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Eclissi antartica

Eclissi antartica

L’esclissi di Sole del 15 febbraio, visibile solo alle latitudini più meridionali del pianeta, è stata immortalata da Marco Buttu dell’Inaf di Cagliari, che fa parte della 33esima spedizione italiana in Antartide alla stazione Concordia. In condizioni meteoclimatiche estreme, a 54 gradi sotto zero ma ben -68 percepiti dal corpo umano, il ricercatore è riuscito per primo a immortalare lo spettacolare fenomeno quando due terzi del continente antartico sono stati attraversati dall’ombra della Luna. Un’immagine mozzafiato che ha fissato il particolare tipo di eclissi anulare, un oscuramento parziale del Sole dovuto al transito della Luna davanti al suo disco e che tuttavia lascia ben visibile il profilo della nostra stella. Le eclissi anulari si verificano quando la Luna non copre completamente la stella lasciando visibile il perimetro del Sole. L’eclissi è stata visibile, anche se in misura minore, in parte del Cile, Argentina, Paraguay, Uruguay, Brasile e Isola Falkland. La foto è stata scattata da Marco Buttu alle 4 di mattina (ora locale a Concordia Station) nel momento di picco dell’eclissi.

 

Si chiude ciclo Superluna

Si chiude ciclo Superluna

La eclissi di luna ha vissuto la sua fase prevista dal calendario astronomico il 31 gennaio 2018, nelle prime ore pomeridiane in Italia. Il fattore temporale ha impedito che il fenomeno fosse visibile dall’Italia, ma la sera precedente osservando il cielo si è potuto osservare la Luna che ha raggiunto la distanza minima di 359mila km dalla Terra, a fronte di una distanza media di 384mila km, dunque con il disco che appare più grande del 7% e decisamente più luminosa. La Luna piena al perigeo, la seconda nello stesso mese, determina l’aspetto della cosiddetta Superluna che, dove è visibile (nella circostanza, in particolare Alaska, Hawaii e nord-ovest del Canada), assume la caratteristica colorazione rossa. In realtà la seconda luna piena del mese viene chiamata popolarmente anche Blue Moon. La dominante arancione, con tante sfumature di rosso, è causata dalla irradiazione verso l’esterno da parte della nostra atmosfera che filtra la maggior parte della luce blu proiettando sulla Luna per l’appunto arancione e rosso. Bisogna risalire a oltre un secolo e mezzo fa per ritrovare l’ultima volta che si era verificata tale combinazione. Per assistere ad analogo fenomeno dall’Italia bisognerà attendere la notte del 31 dicembre 2028, quando il nostro pianeta si troverà tra il Sole e la Luna, che a sua volta sarà al perigeo rispetto al nostro pianeta.

Esopianeta con orbita breve

Esopianeta con orbita breve

È simile alla Terra per dimensioni e composizione chimica, ma vicinissimo alla sua stella madre, caratteristica che lo rende un mondo infernale, con probabili oceani di lava in superficie e un giorno che dura poco più di sei ore e mezzo. Questo scenario estremo descrive l’esopianeta K2-141b: a scoprirlo è stato un gruppo di ricercatori guidati dall’italiano Luca Malavolta, in forza al Dipartimento di Fisica e Astronomia “Galileo Galilei” dell’Università di Padova e all’Istituto Nazionale di Astrofisica. Ad accompagnare K2-141b c’è un altro pianeta, di tipo nettuniano, denominato K2-141c, su un’orbita più distante dalla stella madre. Il sistema planetario inizialmente individuato dalla sonda Kepler della NASA è stato confermato e studiato dal team di cui fa parte Malavolta grazie alle osservazioni realizzate con il Telescopio Nazionale Galileo (TNG) dell’INAF e al suo strumento HARPS-N.

“Il raggio e la massa di K2-141b sono leggermente più grandi di quello della Terra ovvero 1,5 e 5 volte quelli terrestri e per questo viene classificato come super-Terra”, dice Malavolta. “Conoscendo il raggio e la massa è possibile confrontare la densità del pianeta con le predizioni teoriche e stabilire la sua composizione chimica, che risulta essere simile a quella della Terra, con una frazione di ferro tra il 30% e 50% della massa planetaria nel nucleo e la restante percentuale in silicati, ovvero i minerali più diffusi sul nostro pianeta, nel mantello”. K2-141b completa un’orbita attorno alla sua stella madre in 6,7 ore e questo dato permette di segnare un record: è il pianeta con periodo più breve finora conosciuto e di cui si siano determinati raggio e massa. Visto che il moto orbitale e quello di rotazione del pianeta sono sincronizzati a causa delle interazioni mareali stella-pianeta, il pianeta mostra sempre la stessa faccia verso la sua stella, proprio come la Luna fa con la Terra. “I modelli di formazione planetaria non prevedono l’esistenza di pianeti così vicini alla loro stella, e con solo altri otto pianeti di periodo ultra-breve con composizione interna nota, l’origine di questi pianeti è ancora da capire”, sottolinea Malavolta.

La stella K2-141 attorno al quale orbita il pianeta è una nana arancione che ha una temperatura superficiale di 4600 kelvin; è leggermente più piccola e fredda del Sole e la sua massa e raggio sono circa il 70% di quelli della nostra stella. I due pianeti sono stati identificati con la tecnica del “transito”: durante il suo moto orbitale, per un’inclinazione favorevole dell’orbita, un pianeta passando davanti al disco della sua stella blocca una minima frazione della luce stellare e ciò lo rende “visibile” agli strumenti come Kepler che in quel momento sono “a caccia” di esopianeti. L’osservazione del transito con i dati di Kepler in generale consente di misurare solo il raggio del pianeta. Le osservazioni di velocità radiale HARPS-N sono state fondamentali per determinare anche la massa e la densità del pianeta K2-141b e poterne dunque comprendere la natura, la struttura interna e la composizione chimica. Malavolta aggiunge: “Le Super-Terre sembrano essere molto diffuse nella nostra galassia, sebbene non abbiano uguali nel nostro Sistema solare, ed è fondamentale conoscerne le caratteristiche interne per capire se seguano lo stesso processo di formazione della Terra. Nonostante i 3500 pianeti scoperti finora, poco più di una decina di Super-Terre hanno massa e raggio conosciuti con sufficiente precisione da poterne studiare la composizione interna”.

Come detto, dall’analisi della luce proveniente da K2-141 è stata rilevata la presenza di un secondo pianeta transitante attorno alla stella: K2-141c ha un periodo di 7,7 giorni e ha le dimensioni di un Nettuno o un Super-Nettuno. La presenza del secondo pianeta potrebbe suggerire che i pianeti di periodo ultrabreve siano il risultato di una migrazione verso la stella dal luogo della loro formazione meno turbolenta rispetto ai giganti gassosi caldi su orbite di pochi giorni, che invece raramente sono accompagnati da pianeti vicini.L’ulteriore, inattesa scoperta relativa a questo sistema planetario riguarda l’osservazione dell’eclisse secondaria di K2-141b, ovvero la diminuzione di luce che si osserva quando il pianeta orbita dietro la stella. Quest’ultima, venendosi a frapporre fra l’osservatore e il pianeta durante la fase di opposizione, nasconde proprio la luce del pianeta stesso che è in parte dovuta a emissione termica, in parte alla frazione di luce della stella riflessa dal pianeta. Si tratta di una diminuzione molto più tenue di quella del transito e pertanto difficile da rivelare. A individuare il fenomeno è stato Aldo Stefano Bonomo dell’INAF-Osservatorio Astrofisico di Torino, anch’egli nel team che ha studiato K2-141 e i suoi pianeti.

Da considerazioni di tipo teorico, si ritiene che l’esopianeta roccioso K2-141b non abbia un’atmosfera densa di elementi volatili perché, a distanze così ravvicinate dalla stella, il flusso ultravioletto e X della stella e il vento stellare dovrebbero aver eroso qualunque atmosfera primitiva del pianeta. Bonomo aggiunge: “Pensiamo che K2-141b non abbia nubi riflettenti ma forse un’atmosfera estremamente rarefatta di vapori di materiale roccioso incapace di trasportare il calore dall’emisfero irradiato (day side, emisfero giorno) a quello nascosto (night side, emisfero notte) e, in effetti, i nostri risultati indicano un forte contrasto di temperatura fra l’emisfero giorno e quello notte del pianeta. Lo scenario più probabile è che la superficie di K2-141b nell’emisfero irradiato sia ricoperta da oceani di lava”. La temperatura superficiale del pianeta nell’emisfero irradiato è, infatti, ben maggiore del punto di fusione dei silicati potendo raggiungere circa i 3000 Kelvin. Conclude Bonomo: “Avremo tuttavia bisogno di altre misure di eclisse secondaria dallo spazio a diverse lunghezze d’onda per verificare questa ipotesi”. L’Hubble Space Telescope e il futuro James Webb Space Telescope verranno presto in aiuto.

 

OSIRIS-Rex parla italiano

OSIRIS-Rex parla italiano

Nell’attesa che la sonda OSIRIS-REx (Origins Spectral Interpretation Resource Identification Security Regolith Explorer) raggiunga l’asteroide Bennu a dicembre 2018, la NASA chiama a far parte del team scientifico della missione altri 13 scienziati tra cui l’italiano Maurizio Pajola, ricercatore dell’Istituto Nazionale Astrofisica (INAF) di Padova. Pajola avrà il compito di studiare la superficie di Bennu dalle immagini che scatterà la sonda una volta avvicinato l’asteroide e individuare il sito migliore per far posare OSIRIS-REx che, grazie al suo braccio robotico, preleverà un campione della superficie e lo riporterà sulla Terra. Il ricercatore affiancherà Elisabetta Dotto dell’INAF di Roma e John Robert Brucato dell’INAF di Firenze, già membri nel team italiano che partecipa alla missione.

Dopo il lancio di OSIRIS-REx, avvenuto l’8 Settembre 2016, la NASA ha avviato l’OSIRIS-REx Participating Scientist Program, ovvero un programma per il reclutamento di nuovi scienziati per la missione OSIRIS-REx. Questo prevedeva la sottomissione di una proposta (proposal) di progetto scientifico riguardante l’utilizzo dei dati che verranno raccolti dalla strumentazione della sonda. Tra le decine di scienziati che hanno partecipato alla selezione, c’era anche Maurizio Pajola: “Il progetto che ho proposto alla NASA riguarda lo studio scientifico delle distribuzioni in dimensioni di tutti i massi superficiali, dal metro fino al centimetro, con, in aggiunta, l’identificazione delle densità di massi sulla superficie”, dice Pajola. “Questo aspetto scientifico è di fondamentale importanza anche dal punto di vista ingegneristico per l’identificazione del migliore sito di atterraggio sicuro su Bennu”.

Dei 79 proposal inizialmente ricevuti dalla NASA, sono 13 quelli selezionati. Il proposal inviato da Pajola è stato supportato dall’Agenzia Spaziale Italiana. “Conoscevamo i risultati raggiunti da Pajola nell’ambito della missione Rosetta e non abbiamo esitato a far sapere alla NASA che avremmo finanziato, per quanto dovuto, le sue attività scientifiche sulla missione OSIRIS-Rex”, dichiara Barbara Negri, responsabile dell’unità Esplorazione ed Osservazione dell’Universo dell’ASI. “Con la selezione del mio progetto di ricerca divento automaticamente Participating Scientist CO-I (Co-Investigator) dello strumento che ho proposto di utilizzare”, aggiunge lo scienziato, originario del Veneto. Oltre Pajola, gli altri scienziati selezionati sono: Joshua Bandfield (Space Science Institute, Boulder, Colorado), Kerri Donaldson-Hanna (University of Oxford, England), Catherine Elder (Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, California), Timothy Glotch (Stony Brook University, New York), Romy Hanna (University of Texas, Austin), Christine Hartzell (University of Maryland, College Park), Jamie Molaro (Planetary Science Institute, Tucson, Arizona), (Greg Neumann – NASA’s Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Maryland), Stephen Schwartz (University of Arizona, Tucson), Matthew Siegler (Planetary Science Institute, Tucson, Arizona), David Trang (University of Hawaii, Manoa) e Pasquale Tricarico (Planetary Science Institute, Tucson, Arizona).

Pajola lavorerà sull’OSIRIS-REx Camera Suite (OCAMS), cioè la fotocamera della sonda che si compone a sua volta di tre strumenti principali: PolyCam (fotocamera associata ad un telescopio di 20 centimetri di diametro utilizzata per l’acquisizione delle immagini nella fase di avvicinamento all’asteroide e per quelle ad altissima risoluzione una volta in orbita), MapCam (sviluppata allo scopo di individuare eventuali satelliti presenti o fenomeni di degassificazione dalla superficie e per produrre mappe globali a colori della superficie di Bennu) e SamCam (riprenderà in modo continuo il recupero del campione dalla superficie dell’asteroide). “Sono emozionatissimo di essere entrato nella missione OSIRIS-REx”, commenta Pajola “non me l’aspettavo, ma ci tenevo davvero tanto dopo tutti i giorni e le notti passate a lavorare sulla superficie della cometa di Rosetta 67P, sia quando ero pagato per lavorare su Rosetta ed ero in Italia al CISAS-Università di Padova, sia nei due anni trascorsi al laboratorio NASA Ames Research Center. Dopo aver identificato tutti i massi sulla superficie cometaria e averne studiato il loro potenziale scientifico ed ingegneristico, ora tutto questo potrò applicarlo su Bennu portando sempre con me la missione scientifica che più mi ha dato finora nella mia carriera da ricercatore: Rosetta!”

Pajola collaborerà con gli altri due scienziati INAF già nel team italiano e il suo ruolo sarà di partecipare sia nell’Image Processing Working Group, che nel Regolith Development Working Group. ”Il mio ruolo riguarderà l’identificazione di tutti i massi sulla superficie di Bennu, l’analisi scientifica delle distribuzioni in dimensioni di questi, e la partecipazione nell’aspetto fondamentale della missione: l’identificazione del miglior Sampling Site sull’asteroide Bennu” specifica Pajola. “Oltre a questo, parteciperò nella realizzazione di mappe geologiche della superficie di Bennu e al suo studio mineralogico”. Il giovane scienziato farà la spola tra la sede padovana dell’INAF e l’Università dell’Arizona ogni sei mesi (negli anni 2018-2021), ma principalmente lavorerà all’Osservatorio Astronomico di Padova per analizzare le immagini ad alta risoluzione dell’asteroide Bennu.

Cos’è la Missione OSIRIS-REx:

La missione OSIRIS-REx è la terza missione spaziale NASA del Programma New Frontiers (la prima è New Horizons su Plutone, la seconda Juno su Giove). La missione è stata sviluppata dal Lunar and Planetary Laboratory dell’Università dell’Arizona (Tucson), dal NASA Goddard Space Flight Center e dalla Lockheed Martin. OSIRIS-REx ha come scopo quello di compiere un rendezvous con l’asteroide 101955 Bennu a dicembre 2018, seguirlo nella sua orbita per circa 2 anni a distanze che variano da 5 chilometri a 250 metri, e quindi scendere a fine del 2020 sulla sua superficie per prelevare attraverso un braccio robotico un campione incontaminato di regolite carbonacea di almeno 60 grammi (fino a un chilo). I risultati della fase osservativa saranno utilizzati per individuare il sito da cui prelevare il campione e la strategia di avvicinamento. La sonda non atterrerà sulla superficie dell’asteroide (come ha fatto Philae con la cometa 67P) ma allungherà un braccio robotico attraverso cui potrà prelevare un campione incontaminato (con la manovra di Touch and Go, i campioni di regolite verranno raccolti in 5 secondi). Al termine della rapida manovra, la sonda inizierà il suo viaggio di ritorno verso la Terra che raggiungerà il 24 settembre del 2023. Nella fase di avvicinamento al nostro pianeta la sonda rilascerà una capsula, contenente il campione raccolto, che atterrerà nel deserto dello Utah (Stati Uniti). Una volta a terra, il campione sarà trasportato al NASA Johnson Space Center per essere preservato e per le future analisi dei suoi costituenti, della loro distribuzione e della sua storia. La sonda americana avrà il compito di mappare le proprietà globali, chimiche e mineralogiche di un asteroide carbonaceo primordiale per caratterizzare la sua storia geologica e dinamica e fornire un contesto per il campione recuperato, ma dovrà anche misurare l’effetto YORP di un asteroide potenzialmente pericoloso e individuare le proprietà dell’asteroide che contribuiscono a tale effetto.

 

Buco nero poco magnetico

Buco nero poco magnetico

Una delle proprietà che caratterizza i buchi neri è la loro intensa forza di attrazione gravitazionale. Nulla, entro la distanza delimitata dal loro orizzonte degli eventi, sfugge loro, nemmeno la luce. Se in fatto di gravità i buchi neri sono i primi della classe, lo stesso sembra non si possa dire sui campi magnetici che si vengono a creare intorno ad essi. Uno studio pubblicato nell’ultimo numero della rivista Science mostra che questi oggetti celesti hanno un campo magnetico decisamente inferiore a quanto finora atteso. Il lavoro, guidato da ricercatori dell’Università della Florida e al quale hanno partecipato Piergiorgio Casella e Matteo Bachetti dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF), presenta i risultati della mappa magnetica dei dintorni del buco nero nel sistema binario V404 Cygni, che indicano valori dell’intensità del campo magnetico fino a quattrocento volte inferiore a quelli attesi.

V404 Cygni si trova a circa 7.800 anni luce dalla Terra in direzione della costellazione del Cigno. La sua caratteristica più particolare è che emette lampi di luce improvvisi e intensi, e questi picchi di attività corrispondono a fasi durante le quali attira a sé e inghiotte materiale dalla propria compagna. Il buco nero in V404 Cygni ha una massa di circa dieci volte quella del Sole ed è legato gravitazionalmente ad una stella “normale”, simile al nostro Sole, da cui sta risucchiando parte del materiale di cui è costituita. Nel suo viaggio verso il buco nero, questa materia cade con un moto spiraleggiante formando attorno ad esso quello che prende il nome di disco di accrescimento, delle dimensioni dell’ordine di diverse migliaia di km. In questo precipitare, la materia si surriscalda e nella corona calda che si forma nella vicinanze del buco nero essa può raggiungere temperature fino a centinaia di milioni di gradi, emettendo radiazione di alta energia, sotto forma di raggi X e gamma.  Il materiale viene quindi in parte espulso attraverso due getti che si allontanano in direzioni opposte con velocità prossime a quella della luce.

“L’utilizzo di strumenti di ultima generazione, e di tecniche di analisi molto sofisticate, ci ha permesso di osservare fenomeni fisici che avvengono vicinissimi ad un buco nero, con un livello di dettaglio mai raggiunto prima” spiega Casella, in forza all’Osservatorio Astronomico di Roma dell’INAF. “Il buco nero ha “sparato” degli elettroni energetici, che immersi in un campo magnetico hanno emesso radiazione a tutte le lunghezza d’onda, perdendo così energia e raffreddandosi. Noi abbiamo seguito questi elettroni, osservando il loro rapido raffreddamento e misurando quindi il campo magnetico vicino al buco nero. È un risultato senza precedenti, che apre la strada ad una comprensione maggiore di ciò che avviene attorno a questi oggetti misteriosi.”

Gli autori dello studio hanno ricavato le misurazioni del campo magnetico di V404 Cygni dai dati raccolti nel 2015 durante una violenta esplosione di energia legata all’emissione di getti dal buco nero. L’evento è stato osservato simultaneamente a molte lunghezze d’onda, utilizzando il satellite NuSTAR della NASA nella banda dei raggi X, il William Herschel Telescope (WHT) nella banda della luce visibile, l’Arcminute Microkelvin Imager (AMI) nelle onde radio e il Gran Telescopio Canarias (GTC) – il più grande telescopio ottico-infrarosso al mondo, situato al Roque de los Muchachos nelle Isole Canarie – nell’infrarosso.

“Questa sorgente si è rivelata una miniera d’oro” commenta Bachetti, ricercatore dell’Osservatorio Astronomico di Cagliari dell’INAF. “La sua altissima luminosità ha permesso in pochissimo tempo di far avanzare in maniera sostanziale la nostra conoscenza di come si comporta la materia che gira intorno ai buchi neri, dandoci nuovi elementi per capire come mai parte di questa materia viene lanciata via ad altissima velocità invece di caderci dentro”.

Buco nero da record

Buco nero da record

Due gruppi di astronomi guidati dall’Università Carnegie in California e dal Max Planck Institute for Astronomy in Germania hanno scoperto il buco nero più distante finora osservato: per arrivare sulla Terra, la luce del quasar ULAS J134208.10+092838.61 alimentato dal buco nero supermassiccio ha impiegato 13 miliardi di anni e ciò significa che potrebbe essersi formato 690 milioni di anni dopo il Big Bang, quando l’universo stava uscendo dalla cosiddetta “Era Oscura”. I ricercatori, tra cui anche Roberto Decarli dell’Istituto Nazionale di Astrofisica di Bologna, hanno effettuato la scoperta utilizzando diversi strumenti e telescopi: i Telescopi Magellano in Cile, le antenne del Noema Array (dell’Iram) in Francia e il radiotelescopio Very Large Array nel Nuovo Messico (Stati Uniti). Durante l’intensa campagna osservativa, i due gruppi – uno guidato da Eduardo Bañados del Carnegie Institution for Science, l’altro da Fabian Walter e Bram Venemans del Max Planck – hanno catturato la luce proveniente da questo quasar estremamente potente imparando qualcosa di nuovo sull’universo primordiale.

I quasar sono delle sorgenti energetiche che risiedono nel cuore delle galassie e sono generati dai buchi neri più massicci – in questo caso 800 milioni di volte la massa del Sole. La loro luce viene prodotta quando del materiale galattico, come gas o anche intere stelle, collassa all’interno del buco nero supermassiccio al centro di una galassia. Tale materia si raccoglie in un disco di accrescimento intorno al buco nero, raggiungendo temperature fino a qualche centinaio di migliaia di gradi centigradi prima di cadere infine nel buco nero stesso. Il quasar appena scoperto è talmente luminoso che brilla come 40 mila miliardi di stelle simili al Sole. Il quasar appena scoperto aggiunge dei dati cruciali nello studio delle prime fasi della storia dell’universo: la sua luce mostra che una frazione significativa di idrogeno era ancora neutrale 690 milioni di anni dopo il Big Bang e questo porta gli esperti ad avvalorare modelli che prevedono che la reionizzazione (il passaggio dal periodo durante il quale l’universo era buio, composto solamente da nubi di elementi chimici elementari in balia delle forze gravitazionali, all’universo strutturato in complesse reti di galassie e nebulose di gas ionizzato intergalattico che possiamo osservare oggi) sia avvenuta relativamente tardi.

Decarli specifica: “La scoperta di un quasar così distante nel tempo offre una prospettiva inedita sull’universo giovane. Questo oggetto da solo ci regala importanti informazioni sulla formazione ed evoluzione dei primi buchi neri supermacci, delle prime galassie di grande massa, sull’arricchimento chimico del gas nelle galassie e sull’evoluzione del mezzo intergalattico verso la fine della reionizzazione”. La distanza del quasar è determinata da quello che viene chiamato redshift, (letteralmente “spostamento verso il rosso”) che non è altro che l’allungamento della lunghezza d’onda della luce associata all’espansione dell’universo: più alto è il redshift, maggiore è la distanza, e più indietro gli astronomi guardano nel tempo quando osservano l’oggetto. Questo quasar ha un redshift di 7,54 (il record precedente, per i quasar, era di un redshift a 7,09). Di quasar così distanti ne sono previsti solo in un numero molto ridotto (da 20 a 100 esemplari). Quasar giovani come ULAS J134208.10+092838.61 possono fornire preziose informazioni anche sull’evoluzione della galassia ospite. Registrando una massa di quasi un miliardo di masse solari, il buco nero che ha generato il quasar è relativamente massiccio. Spiegare come un buco nero di questo tipo si sia formato in così poco tempo è una sfida per i ricercatori. “Raccogliere tutta questa materia in meno di 690 milioni di anni è una sfida se ci basiamo sulle attuali teorie di accrescimento dei buchi neri supermassicci”, spiega Bañados. E Venemans aggiunge che “i quasar sono tra gli oggetti celesti più luminosi e lontani conosciuti e sono quindi cruciali per comprendere l’universo primordiale”.