Migliaia di buchi neri attorno alla Via Lattea ?

Fino a duemila buchi neri erranti potrebbero trovarsi nell’alone della nostra galassia, la Via Lattea. È la previsione di nuove simulazioni al computer effettuate da Valery Rashkov e Piero Madau dell’Università di Santa Cruz, in California. Le simulazioni si basano sul processo di formazione delle grandi galassie, avvenuto per progressiva cattura di piccole galassie e fusioni. Nel corso di questo lento corso evolutivo, molti buchi neri potrebbero essersi fusi col buco nero centrale della Via Lattea, ma molti altri potrebbero essere stati privati della coorte di stelle e si troverebbero isolati nella periferia galattica.

La Via Lattea, deformata dall'effetto lente gravitazionale di un buco nero. Crediti: Ute Kraus, Physics education group Kraus, Universitat Hildesheim.

La Via Lattea, deformata dall’effetto lente gravitazionale di un buco nero. Crediti: Ute Kraus, Physics education group Kraus, Universitat Hildesheim.

Alcuni di questi buchi neri solitari potrebbero aver mantenuto una piccola parte delle stelle della galassia originaria e della materia oscura. In tali condizioni è comunque difficile osservarli, ma prima o poi manifesteranno segni di attività e verranno scoperti. Per saperne di più: A POPULATION OF RELIC INTERMEDIATE-MASS BLACK HOLES IN THE HALO OF THE MILKY WAY

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Luminose, giovani e calde

Si tratta delle  stelle dell’ammasso NGC 2547,  facilmente osservabile con un binocolo nella costellazione australe della Vela (non dal nostro emisfero quindi). È un ammasso aperto di stelle di recente formazione, ripreso in questa immagine dallo strumento  WFI (Wide Field Imager) sul telescopio da 2,2 metri dell’MPG/ESO all’Osservatorio di La Silla in Cile. Cosa significa stelle giovani ? Significa, in questo caso, che hanno non più di 20-25 milioni di anni, stelle neonate al confronto del nostro Sole che ha la rispettabile età di 4,5 miliardi di anni e non ha superato ancora la soglia della mezza età. Per non parlare dell’età dell’Universo che è di circa 13,8 miliardi di anni. Anche la Via Lattea ha almeno 13 miliardi di anni e, malgrado l’età, manifesta una buona attività dando vita continuamente a nuove stelle.

Le giovani stelle calde dell'ammasso NGC 2547. Crediti: ESO

Le giovani stelle calde dell’ammasso NGC 2547. Crediti: ESO

Queste dell’ammasso NGC 2547 sono molto calde, come testimonia la loro colorazione bluastra. Costituiscono un ammasso che lentamente si disgregherà, le sue stelle sono destinate ad allontanarsi reciprocamente. Le stelle non si formano isolate, nascono all’interno di estese nebulose in ammassi più o meno ricchi. Lo studio di questi ammassi aiuta a comprendere come le stelle evolvono nella loro vita. Per saperne di più: Giovani, calde e blu.

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Fenomeni stagionali su Marte

Guardate con attenzione questa immagine: è una fotografia ad alta risoluzione del bordo del cratere Gasa Crater, su Marte. Cercate di osservarla con attenzione perché è la tipica immagine nella quale la percezione delle parti concave e di quelle convesse si inverte continuamente.  Per facilitarvi il compito, le linee  nette di separazione tra le parti chiare e quelle scure sono creste rilevate, la parti bianco-bluastre sono i fondovalle.

Calanchi sul bordo del cratere marziano Gasa Crater. Crediti: NASA/JPL/University of Arizona

Calanchi sul bordo del cratere marziano Gasa Crater. Crediti: NASA/JPL/University of Arizona

La foto è stata ottenuta dalla sonda MRO della NASA, con la fotocamera ad alta risoluzione HiRISE. Mostra dei cambiamenti stagionali, evidenziati proprio dai depositi bianco-bluastri, causati da fluidi, probabilmente il discioglimento di ghiaccio di CO2 (anidride carbonica) con l’arrivo della primavera marziana. Per saperne di più: Image of the Day Gallery

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Carambola tra asteroidi

Sembra una cometa, ma non lo è. Allora cos’è ? Si tratta delle conseguenze dell’urto tra due asteroidi, un evento piuttosto raro ma non impossibile. L’immagine è stata ripresa dal telescopio Spaziale Hubble e mostra delle strie di polvere e detriti che originano dal nucleo dell’oggetto. Il vento solare prodotto dalla nostra stella soffia via questo particolato generando  la coda analoga a quella di una cometa. L’urto tra i due asteroidi è avvenuto alle velocità relative tipiche  di questi oggetti, oltre 5 km al secondo, ben più del proiettile del più potente fucile.

L'immagine  dell'oggetto P/2010 A2 , ripresa dal Telescopio Spaziale Hubble. Crediti: NASA, ESA, and D. Jewitt (UCLA)

L’immagine dell’oggetto P/2010 A2 , ripresa dal Telescopio Spaziale Hubble. Crediti: NASA, ESA, and D. Jewitt (UCLA)

Il nucleo dell’oggetto, chiamato P/2010 A2, è stimato del diametro di 460 metri e, quando la fotografia è stata fatta, si trovava a 300 milioni di km dal Sole (140 milioni di km dalla Terra). Il fatto che si tratti di un asteroide e non di una cometa è dimostrato dalle analisi spettroscopiche della luce emessa che ha rivelato l’assenza dei gas tipici delle comete. Per saperne di più: NASA’s Hubble Captures First Images of Aftermath of Possible Asteroid Collision

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Una coppia stella-buco nero orbitanti a velocità vorticosa

Il telescopio spaziale XMM-Newton dell’ESA ha consentito di identificare una stella ed un buco nero orbitanti l’uno intorno all’altra alla vertiginosa velocità di un giro ogni 2,5 ore, battendo il precedente record di quasi un’ora.  Il buco nero in questa coppia stretta, conosciuto come MAXI J1659-152, ha una massa tre volte superiore al nostro Sole, mentre la compagna, una stella nana rossa, ha una massa pari ad un quinto di quella del Sole. La coppia di astri è separata da una distanza di circa un milione di km, meno di un cinquantesimo della distanza del nostro Mercurio dal Sole. Questa strana coppia è stata osservata il 25 settembre 2010 dal telescopio spaziale Swift della NASA e si pensò che si trattasse di un violento impulso gamma (GRB), successivamente il telescopio maxi della Stazione Spaziale Internazionale osservò una brillante sorgente di raggi x nello stesso luogo. Poi ulteriori osservazioni con base a terra e nello spazio hanno rivelato che i raggi x provenivano da un buco nero che strappava brandelli di materia da un debole compagno. Il telescopio XMM-Newton ha osservato dei picchi regolari in una emissione della durata di 14,5 ore causati dalla periodica occultazione dei raggi X dovuta alla rotazione di quell’esotico sistema. Quell’evento ha consentito di misurarne il periodo di rotazione ottenendo il nuovo record per una coppia buco nero-stella. Il precedente, noto come Swift J1753.5–0127, aveva un periodo di 3,2 ore.

Ricostruzione della nana rossa orbitante attorno al buco nero. Crediti. ESA

Ricostruzione della nana rossa orbitante attorno al buco nero. Crediti. ESA

Il buco nero e la stella orbitano intorno al comune centro di massa. Poiché la stella è più leggera del compagno, viaggia su un’orbita più ampia alla velocità di due milioni di km orari, la più alta osservata in un sistema binario a raggi X. Il buco nero invece si accontenta di una velocità di appena 150.000 km orari.  I ricercatori hanno commentato che il sistema giace alto sopra il piano della nostra galassia, una caratteristica inusuale condivisa soltanto da un altro sistema binario costituito da due buchi neri. Questa caratteristica, unita al corto periodo di rotazione, potrebbero essere elementi di una nuova classe di oggetti, spinti fuori dal piano galattico nel corso della formazione esplosiva dei buchi neri.  Per saperne di più: star_pair_orbiting_at_dizzying_speed.

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Una stella nana bianca da primato

È stata chiamata Dizzy, questa davvero insolita nana bianca, che ruota su sé stessa in soli 13,2 secondi, roba da capogiro. Nessun’altra stella nana presenta un periodo tanto breve. Ma non è il solo record che Dizzy vanta. Infatti, nella sua classe di stelle, è la più densa conosciuta: la sua massa è superiore a quella del nostro Sole, ma è racchiusa in un volume inferiore a quello di Marte!

Non si sa perché la stella si trovi in questo stato, ma è possibile che sia destinata ad una fine violenta e differente rispetto rispetto a quanto finora noto sulle esplosioni stellari. Le nane bianche costituiscono lo stato finale dell’evoluzione delle stelle di tipo solare, la cui massa collassa in un oggetto compatto e denso delle dimensioni della Terra. Quest’ultima, ufficialmente catalogata come RX J0648.0-4418, è la più densa la nana bianca conosciuta,  che, come si è detto, racchiude la sua massa in una palla delle dimensioni di Marte. Ad oggi, la nana bianca più veloce era AE Aquarii, con un periodo di rotazione di 33 secondi, mentre il periodo di Dizzy è circa tre volte più breve.  Con un simile periodo di rotazione la Terra si disintegrerebbe scagliando montagne, oceani, mantello e nucleo nello spazio. Se fosse stata una nana bianca di mezza massa solare, sarebbe stata anch’essa sulla soglia della disintegrazione, ma essendo così straordinariamente densa, con una gravità oltre un milione di volte più intensa di quella della Terra, riesce a resistere alla violenta e pazza rotazione.

La materia che cade spiraleggiando può accelerare la rotazione della nana bianca.Crediti: Francesco Mereghetti, NASA, ESA and T.M. Brown<br /><p class=" src="http://blog.planetariounionesarda.it/wp-content/uploads/2013/03/HD_497981r3.jpg" width="800" height="800" /> La materia che cade spiraleggiando può accelerare la rotazione della nana bianca.
Crediti: Francesco Mereghetti, NASA, ESA and T.M. Brown

È possibile che nel suo precedente stato di stella ordinaria Dizzy avesse già una velocità rotazionale molto elevata, come nel caso della stella Altair, ben visibile nella costellazione dell’Aquila,  si ritiene però che la causa vera sia un’altra. Infatti la nana bianca ha una compagna, una gigante rossa che si è espansa alcune centinaia di migliaia di anni fa. I suoi strati esterni sono poi stati catturati da Dizzy e la ricaduta obliqua di questa materia avrebbe impresso una accelerazione alla rotazione della stella compatta. La gigante rossa, chiamata HD 49798, in futuro subirà una nuova espansione, ma questa seconda volta l’esito sarà particolarmente catastrofico. Infatti Dizzy catturerà grandi quantità di materia e raggiungerà una massa critica che la porterà ad una esplosione molto violenta, generando una supernova di tipo Ia straordinariamente potente. Quando ciò accadrà diventerà tanto luminosa che, malgrado la distanza, splenderà nel nostro cielo come la Luna piena. Al suo posto resterà un oggetto molto più compatto ed esotico, una stella di neutroni di una ventina di km di diametro, ruotante alla pazzesca velocità di migliaia di giri al secondo e che ci manderà un segnale pulsante, sincrono con la sua rotazione: sarà nata una nuova pulsar, una stella pulsante. Per saperne di più: Dizzy dwarf star will spin itself to death

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Acqua nell’atmosfera di un lontano pianeta extrasolare

Accade spesso che, al Planetario,  ci chiedano come sia possibile ottenere informazioni sulla natura dei pianeti extrasolari, tanto lontani da non poter essere osservati direttamente con i più potenti telescopi, se non in rarissimi casi relativi a sistemi vicini come Alfa Centauri o Fomalhaut, la stella più luminosa del Pesce Australe. L’osservazione infatti è resa difficilissima dalla luminosità della stella madre, che supera anche di milioni di volte la luce riflessa dal pianeta. Come cercare di vedere una lucciola posata sul paraurti di una macchina che ha gli abbaglianti accesi e che si trova a qualche km di distanza. Ma non è impossibile, con la appropriata tecnologia, isolare lo spettro della luce del pianeta, cioè le “impronte digitali” delle molecole dell’atmosfera del pianeta. Proprio oggi, un gruppo di astronomi, guidati Quinn Konopacky dell’Istituto Dunlap per Astronomy & Astrophysics, dell’Università di Toronto, ha annunciato di aver ottenuto informazioni molto dettagliate sull’atmosfera di un pianeta simile a Giove orbitante in un remoto sistema solare. Il pianeta, denominato HR 8799c, è uno dei quattro giganti gassosi conosciuti in orbita attorno ad una stella distante 130 anni luce dalla Terra.

Immagine artistica sul sistema solare HR 8799. Crediti: Dunlap Institute for Astronomy & Astrophysics

Immagine artistica sul sistema solare HR 8799. Crediti: Dunlap Institute for Astronomy & Astrophysics

La dott.ssa. Konopacky ha affermato: “Siamo stati in grado di osservare questo pianeta con dettagli senza precedenti grazie alla strumentazione molto avanzata di cui è stato dotato il telescopio Keck II (ubicato nelle Away), al nostro nostro innovativo sistema di osservazione e elaborazione informatica, nonché per la natura stessa del sistema planetario.”  I risultati della ricerca verranno pubblicati il 22 marzo sulla rivista Science. La squadra, con un spettrografo ad alta risoluzione chiamato OSIRIS, ha scoperto le impronte digitali chimiche di molecole specifiche, rivelando un ambiente che contiene ossido di carbonio e vapore acqueo. “Con questo livello di dettaglio”, dice Travis Barman, un astronomo Lowell Observatory e co-autore dello studio, “siamo in grado di valutare il rapporto tra le quantità di carbonio e di ossigeno presenti nell’atmosfera del pianeta, e questa miscela chimica offre indizi su come l’intero sistema planetario si è formato “.  Si tratta di informazioni importanti, che consentono di discriminare tra i diversi modelli di formazione planetaria. Lo spettro ottenuto (l’impronta digitale dei gas atmosferici del pianeta), il più chiaro e definito mai ottenuto per un pianeta extrasolare, rivela che il rapporto carbonio – ossigeno è coerente con lo scenario chiamato di “accrescimento core”, il modello pensato per spiegare la formazione del nostro sistema solare.

Il campo inquadrato dallo strumento OSIRIS sul pianeta HR8799c.  Crediti: Image courtesy of NRC-HIA, C. Marois and Keck Observatory.

Il campo inquadrato dallo strumento OSIRIS sul pianeta HR8799c. Crediti: Image courtesy of NRC-HIA, C. Marois and Keck Observatory.

Gli autori e i loro collaboratori avevano scoperto HR 8799c e i suoi tre compagni nel 2008 e nel 2010. Tutti questi pianeti sono più grandi di qualsiasi altro nel nostro Sistema Solare, con masse tre a sette volte quella di Giove. Le loro orbite sono altrettanto ampie rispetto al nostro sistema. HR 8799c orbita 40 volte più lontano dalla sua stella madre rispetto alla distanza  della Terra dal Sole, superiore dunque alla distanza del nostro Nettuno.

Secondo il modello di accrescimento del core, la stella HR 8799 era originariamente circondata da un enorme disco di gas e polvere. Come il gas si è raffreddato, si è formato il ghiaccio; questo processo ha impoverito il disco di atomi di ossigeno. Ghiaccio e polvere si sono raccolti in nuclei planetari che, raggiunta una massa sufficientemente grande, hanno attratto il gas circostante formando corpi planetari gassosi di grandi dimensioni. Il gas è stato impoverito di ossigeno, e questo si riflette nell’atmosfera del pianeta, nella quale si è oggi osservato in un rapporto maggiore carbonio – ossigeno. Il modello di accrescimento prevede anche che i grandi pianeti gassosi giganti si formano a grandi distanze dalla stella centrale, e i più piccoli pianeti rocciosi ad una distanza molto minore, come nel nostro Sistema Solare. Sembrerebbe dunque che HR 8799 sia simile al nostro Sistema Solare, ma molto più grande. Per saperne di più: Astronomers Detect Water in Atmosphere of Distant Planet 

 

Ma sopratutto venite al Planetario, potrete assistere allo show sui nuovi pianeti extrasolari.

Il sistema stellare più vicino scoperto nell’ultimo secolo

Un nuovo sistema stellare è stato scoperto nelle vicinanze del Sistema Solare. Si tratta  di una stella doppia, dal complicato nome WISE J104915.57-531906, scoperta quest’anno dal team guidato dal prof. Kevin Luhman , della Penn University, negli USA. È il terzo sistema più vicino alla Terra, dopo Proxima Centauri, distante 4,2 anni luce,  e la Stella di Barnard, distante 6 anni luce, che sono state scoperte rispettivamente nel 1917 e nel 1916.  Essendo collocato alla distanza di soli 6,5 anni luce possiamo dire che lassù stanno ora arrivando le nostre trasmissioni televisive del 2006.

La nuova stella doppia, nel contesto delle stelle a noi più vicine. Crediti: Janella Williams, Penn State University.

La nuova stella doppia, nel contesto delle stelle a noi più vicine. Crediti: Janella Williams, Penn State University.

Entrambe le stelle del nuovo sistema binario sono “nane brune”, che sono stelle dotate di massa troppo piccola per raggiungere la temperatura di fusione dell’idrogeno.  Conseguentemente sono tiepide e scure, più simili a un pianeta gigante gassoso come Giove che al nostro Sole.  Malgrado non emettano luce visibile, sono comunque delle sorgenti di radiazione infrarossa e i nuovi potenti telescopi operanti nell’infrarosso riescono a vederle. In questo caso la scoperta è stata favorita dal rapido moto proprio del sistema nel cielo. Per saperne di più: The closest star system found in a century.

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Fusione di due buchi neri nel passato della Via Lattea

Una galassia molto piccola, nel lontano passato, entrò in collisione con la Via Lattea generando due enormi bolle di particelle ad alta energia che ora torreggiano sul centro della nostra galassia. È la nuova ipotesi sull’origine delle misteriose bolle e spiega anche le discrepanze tra le età delle stelle nel centro galattico. Nel 2010, osservazioni del cielo da parte del Telescopio orbitante Fermi della NASA avevano rivelato due enormi lobi di particelle emesse dal cuore della Via Lattea, ognuno dei quali si estende per 25.000 anni luce oltre il piano galattico. Gli astronomi sospettavano che le bolle fossero state generate in una fase violenta avvenuta nel centro galattico circa 10 milioni di anni fa, ma nessuno poteva dire che cosa avesse innescato l’esplosione. L’analisi dei dati del telescopio Fermi ha portato oggi due team di astronomi americani ad un modello che spiega l’accaduto: la collisione tra due buchi neri.

Una ricostruzione dei due giganteschi lobi osservati dal telescopio orbitante Fermi della NASA.Crediti: NASA's Goddard Space Flight Center

Una ricostruzione dei due giganteschi lobi osservati dal telescopio orbitante Fermi della NASA.Crediti: NASA’s Goddard Space Flight Center

Sappiamo che un buco nero supermassiccio con massa di ben 4 milioni di soli si nasconde nel centro della Via Lattea. E abbiamo anche una serie di galassie nane che orbitano attorno alla nostra galassia a spirale, che è molto più grande. Questo suggerisce che qualche galassia satellite abbia potuto nel passato entrare in collisione con la Via Lattea. Secondo la nuova teoria, una piccola galassia con il proprio buco nero centrale è entrata il collisione con la nostra galassia. Il suo buco nero ha iniziato a muoversi a spirale attorno al buco nero galattico. Dopo miliardi di anni è avvenuta la fusione tremendamente energetica tra i due buchi neri.  La loro vorticosa danza finale ha scagliato fuori molte delle stelle nate nel centro galattico e questo spiega l’anomalia della ridotta presenza di stelle vecchie nel centro della Via Lattea.  Il processo che ha visto i due  buchi neri ruotare vorticosamente l’uno attorno all’altro ha perturbato gigantesche nubi di gas, favorendo la formazione di ammassi di brillanti stelle nuove. Gran parte del resto del gas è stato riscaldato ed espulso formando così i due giganteschi lobi osservati dal telescopio Fermi.  Per saperne di più: Giant Milky Way bubbles blown by black hole merger

Ma soprattutto venite al Planetario, vi aggiorneremo su tutte le novità sul buco nero centrale della Via Lattea. 

Gli occhi terribili di uno space invader ripresi da telescopio Hubble

L’enorme massa dell’ammasso di galassie Abell 68, sommata a quella della materia oscura invisibile, ha prodotto un nuovo effetto lente gravitazionale generando immagini multiple,  ingrandite e distorte di ulteriori galassie molto più lontane. Abel 68 si trova alla ragguardevole distanza di due miliardi di anni luce e consente di osservare galassie lontanissime grazie a questo effetto conseguente alla Relatività Generale di Einstein. Il tutto accade come se Abel 68 fosse il titanico obiettivo di un telescopio cosmico di cui Hubble è l’oculare.  Anche se le immagini così generate di queste galassie lontane sono in genere fortemente deformate, questo processo, chiamato appunto lente gravitazionale, è uno strumento estremamente prezioso in cosmologia, il ramo dell’astronomia che si occupa delle origini e l’evoluzione dell’Universo.

L'immagine dello space invader prodotta dalla lente gravitazionale. Crediti: NASA & ESA. Acknowledgement: N. Rose

L’immagine dello space invader prodotta dalla lente gravitazionale. Crediti: NASA & ESA. Acknowledgement: N. Rose

In questo caso le immagini distorte di galassie distanti sono un esempio particolarmente fine di questo fenomeno. Al centro dell’immagine vi sono un gran numero di galassie “stirate” , allungate in strie quasi rette di luce. Curiosamente, appena sopra e accanto ad una luminosa galassia ellittica in alto a sinistra dell’immagine, si osserva  una galassia a spirale la cui apparente forma è stata sdoppiata specularmente e trasformata nell’immagine di un alieno dalle classiche forme del vecchio videogioco Invaders! Una seconda, immagine meno distorta della galassia stessa appare a sinistra della galassia ellittica. Per saperne di più: Gravitational telescope creates space invader mirage

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