7317, un alone di vecchie stelle il cui ruolo era stato finora ignorato nei modelli. Sono poi visibili numerosi filamenti diffusi aggiuntivi, alcuni dei quali vicini alla galassia in primo piano NGC 7331, la cui struttura suggerisce quindi una contaminazione per emissione di cirri galattici.

NGC 7317 deve quindi aver interagito a lungo con gli altri membri del gruppo, in un processo che viene chiamato cannibalismo galattico. Il cannibalismo galattico si verifica quando le forze gravitazionali di una galassia, o di un gruppo di galassie più grandi, lentamente distruggono una galassia più piccola, inglobandone il materiale. Caratteristiche distintive di questo processo sono proprio la presenza di flussi o aloni di stelle che orbitano intorno alla galassia più grande, come l’alone di stelle rosse visto intorno a NGC 7317.

Una prima conseguenza è che il Quintetto di Stephan deve essere molto più antico di quanto attualmente si pensa, e questo potrebbe richiedere la necessità di rivedere i modelli di formazione ed evoluzione di questo sistema, che potrebbe portare, alla fine, alla formazione di una galassia ellittica gigante.

Una seconda conseguenza più generale, e forse anche di maggiore importanza, è l’attuale rinnovato interesse, nel campo scientifico, per l’imaging profondo sulle galassie vicine, che può come abbiamo visto portare non solo maggiori informazioni ma vere e proprie rivoluzioni sulla storia dell’evoluzione di questi gruppi di galassie.

Sono molti ormai  i programmi osservativi – tra cui alcuni sviluppati proprio all’interno della collaborazione CFHT, la cui strumentazione è particolarmente adatta per questo tipo di studi – che mirano a decodificare la storia passata delle galassie attraverso la rilevazione diretta, nel loro ambiente, di deboli ed estese caratteristiche, tecnica che ha preso il nome di archeologia galattica.

Dal 2000, CFHT produce, in collaborazione con Coelum Astronomia, il calendario da collezione Hawaiian Starlight basato proprio sulle bellissime immagini del cielo catturate dalla MegaCam. Le immagini vengono ottenute durante osservazioni speciali nel tempo osservativo a disposizione del Direttore del CFHT, quando le condizioni atmosferiche, in particolare la stabilità dell’atmosfera, non sono  adatte alle osservazioni scientifiche regolari. Nonostante questo, alcune di queste immagini a volte si rivelano di grande interesse scientifico: ed è proprio questo il caso.

I prodotti Hawaiian Starlight sono distribuiti per l’Europa da Coelum Astronomia. Potete trovare i magnifici poster e molte delle edizioni del Calendario astronomico CFHT/Coelum, compresa l’edizione 2018 che vedete qui a lato, nel nostro astroshop.

Il CFHT è una struttura a disposizione della collaborazione tra il National Research Council del Canada, il Centre National de la Recherche Scientifique francese e la University of Hawaii.

L’Osservatorio CFH ospita un telescopio ottico e a infrarossi di 3,6 metri. Si trova sulla cima del vulcano inattivo Mauna Kea, a 4200 metri, nell’isola delle Hawaii.

Crediti foto: CFHT, Pierre-Alain Duc (Observatoire de Strasbourg) e Jean-Charles Cuillandre (CEA Saclay / Obs. De Paris).

Coelum Astronomia 

MOLECOLE ORGANICHE COMPLESSE IN UN’ALTRA GALASSIA

Le galassie sono una splendida collezione di stelle, in spazi come quelli della Grande Nube di Magellano gli astronomi hanno sempre visto poco favorevolmente l’ipotesi di trovare molecole e elementi pesanti in ambienti del genere.

Nuove osservazioni con l’Atacama Large Millimeter (ALMA), tuttavia, hanno scoperto le impronte chimiche di molecole estremamente complesse, mai fino ad ora rilevate lontano dalla nostra Via Lattea. I risultati sono senza precedenti in particolare per quanto riguarda alcune molecole mai identificate chiaramente in altre galassie, i risultati sono stati pubblicati sull’Astrophysical Journal.

Noi abbiamo chiesto a Remy Indebetouw, astronomo presso il National Radio Astronomy Observatory a Charlottesville, Virginia, e coautore dello studio, quali sono le principali differenze con la nostra Via Lattea: “ Ci sono molte e importanti differenze: la più interessante per noi è questo risultato sulla minore concentrazione di “metalli” (per gli astronomi significa un atomo più pesante del litio). Quindi ci si aspetterebbe che forse le molecole formate da quegli atomi potrebbero anche avere una complessità inferiore”.
La formazione di molecole è un processo complicato, la massa della GNM (Grande Nube di Magellano) è inferiore e le sue braccia comunque non riescono a influenzare la formazione di stelle e pianeti come nella nostra galassia.

“Gli astronomi- ha continuato il professore- sanno quali molecole sono le basi della vita come nel caso del carbonio sulla Terra. Molte di queste molecole si trovano nello spazio ma non ne eravamo completamente sicuri, ma abbiamo sempre più prove che le molecole nello spazio possono essere trasportate e infine incorporate nei pianeti e contribuire a promuovere l’esistenza della vita su quei pianeti”.

Galassie con bassa concentrazione di elementi pesanti non presentano quantità ridotte di molecole complesse, dunque c’è possibilità di vita anche nei paraggi di galassie più piccole e meno massicce: “La vita è probabilmente possibile in quelle galassie come nella nostra”.

Gli astronomi hanno concentrato il loro studio sulla regione N113 che è una delle più ricche di gas della galassia. Osservazioni precedenti di questa zona con telescopio spaziale Spitzer della NASA e tramite l’Herschel Space Observatory dell’ESA hanno rivelato una sorprendente concentrazione di giovani oggetti (protostelle) che hanno appena iniziato a uscire dai loro vivai stellari.
L’astronomo ha concluso rassicurandoci sul fatto che: “ALMA rileverà molecole organiche ancora più complesse, in posizioni ancora più diverse tra il gas delle galassie, perchè le persone continueranno a fare osservazioni nei prossimi anni. In realtà, rilevare se tali molecole sono state incorporate nella vita sui pianeti è più difficile, ma gli strumenti futuri saranno in grado di farlo”.

Ad oggi ci sono diversi progetti per rilevare processi biologici con gli infrarossi, nei prossimi dieci anni potrebbero venir fuori molte e interessanti novità.

Gianluigi Marsibilio

 

 

 

Crediti foto: NRAO / AUI / NSF; ALMA (ESO / NAOJ / NRAO); Herschel / ESA; NASA / JPL-Caltech; NOAO

CASSINI: TITANO, TRA CIELO E MARE

Titano, la più grande luna di Saturno, pur così lontana è forse il mondo che più somiglia, almeno all’apparenza, alla nostra Terra. Unico altro mondo nel Sistema solare ad avere oceani liquidi stabili sulla superficie, come la Terra ha mari, laghi e fiumi e un’ambiente con nubi, piogge, nebbie e foschie. La somiglianza però si ferma qui. I mari e i laghi di Titano sappiamo già da tempo che non sono di acqua liquida ma formati da idrocarburi (come metano, etano, propano), e sono i bacini che li contengono ad essere formati da ghiaccio d’acqua ricoperto di uno strato solido di materiale organico.

Ma proprio come i nostri oceani, una nuova mappa topografica della luna mostra come anche su Titano esista un “livello del mare”, ovvero un’altezza media delle acque che si pareggiano distribuendosi in base alla gravità della luna.

È l’ultima scoperta che ci arriva dal sistema del Signore degli Anelli e dalla sua luna. La nuova mappa, pubblicata il 2 dicembre su Geophysical Review Letters, ottenuta dai dati ora completi provenienti dalla sonda Cassini, rivela nuovi rilievi montani (non superiori ai 700 metri), i tre grandi mari e numerosi laghi di alta quota.

La presenza di un livello medio delle acque, e la presenza di laghi di alta quota vicini con un livello simile tra loro, è una scoperta importante, spiega un secondo studio pubblicato sempre sullo stesso numero del Geophysical Research Letters, perché indica che i mari, e i laghi vicini tra loro, sono in qualche modo comunicanti, e che nel sottosuolo della luna esiste quindi un’importante riserva di idrocarburi liquidi. Gli idrocarburi sembrano infatti scorrere sotto la superficie di Titano in modo del tutto simile a come l’acqua scorre attraverso la roccia porosa e le falde acquifere qui sulla Terra.

Il risultato finale di questo secondo studio però solleva anche un nuovo mistero. I ricercatori hanno infatti anche scoperto che la stragrande maggioranza dei laghi di Titano si trova in depressioni isolate, con bordi spioventi: «sembrano letteralmente come se avessi preso una formina per biscotti e avessi fatto dei buchi nella superficie di Titano», spiega Alex Hayes, uno degli autori dello studio (Cornell University). I laghi appaiono quindi circondati da alte creste, alte in alcuni punti anche centinaia di metri.
I laghi sembrano essersi formati attraverso a un meccanismo simile al carsismo sulla Terra, in cui la roccia sul fondo viene dissolta dal liquido che contiene e collassa, formando buchi sul terreno.  I laghi di Titano, come il carso terrestre, sono topograficamente chiusi, senza canali di afflusso o deflusso, solo che, a differenza di questi laghi alieni, quelli terrestri non hanno bordi così ripidi e rialzati.

Questa forma peculiare indica quindi un processo in cui i confini dei laghi si espandono di una quantità costante nel tempo. Il più grande lago nel sud della luna, ad esempio, sembra esserein realtà una serie di laghi più piccoli che si sono man mano allargati e uniti in un’unica grande formazione.

Ma se questi bacini si allargano man mano, «significa che si stanno  distruggendo e ricreando i bordi per tutto il tempo e che i bordi si stanno muovendo verso l’esterno? Comprendere questi fatti è a mio parere la chiave di volta per comprendere l’evoluzione dei bacini polari su Titano», conclude Hayes.

E il cielo? Sappiamo che su Titano il clima è vario come quello terrestre, cambi repentini, piogge improvvise che riforniscono i laghi e i mari della luna. E nuvole ad alta quota, e questa immagine proveniente sempre dalla sonda Cassini ci mostra proprio questo: singoli strati di foschia nell’alta atmosfera di Titano, una atmosfera dalla chimica ricca e complessa, che ha origine da metano e azoto e si evolve in molecole complesse, formando infine lo smog che circonda la luna.

COELUM ASTRONOMIA

LA VIA LATTEA CONTINUA A MANGIARE GALASSIE

Il Dark Energy Survey, osservando attentamente circa 400 milioni di oggetti astronomici, tra cui galassie lontane, ha scoperto tra i filamenti cosmici 11 resti di piccole galassie completamente divorate dalla nostra via lattea.

Lo scopo principale della ricerca, che ormai sta raccogliendo e collezionando successi da tempo, è quello di propagandare e ricercare nuovi indizi dell’energia oscura.

Per arrivare alla conclusione, interessante e bizzarra, della Via Lattea cannibale sono stati presi in esame oltre 40.000 fotogrammi da parte della fotocamera del Dark Energy Survey.
Queste immagini, continuamente scattate tra i cieli notturni cileni, occupano centinaia e centinaia di terabyte di dati che vengono rilasciati e aggiornati con una cadenza praticamente continua.

“Potenzialmente- in questi dati, in questi flussi di enormi fotografie scattate- ci sono tantissime nuove scoperte in attesa di essere scovate,”come ha detto Brian Yanny del Fermi National Laboratory.

Il principale strumento di osservazione, che sta portando avanti una delle più interessanti collaborazioni scientifiche nel campo dell’astrofisica, è un’interessante fotocamera che è uno dei dispositivi di immagine digitale più potenti al mondo. Il macchinario è stato costruito e testato al Fermilab ed è montato su un telescopio della National Science Foundation in Cile.
Una volta raccolti i dati e le immagini da parte del telescopio vengono smistate a vari centri di ricerca negli Stati Uniti.

La galassia, come è stato visto dagli studiosi, è circondata da un enorme alone di materia oscura che esercita una vera e propria forza di attrazione gravitazionale su galassie più piccole e vicine. Perseguendo questo movimento la Via Lattea riesce a lacerare, sfilacciare e alla fine inglobare le galassie più piccole.

A testimoniare la complessità di un’indagine del genere che utilizza strumenti così sofisticati è il fatto che questi flussi stellari sono molto difficili da rintracciare in quanto composti da poche stelle mal distribuite nel cielo, visto che l’area coperta è estremamente vasta.
Come ha specificato Alex Wagner dell’Università di Chicago: “Gli studi sui flussi stellari aiuteranno a vincolare le proprietà fondamentali della materia oscura”. Insomma capire la piramide alimentare della nostra galassia può essere utile per trovare risposte ancora difficilmente rintracciabili.

I flussi stellari offrono una fotografia ancora più grande della nostra galassia e vanno a puntare uno zoom sulle fondamenta galattiche: grazie a queste immagini riusciamo a capire come si sta alimentando e formando la Via Lattea del futuro.

Altri dati estremamente interessanti su ammassi galattici ci sono arrivati ieri grazie al Nasa Goddard Space Flight Center, infatti attraverso delle analisi compiute nel 2014 dal telescopio Hubble è stato possibile scoprire uno degli oggetti più massicci dell’universo: ACT-CLJ0102-4915, è il più grande, più caldo e brillante ammasso di galassie nell’universo. La sua massa potrebbe contenere 3 milioni di miliardi di soli.
Dopo aver parlato di obesità è anche importante vedere lo stato di salute delle nostre isole cosmiche che, a quanto pare, godono di ottima salute.

 

Crediti foto: DES

SETTIMANA TRA SCIENZA & COSCIENZA, PRONTI AL LANCIO DEL DIARIO DI BORDO

Oggi vi diamo alcune anticipazioni sulla settimana di Tra Scienza & Coscienza, in particolare per quanto riguarda l’inizio di una nuova avventura.

Il ricercatore Federico Marinacci, originario di un piccolo paese vicino Perugia, trasferitosi dopo la maturità a Bologna per iniziare i suoi studi in astronomia, che attualmente lavora al MIT come post doctoral associates, inizierà il suo diario di bordo sullo stato della ricerca scientifica.

Marinacci ci parlerà non solo delle sue ricerche sull’evoluzione delle galassie, sui campi magnetici galattici e la dinamica dei gas, ma ci spiegherà in un appuntamento tra scienza, romanticismo e attualità, cosa significa per un giovane italiano fare ricerca all’estero. L’appuntamento sarà mensile e sarà sviluppato come un vero diario di bordo sulla ricerca scientifica e sulle sue implicazioni.

Questa settimana non solo questo su tra Scienza Coscienza, ci sarà infatti anche un articolo che spiegherà le funzionalità di  MasSpec pen e delle sue importanti applicazioni durante gli interventi chirurgici.

Nel frattempo godetevi questo video sulle funzionalità di questo incredibile strumento, a domani.

L’IMPORTANZA DI MAPPARE LE GALASSIE

Il telescopio spaziale Hubble ci regala sempre immagini suggestive, la foto in copertina ritrae la galassia NGC 4248, che si trova ad una distanza di circa 24 milioni di anni luce. Il telescopio ESA/NASA ha intrapreso la compilazione di un atlante, che sta studiando 50 galassie vicine mirate per comprendere la formazione e in particolare il tasso di evoluzione delle stelle all’interno di tali galassie.

Gli astronomi, intraprendendo queste analisi, possono imparare molto di più su come e quando si verifica la formazione delle stelle oppure capire come gli ammassi stellari cambiano nel tempo.

Catalogare gli oggetti è estremamente importante: anche i ricercatori della Boston University stanno creando un catalogo di circa 200 ammassi di galassie, che potrebbero addirittura svelare cluster distanti mai rintracciati.

Un unico ammasso di galassie può essere massiccio come un quadrilione di soli, eppure ammassi lontani sono così deboli che sono praticamente invisibili a tutti, anche ai telescopi terrestri. Gli ammassi di galassie possono contenere  molti bilioni di stelle. Le galassie e i cluster sono fondamentali per capire il ruolo della materia oscura e dei gas nell’evoluzione dell’universo.

Una volta che le distanze, estreme, saranno confermate, il team ordinerà i cluster per età e si vedrà se effettivamente nuovi ammassi sono stati rintracciati all’interno di questa nuova indagine. La proposta è stata pubblicata sull’Astrophysical Journal.

Crediti foto: NASA

 

 

 

CAPIRE L’UNIVERSO CON UN SUPERCOMPUTER, FEDERICO MARINACCI CI PARLA DEL PROGETTO AURIGA

Federico Marinacci è un giovane scienziato italiano, attualmente in forze all’MIT Kavli Institute, la sua storia parte da Perugia, attraversa Bologna e arriva negli Usa, tuttavia il vero leit motif della sua vita sono le galassie e la loro formazione, oggi ci ha raccontato uno dei progetti più innovativi nel campo dello studio dell’Universo: AURIGA.

 

Come nasce l’idea di simulare la formazione delle galassie in un supercomputer? Come si costruisce una simulazione in un supercomputer?

L’idea di simulare la formazione delle galassie in un supercomputer deriva dal fatto che i meccanismi di formazione e di evoluzione delle galassie rappresentano un problema estremamente difficile da affrontare. La descrizione dei processi fisici che plasmano l’evoluzione di questi oggetti astronomici rende necessario l’utilizzo di modelli teorici molto raffinati e sofisticati. Data la complessità dei modelli impiegati, l’approccio numerico è l’approccio più completo per estrarre l’informazione necessaria a meglio comprendere la formazione delle strutture nell’Universo. Ovviamente i modelli numerici non sono perfetti ed esenti da approssimazioni, a volte anche abbastanza grossolane. Tuttavia la continua crescita della potenza di calcolo installata nei supercomputer ha permesso che modelli via via più sofisticati possano essere utilizzati nelle simulazioni per ottenere una descrizione più realistica dei vari processi fisici che concorrono a formare una galassia. Questo duplice progresso, sia nella potenza di calcolo sia nella accuratezza delle simulazioni, è stato inarrestabile, e consente di sviluppare teorie sempre più complete sull’evoluzione del nostro Universo.
La realizzazione di una simulazione cosmologica in un supercomputer è un lavoro complicato. Prima di arrivare ad eseguire la simulazione principale sono necessari diversi mesi di sviluppo e di test del codice numerico da impiegare. Un codice numerico per simulazioni cosmologiche è composto da diverse parti, dette moduli, ognuna delle quali descrive l’evoluzione di un dato processo fisico. Ci sono moduli preposti a calcolare la forza di gravità, altri che descrivono l’evoluzione del gas nella simulazione, altri ancora che quantificano il numero di stelle o buchi neri si formano, altri che tengono conto di quanta energia le stelle e i buchi neri emettono e quali conseguenze questo rilascio di energia ha sul gas (il cosiddetto feedback), ecc. Tutti questi moduli devono funzionare all’unisono per poter seguire l’evoluzione degli oggetti astronomici simulati per l’intera vita dell’Universo, all’incirca 14 miliardi di anni.
Una volta messo a punto il modello, anche eseguire le simulazioni su un supercomputer non è affatto semplice. Prima di tutto, occorre individuare il supercomputer più adatto su cui effettuare la simulazione. Successivamente bisogna inoltrare una domanda per ottenere il tempo di calcolo necessario ad effettuare le simulazioni desiderate, che può essere dell’ordine di milioni di ore di calcolo. Dato che il tempo di calcolo è prezioso ed è una risorsa finita, la richiesta di accesso al supercomputer è valutata da esperti che decidono se il progetto presentato è meritevole di essere premiato, sia dal punto di vista scientifico che di uso delle risorse. Un volta ottenuto il tempo di calcolo bisogna “far girare” il codice sulla macchina e far fronte ai vari problemi, sia di natura informatica sia relativi al modello utilizzato, che si possono presentare nel corso della simulazione. Nel progetto Auriga abbiamo utilizzato qualche migliaio di processori su cui abbiamo eseguito le simulazioni per un periodo di alcuni mesi. Complessivamente queste simulazioni hanno prodotto terabyte di dati. In seguito, questa enorme quantità di dati deve essere analizzata e tale processo richiede ulteriori risorse di calcolo avanzate. Da questa descrizione sommaria è possibile capire il grado di complessità di questi studi e come progetti di questa portata siano possibili soltanto grazie all’impegno coordinato di un gruppo di ricerca, con competenze che spaziano dalla conoscenza dell’astrofisica a quella di calcolo numerico e di informatica.

Con il progetto AURIGA su quali proprietà delle galassie vi state concentrando?

Il progetto Auriga nasce con l’intento di studiare la formazione e l’evoluzione di galassie simili alla Via Lattea. Capire la formazione e l’evoluzione di questi sistemi da un punto di vista teorico è stato un problema la cui soluzione ha impegnato gli astrofisici per decenni. Soltanto recentemente questo problema sembra aver trovato una soluzione. Con questo non voglio dire che abbiamo una teoria che spieghi tutti gli aspetti della formazione e dell’evoluzione di questi oggetti astronomici, ma rispetto a circa un decennio fa sono stati compiuti notevoli progressi. In particolare, vari gruppi di ricerca sono ora in grado di produrre nelle loro simulazioni galassie le cui caratteristiche sono in accordo ragionevole con le proprietà osservate nella Via Lattea, cosa che fino a poco tempo fa sembrava un obiettivo quasi irrealizzabile.
In linea di principio, una simulazione numerica ci permette di studiare quasi tutti gli aspetti che vogliamo di una galassia, compatibilmente con i modelli che si sono usati nella simulazione stessa e con la sua risoluzione massima. È ovvio, ad esempio, che non si può studiare l’evoluzione di una singola stella se, come nel caso di Auriga, il più piccolo elemento di massa di cui la simulazione può tenere traccia è di qualche migliaio di masse solari. Tuttavia, nonostante queste limitazioni, il numero di proprietà che può essere indagato è molto elevato. Ad esempio, si possono studiare la distribuzione della densità di stelle all’interno della galassia, la quantità di gas che questa contiene, in che modo le stelle ed il gas nella galassia si muovono, quali e quanti elementi chimici sono sintetizzati nelle stelle nel corso della loro evoluzione, il legame tra una galassia e l’ambiente che la circonda. Questo è un elenco che riporta solo alcuni temi che sono stati (o saranno) oggetto di studio da parte del progetto Auriga.
Con il progetto Auriga siamo interessati allo studio di due aspetti principali delle proprietà delle galassie simulate. Da un lato vogliamo confrontare i nostri risultati con i dati osservativi disponibili per questo tipo di galassie. In questo modo possiamo avere un’idea della capacita dei modelli teorici, che rappresentano la fonte principale di incertezza nelle simulazioni, di produrre delle galassie che assomigliano a quanto si osserva nell’Universo. Il secondo aspetto consiste nel ricavare dalle nostre simulazioni delle previsioni sulle proprietà delle galassie, al fine di guidare le osservazioni future e di migliorare la comprensione di quelle esistenti. In entrambi i casi il confronto tra i risultati ottenuti a partire dalle simulazioni e le osservazioni è un elemento cruciale per accrescere la nostra conoscenza dell’evoluzione dell’Universo e degli oggetti che lo popolano.

Qual è l’importanza dei buchi neri nella formazione delle galassie?
I buchi neri rivestono un ruolo molto importante nella formazione ed evoluzione delle galassie. Prima però occorre fare una precisazione: i buchi neri di cui sto parlando sono quelli che si trovano al centro di una galassia. Questi buchi neri sono giganteschi, infatti possono avere una massa dell’ordine di miliardi di volte quella del nostro Sole e per questo vengono definiti supermassicci. Il loro meccanismo di formazione non è ancora totalmente ben compreso. Tuttavia le osservazioni mostrano che le loro proprietà, ed in particolare la loro massa, sono legate a quelle delle galassie che li ospitano. Questo ha portato gli astronomi ad ipotizzare che ci sia una sorta di co-evoluzione tra il buco nero supermassiccio presente al centro di quasi tutte le galassie e la galassia stessa.
La presenza di questa co-evoluzione riveste un ruolo fondamentale per una galassia. Questo perché i buchi neri supermassicci, tramite l’accrescimento di parte del gas presente nella galassia ospite, emettono un’enorme quantità di energia che depositano nel gas stesso, modificandone il comportamento. Semplificando al massimo, una galassia può essere vista come una fucina in cui il gas presente viene convertito in nuove stelle. L’energia liberata da un buco nero supermassiccio modifica l’efficienza di tale processo. In casi estremi, l’energia rilasciata è talmente grande da far cessare completamente la formazione stellare, con profonde implicazioni sull’evoluzione futura della galassia stessa. Questo meccanismo di feedback da buco nero è estremamente efficiente in galassie molto grandi, che si trovano all’interno dei cosiddetti ammassi di galassie, oggetti che contengono migliaia di galassie legate tra di loro gravitazionalmente. In effetti, le simulazioni numeriche suggeriscono che questo è il meccanismo principale per cui, al giorno d’oggi, le galassie al centro degli ammassi non producono più nuove stelle.
Per galassie più piccole l’importanza di questo canale di feedback diminuisce ed altri processi, che vanno sotto il nome di feedback stellare, controllano l’efficienza della conversione di gas in stelle. Le galassie che abbiamo simulato nel progetto Auriga sono, per così dire, nella zona di transizione tra questi due canali di feedback. In particolare il nostro studio ha mostrato che l’energia proveniente dal buco nero può influenzare la struttura della galassia che lo ospita, e nello specifico l’estensione del suo disco stellare. Ad ogni modo, vi sono altri fattori in grado di poter influenzare la struttura della galassia oltre all’energia prodotta dal buco nero. Quindi serviranno studi ulteriori per capire appieno come tutte le tessere del puzzle si incastrino tra loro. È però interessante vedere come il buco nero centrale possa condizionare l’evoluzione di oggetti in cui non è previsto un effetto così marcato.

Qual è il legame tra il progetto AURIGA e le missioni spaziali attualmente in corso che stanno mappando il cielo?

Come ho già avuto modo di osservare brevemente sopra, il legame tra le simulazioni e le osservazioni è di fondamentale importanza per avanzare la conoscenza dei processi fisici che plasmano l’evoluzione delle galassie. Da un lato, le simulazioni permettono di creare modelli teorici che poi vanno testati rispetto all’evidenza osservativa e che possono aiutare ad interpretare i dati disponibili; dall’altro, le osservazioni guidano la costruzione dei modelli teorici da utilizzare nelle simulazioni.

Il progetto Auriga si occupa di diverse aree scientifiche, ciascuna delle quali analizza determinate proprietà delle galassie simulate. Tali proprietà vengono confrontate con quelle delle galassie reali, osservate con strumenti di vario tipo, sia da terra che dallo spazio, a differenti lunghezze d’onda, che vanno dalla banda radio ai raggi X. Rimanendo nell’ambito delle missioni spaziali attualmente in corso, confronteremo la distribuzione, la composizione chimica e la cinematica (ossia il moto) delle stelle presenti nelle simulazioni con i dati ottenuti dal satellite ESA Gaia. Questo satellite ha l’obiettivo di produrre una mappa astrometrica (vale a dire misurare la distanza, la posizione e la velocità) molto accurata di circa un miliardo di stelle della Via Lattea. Questa enorme mole di dati ci consentirà di eseguire un confronto molto dettagliato tra le nostre simulazioni e l’Universo reale, al fine di formulare teorie sempre più realistiche che svelino i misteri dell’Universo che ci circonda.

Gianluigi Marsibilio

Crediti foto: Robert J. J. Grand, Facundo A. Gomez, Federico Marinacci, Ruediger Pakmor, Volker Springel, David J. R. Campbell, Carlos S. Frenk, Adrian Jenkins and Simon D. M. White

SUPERNOVA LUMINOSA IN NGC 6946, 100 ANNI DOPO LA PRIMA SCOPERTA

Sono passati esattamente 100 anni dalla prima supernova scoperta in NGC 6946, la SN1917A, e in questa stupenda galassia a spirale vista di faccia è stata individuata la decima supernova!

Mai nessuna galassia ha visto esplodere al suo interno un numero così elevato di supernovae conosciute. Questa nuova scoperta è stata realizzata nella notte del 14 maggio dall’astrofilo americano Patrick Wiggins (alla sua terza scoperta) con la supernova che splendeva di mag. +12,8.

NGC6946, che si trova sul confine fra le costellazioni del Cefeo e del Cigno, a circa 20 milioni di anni luce da noi, è conosciuta anche con il nome di galassia “fuochi d’artificio”, sia perché nelle foto a colori sembra di essere davanti a uno stupendo gioco pirotecnico, ma anche grazie a questo elevato numero di esplosioni di supernovae verificatesi al suo interno. Non fa parte del catalogo di Messier, ma per vicinanza e bellezza estetica non ha niente da invidiare alle galassie che ne fanno parte.

Delle precedenti supernovae, oltre alla già citata SN1917A, che fra l’altro è stata scoperta da un certo Sig. George Ritchey, inventore del telescopio Ritchey-Chretien, abbiamo avuto la SN1939C, scoperta da un pioniere della ricerca professionale di supernovae, Fritz Zwicky che fu anche il primo a coniare il termine “supernova”. Poi sono venute la SN1948B, la SN1968D e la SN1969P, scoperta dall’astronomo italiano Leonida Rosino che è stato direttore dell’Osservatorio di Asiago (dopo la sua morte nel 1997, la Stazione Osservativa di Asiago Cima Ekar è stata intitolata alla sua memoria). Ancora la SN1980K, la supernova più luminosa esplosa in NGC 6946, di tipo IIL, che raggiunse la notevole magnitudine di +11,4. Seguirono la SN2002hh e la SN2004et, scoperta dall’astrofilo forlivese di origini toscane Stefano Moretti e la SN2008S.

Delle dieci supernovae nessuna sembra essere stata di tipo Ia (le più luminose). Usiamo il condizionale perché per tre di loro non è stato possibile ottenere lo spettro di conferma, ma la SN1917A, la SN1939C e la SN1969P a cui manca lo spettro, non hanno superato come luminosità la mag.+13. Come noto, invece, le supernovae di tipo Ia raggiungo tutte la stessa luminosità assoluta pari alla magnitudine –19,3; motivo per cui sono utilizzate per calcolare con precisione la distanza delle galassie che le ospitano. NGC6946 ha un modulo di distanza pari a 29 quindi una supernova di tipo Ia dovrebbe raggiungere la mag. +9,7 (29-19,3=9,7), ma nessuna delle dieci supernovae esplose in NGC6946 lo ha fatto.

Tornando alla SN2017eaw, così il nome assegnato all’attuale supernova, nella notte seguente la scoperta tre Osservatori professionali hanno ottenuto lo spettro di conferma. I primi sono stati i cinesi del Lulin Observatory in Taiwan con il telescopio di un metro di diametro, che sono riusciti nell’impresa anche se ostacolati da condizioni meteo sfavorevoli. A distanza di poche ore è arrivato il secondo spettro ripreso sempre da astronomi cinesi del Xinglong Station Observatory con il telescopio da 2,16 metri. Il terzo spettro è stato invece ripreso dall’Osservatorio Roque de los Muchacos a La Palma nelle isole Canarie con il moderno telescopio NOT Nordic Optical Telescope da 2,56 metri.

Grazie a questi spettri è stato possibile classificare la supernova di tipo II giovane che quasi sicuramente evolverà in una supernova di tipo IIP, nello spettro elaborato sono visibili le righe di idrogeno (H-alpha – 6563A, H-beta – 4861A), tipico di questo genere di supernovae. Al momento della scoperta si trovava quindi a circa una settimana prima del massimo di luminosità, con i gas eiettati dall’esplosione che viaggiano a una velocità di circa 14300 km/s.

Con galassie così vicine è spesso possibile individuare la stella progenitore della supernova. Purtroppo non è riuscito a individuarlo, nell’ottico, il telescopio spaziale Hubble ma ci è riuscito nell’infrarosso il telescopio spaziale Spitzer: il progenitore è una supergigante rossa con dimensioni iniziali pari a circa 13 masse solari. È stato quindi chiamato in campo il telescopio spaziale a raggi X Swift che ha osservato per due volte la supernova evidenziando un’emissione a raggi X in incremento fra la prima e la seconda osservazione. Emissioni che non sono state trovate nelle immagini d’archivio prese fra il 2001 e il 2012 dal telescopio Chandra (anch’esso nei raggi X).

Vista la notevole luminosità di questo transiente, si tratta infatti della supernova più luminosa del 2017 esplosa nell’emisfero settentrionale, è possibile effettuare riprese dello spettro anche con strumenti amatoriali. È sufficiente utilizzare un reticolo di diffrazione a trasmissione da 100 linee/mm (star analyzer) e un semplice programma di elaborazione.

Anche se NGC6946 non fa parte del catalogo di Messier, questa è sicuramente una ghiotta occasione per immortalare una luminosa supernova, facile da individuare perché lontana dal nucleo, posta in una stupenda e fotogenica galassia a spirale.

Coelum Astronomia

Crediti foto: NGC6946 di archivio realizzata da Marco Burali Osservatorio MTM con Takahashi RC 300 f7.8 + CCD FLI 1001E per Luminanza tempi di posa 300 minuti e per H-alfa 6nm 300 minuti, per il colore Takahashi TOA 150 f 5.8 + CCD G2 4000 filtri RGB 100+100+100 minuti. Aggiunto segnale supernova ottenuto con 30 minuti di posa con Takahashi TOA 150 f 5.8 + CCD G2 4000.

 

 

MATERIA OSCURA: DIATRIBA AI MARGINI DELLA VIA LATTEA

Diatriba ai margini della nostra galassia: un nuovo studio mostra che le galassie satelliti della Via Lattea sono compatibili con la presenza dell’elusiva materia oscura, che permea circa un quarto dell’Universo.

 

Un gruppo di galassie satelliti distribuite ai poli della Via Lattea è al centro di una contesa tra scienziati, chiamate in causa da chi nega, nella dinamica di formazione delle galassie, il ruolo e l’esistenza della elusiva materia oscura, a favore di teorie sulla gravitazione modificata (MOND).

Dall’altra parte, in favore del modello cosmologico standard, si schiera adesso uno studio condotto da due astronomi del Rochester Institute of Technology, Andrew Lipnicky e Sukanya Chakrabarti, in corso di pubblicazione su Monthly Notices for the Royal Astronomical Society.
Lo studio mira a rafforzare l’ipotesi a favore della materia oscura, dimostrando che la vasta struttura polare, composta dalle galassie satelliti ai poli della Via Lattea, si è formata ben dopo la Via Lattea stessa trattandosi di una struttura instabile, in via di dispersione, e permettendo così la coesistenza con aloni di materia oscura.
In uno studio precedente, guidato sempre da Chakrabarti, sono stati analizzati i dati raccolti nel vicino infrarosso dalla survey VISTA dell’ESO per trovare quattro giovani stelle a circa 300.000 anni luce di distanza. Queste giovani stelle sono variabili Cefeidi – “candele standard” che gli astronomi usano per misurare le distanze. Secondo Chakrabarti, si tratta delle variabili Cefeidi più distanti trovate sul piano della Via Lattea.

Le stelle sono risultate essere associate con una galassia nana, nascosta da un denso alone di materia oscura che Chakrabarti ha previsto nel 2009 sulla base di una sua analisi delle increspature nel disco esterno della Via Lattea. In questo studio prevedeva massa e posizione della galassia nana, la radiazione emessa dalle variabili Cefeidi ha permesso di ricavare le distanze precise per verificare la sua previsione, che si è dimostrata corretta. In questo modo è stato possibile quindi individuare altre galassie nane probabilmente dominate e nascoste dalla materia oscura.

Analizzando la distribuzione delle galassie satelliti della Via Lattea, e confrontandola con le simulazioni di distribuzione di materia oscura, i due astronomi hanno ora trovato una corrispondenza che indica che le due sono compatibili, ma non solo…

Ricostruendo le orbite delle galassie satelliti e seguendone l’evoluzione nel passato, hanno mostrato una vasta struttura polare in dispersione, non così antica e stabile quindi come si pensava, ma probabilmente transiente. Di conseguenza le galassie polari si sarebbero formate in un secondo momento, nel corso dell’evoluzione della nostra galassia, senza entrare quindi in conflitto con l’ingombrante presenza della materia oscura.

«Se la struttura planare ai poli esistesse da più tempo, sarebbe un altro discorso,» conclude Sukanya Chakrabarti «ma il fatto che le nostre simulazioni mostrino una rapida dispersione delle galassie satelliti, indica che queste strutture non sono dinamicamente stabili. Non c’è quindi alcuna incoerenza tra la struttura planare di galassie nane e l’attuale paradigma cosmologico».

 

FONTE: COELUM ASTRONOMIA

Crediti foto: Kazantzidis

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