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CON PEGASUS LA MAPPA DELL’1% DEL PIANO GALATTICO

Sfruttando i telescopi Parkes e ASKAP in Australia, è stata realizzata un’immagine ad altissima definizione dei campi magnetici nella Via Lattea, la nostra galassia. I dati arrivano dal progetto PEGASUS guidato dall’INAF, parte del più ampio programma EMU.

Portate a termine le osservazioni radio di una vasta sezione del piano galattico della Via Lattea (circa l’1%) con i radiotelescopi ASKAP e Parkes (Murriyang), entrambi sviluppati e gestiti dall’Agenzia scientifica australiana CSIRO. Radioastronomi dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) hanno coordinato il gruppo internazionale di ricerca che ha utilizzato il “grande disco” di Parkes per “fotografare” una porzione del disco della nostra galassia, nell’ambito del progetto di ricerca PEGASUS (POSSUM EMU GMIMS All Sky UWL Survey). PEGASUS è uno dei numerosi progetti di esplorazione del più ampio programma Evolutionary Map of the Universe (EMU), che consiste nell’osservazione di tutto l’emisfero sud con ASKAP, uno dei precursori del progetto SKA. L’immagine è stata unita a quella realizzata con le antenne ASKAP per il progetto EMU, guidato dalla Università Macquarie a Sydney, Australia, ottenendo un risultato di straordinaria qualità.

L’immagine,  ampia circa 6-7 gradi o come 12-14 volte il diametro apparente della Luna, mostra una regione caratterizzata da un’emissione estesa associata all’idrogeno gassoso che riempie lo spazio tra le stelle, stelle alla fine del loro ciclo evolutivo chiamate resti di supernova e bolle calde di idrogeno gassoso ionizzato legate alla nascita di nuove stelle. Le stelle non sono visibili in questa immagine poiché la loro luce contiene emissioni radio minime. Questa nuova fotografia della nostra Galassia mostra aspetti dell’evoluzione delle stelle visibili solo ai radiotelescopi.

CON PEGASUS LA MAPPA DELL’1% DEL PIANO GALATTICO
Crediti: R. Kothes (NRC), the EMU and POSSUM teams

Ettore Carretti, dell’INAF di Bologna, è il responsabile della survey PEGASUS insieme a Tom Landecker del National Research Council of Canada e a Xiaohui Sun dell’Università dello Yunnan, in Cina. PEGASUS intende sfruttare le potenzialità del telescopio Parkes (pathfinder del progetto SKA) per mappare tutto il cielo australe a 700-1440 MHz con circa 2100 ore di osservazione. PEGASUS contribuirà a tre progetti: EMU, POSSUM e GMIMS per studiare il magnetismo della Via Lattea. Il progetto PEGASUS ha appena completato le sue osservazioni pilota e mira a osservare l’intero cielo australe nei prossimi due anni.

Il radioastronomo dell’INAF spiega: “Con questa prima fase di PEGASUS abbiamo studiato un’ampia regione del piano Galattico della nostra Galassia. Gli oggetti visibili nell’immagine possono essere studiati nelle onde radio con altissima precisione e accuratezza grazie alla combinazione di dati dei radiotelescopi ASKAP e Parkes. Abbiamo poi combinato la mappa ottenuta con quella dei progetti EMU e POSSUM: il risultato è strabiliante, quando abbiamo aperto l’immagine per la prima volta siamo rimasti meravigliati da tanta qualità e bellezza”.

Carretti aggiunge: “L’obiettivo della survey è duplice. In primo luogo comprendere e studiare i campi magnetici della nostra Galassia, la loro origine e i loro effetti su vari fenomeni come resti di supernove e le grandi strutture della Via Lattea, come il Grande Sperone settentrionale, ma anche galassie, radiogalassie e ammassi di galassie. In secondo luogo, essendo ASKAP, come tutti gli interferometri, poco sensibile alle grandi scale angolari, i dati del progetto PEGASUS raccolti con Parkes completeranno quelli di ASKAP, aggiungendo ai dettagli finissimi già esistenti la forma, le dimensioni e la potenza totale emessa da questi oggetti. Tutto ciò per poter studiare la fisica dei fenomeni che li governano”.

Le survey come PEGASUS osservano l’intero cielo, incluso il cosiddetto Piano Galattico, vale a dire il luogo della Via Lattea in cui risiede il Sistema solare. Si tratta di una regione che contiene innumerevoli stelle, polveri e nubi di gas, nonché una notevole quantità di materia oscura. Studiare il piano della Via Lattea è da sempre uno degli obiettivi più importanti dei radioastronomi, ma la presenza di emissione diffusa nella Galassia rende difficile ottenere immagini prive di artefatti: ciò riduce di fatto la qualità delle immagini finali rendendo l’analisi dei dati un compito particolarmente impegnativo.

Tom Landecker spiega: “Il progetto GMIMS esplora le forze magnetiche nella Via Lattea. Oltre a plasmare la Via Lattea, le forze magnetiche sono coinvolte nella formazione della sua struttura a spirale e nella nascita e morte delle stelle all’interno dei suoi bracci a spirale. I dati principali che otteniamo sono le osservazioni della polarizzazione dell’emissione radio dalla Via Lattea effettuate con grandi radiotelescopi negli emisferi Sud e Nord. In dodici anni, abbiamo effettuato con successo rilevamenti del cielo con il telescopio Parkes, Murriyang, a frequenze radio sia più basse che più alte di quelle di PEGASUS. PEGASUS colmerà una lacuna nei nostri dati, fornendo una visione senza precedenti degli effetti magnetici in tre dimensioni. Osservazioni parallele sono state effettuate utilizzando telescopi canadesi, e altre sono in corso, fornendo una prospettiva globale”.

Andrew Hopkins, a capo del progetto EMU per l’Università Macquarie, afferma: “Il risultato finale della collaborazione PEGASUS/EMU sarà una vista senza precedenti di quasi tutta la Via Lattea, un’immagine circa cento volte più grande di quella realizzata in questa prima fase da PEGASUS, ma con lo stesso livello di dettaglio e sensibilità”.

CON PEGASUS LA MAPPA DELL’1% DEL PIANO GALATTICO. GALLERY


 

Per saperne di più:

ASKAP e Parkes sono gestiti da CSIRO, l’agenzia scientifica nazionale australiana, nell’ambito dell’Australia Telescope National Facility. CSIRO riconosce il popolo Wajarri Yamatji come proprietario storico e detentore del titolo nativo di Inyarrimanha Ilgari Bundara, l’Osservatorio radioastronomico Murchison dove si trova ASKAP, e il popolo Wiradjuri come proprietario storico dell’Osservatorio Parkes.

Testo, video e immagini dall’Ufficio stampa – Struttura per la Comunicazione dell’Istituto Nazionale di Astrofisica – INAF

NELLA VIA LATTEA, NATALITÀ STELLARE NELLA MEDIA, MA SI POTREBBE FARE DI PIÙ

Una nuova analisi dei dati raccolti dal satellite Herschel dell’Agenzia Spaziale Europea ha stimato il tasso di formazione stellare della nostra galassia, la Via Lattea, stabilendo che in media produce nuove stelle per un ammontare pari a due volte la massa del Sole ogni anno. Questo fa della Via Lattea una galassia “mediamente attiva”. Lo studio, guidato da ricercatori dell’Istituto Nazionale di Astrofisica, getta un ponte tra l’astrofisica galattica e quella extragalattica.

Mappa della densità del tasso di formazione stellare nella Via Lattea. I valori più alti sono rappresentati in bianco e giallo, mentre valori più moderati sono indicati in arancione, rosso, viola, blu e nero. Il centro galattico è riportato al centro dell’immagine, mentre la X in grigio nella parte inferiore indica la posizione del Sole. Sono indicati (in quattro diversi toni di verde) quattro bracci della spirale galattica.
Crediti: D. Elia et al. (2022)

Hanno contato tutti i clump, grumi di gas e polvere dispersi nel mezzo interstellare che pervade la Via Lattea, identificando quali tra essi ospitano formazione stellare e misurando la loro massa. Così, un team internazionale guidato da ricercatori dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) ha stimato il tasso di formazione stellare della nostra galassia, ovvero quanto rapidamente produce nuove stelle: con una natalità stellare pari a circa due masse solari l’anno, la Via Lattea risulta essere una galassia “mediamente attiva”.

Il risultato si basa sulle osservazioni del piano galattico – dove risiede la maggior parte delle stelle della Via Lattea – condotte tra il 2009 e il 2013 dal telescopio spaziale Herschel dell’Agenzia Spaziale Europea nell’ambito della survey a guida italiana Hi-GAL ed è in accordo con le poche stime precedenti di questa grandezza, che facevano uso di tecniche completamente diverse. Questo lavoro permette di consolidare quanto noto finora sulla capacità della Via Lattea di convertire il gas freddo in stelle ed è stato pubblicato oggi su The Astrophysical Journal.

“In primo luogo, stimare il tasso di formazione stellare della Via Lattea ci consente di operare confronti tra essa e le altre galassie”, spiega Davide Elia, ricercatore INAF a Roma e primo autore del nuovo studio. “In secondo luogo, consente di affrontare un annoso dilemma nell’astrofisica galattica, ossia il fatto che il tasso di formazione stellare osservato, di poche masse solari per anno, risulta piuttosto esiguo rispetto alla quantità di materia disponibile. Produrre una stima aggiornata di questa quantità fornisce dunque un dato di riferimento ai colleghi che cercano di spiegare per via teorica questo inatteso comportamento”.

NELLA VIA LATTEA, NATALITÀ STELLARE NELLA MEDIA
La regione di formazione stellare Westerhout 43, a circa 20mila anni luce da noi, nella costellazione dell’Aquila, in un’immagine realizzata dal telescopio spaziale Herschel. Questa regione ospita oltre 20 “culle” di formazione stellare, evidenti in blu all’interno delle nubi di gas e polvere che pervadono l’immagine. Si stima che la regione coperta da questa immagine ospiti circa il 3,5 per cento del tasso di formazione stellare dell’intera Via Lattea.
Crediti: ESA/Herschel/PACS, SPIRE/Hi-GAL Project. Acknowledgement: UNIMAP / L. Piazzo, La Sapienza – Università di Roma; E. Schisano / G. Li Causi, IAPS/INAF, Italy

La velocità con cui una galassia produce nuove stelle, che dipende dalla massa di gas freddo disponibile e quantifica il suo grado di attività in termini di formazione stellare, non è un parametro facile da misurare: negli ultimi 45 anni sono state pubblicate solo una quindicina di stime di questa grandezza. Il team è riuscito nell’impresa partendo da un’idea di Sergio Molinari, dirigente di ricerca INAF a Roma, principal investigator di Hi-GAL e secondo autore dell’articolo. Dopo aver selezionato dal catalogo della survey, pubblicato lo scorso anno, gli oltre 150mila clump all’interno dei quali stanno nascendo nuove stelle, è stato possibile, a partire dalla loro massa e per confronto con i modelli teorici, stimare la frazione di massa che verrà convertita in stelle e il tempo necessario affinché ciò accada. Il valore trovato, ottenuto per la prima volta a partire dai dati di Herschel, rappresenta uno dei prodotti finali attesi da una importante survey del piano galattico come Hi-GAL.

“Stime di questo genere sono molto “attese” dalla comunità e quindi riteniamo di aver fissato una nuova pietra miliare nella storia delle misurazioni di questa grandezza”, chiarisce Elia.

Questo metodo ha permesso anche di mappare, come mai prima d’ora, il tasso di formazione stellare nel piano galattico, delineando il suo comportamento dal centro alla periferia della Via Lattea e il suo legame con il ruolo dei bracci di spirale. Si è stimato che l’84% del tasso di formazione stellare della Via Lattea è contenuto entro l’orbita del Sole attorno al centro galattico, e solo il 16% al di fuori di essa.

“Per le galassie esterne alla nostra, e in particolare quelle molto lontane e non osservabili in dettaglio con gli strumenti a disposizione, il tasso di formazione stellare è spesso una delle poche quantità globalmente misurabili”, aggiunge Elia. “Calcolarlo anche per la galassia in cui viviamo, la Via Lattea, ci consente di operare un confronto tra essa e le altre galassie, per capire se la nostra abbia un comportamento “usuale” o in qualche modo peculiare. La tecnica usata, oltretutto, ci consente non solo di stimare il tasso di formazione stellare globale, ma anche di mapparlo zona per zona. Naturalmente esistono varie difficoltà dovute al fatto che possiamo osservare la Via Lattea solo dal di dentro e, oltretutto, da una posizione relativamente defilata”.


 

Per ulteriori informazioni: L’articolo “The Star Formation Rate of the Milky Way as seen by Herschel” di D. Elia, S. Molinari, E. Schisano, J. D. Soler, M. Merello, D. Russeil, M. Veneziani, A. Zavagno, A. Noriega-Crespo, L. Olmi, M. Benedettini, P. Hennebelle, R. S. Klessen, S. Leurini, R. Paladini, S. Pezzuto, A. Traficante, D. J. Eden, P. G. Martin, M. Sormani, A. Coletta, T. Colman, R. Plume, Y. Maruccia, C. Mininni, S. J. Liu, è stato pubblicato online su The Astrophysical Journal.

Testo e immagini dall’Ufficio stampa – Struttura per la Comunicazione di Presidenza
Istituto Nazionale di Astrofisica – INAF

COSÌ ERANO LE NUBI NELL’UNIVERSO PRIMORDIALE

Lo straordinario potenziale di informazioni contenute negli ammassi globulari ci fornisce l’immagine dell’Universo neonato

NGC6362

Oltre tredici miliardi di anni fa, cioè al tempo della grande esplosione (Big Bang) in cui si sarebbe generato l’Universo, le immense nubi di gas che permeavano l’Universo primordiale fecero accendere le prime stelle dando origine a primitivi agglomerati stellari. In quell’epoca nacquero concentrazioni sferiche composte da centinaia di migliaia di stelle, dette ammassi globulari (globular clusters), che sono sopravvissute fino ai giorni nostri.

Sebbene l’origine dei globular clusters sia ancora ignota, è ormai assodato che le stelle appartenenti agli ammassi globulari siano nate appena poche centinaia di milioni di anni dopo il Big BangComprendere la composizione chimica delle nubi primordiali è certamente uno degli obiettivi più ambiziosi e complessi dell’astrofisica moderna. La difficoltà nasce principalmente dal fatto che gli ammassi globulari che osserviamo oggi hanno perduto una parte considerevole della materia gassosa che li aveva generati. Inoltre le poche tracce di gas primordiale tuttora sopravvissute al loro interno sono state contaminate dal materiale espulso da decine di migliaia di stelle durante la loro evoluzione perdendo irrimediabilmente la memoria della loro composizione iniziale.

Il Team di Maria Vittoria Legnardi

Un gruppo di astronome e astronomi di Italia, Australia e Stati Uniti ha svelato l’oscura composizione chimica delle nubi primordiali da cui si sono formati i globulari. I risultati della ricerca sono stati pubblicati sulla rivista «Monthly Notices of the Royal Astronomical Society» nell’articolo dal titolo con il titolo Constraining the original composition of the gas forming first-generation stars in globular clusters e portano la firma di Maria Vittoria Legnardi, una giovane dottoranda del Dipartimento di Fisica e Astronomia dell’Università di Padova che a soli 24 anni ha rivestito il ruolo di leader del team internazionale.

Maria Vittoria Legnardi ammassi globulari
Maria Vittoria Legnardi

«Nella nostra ricerca abbiamo rilevato delle variazioni nel contenuto di metalli che caratterizza le stelle di prima generazione. Poiché la composizione chimica di queste stelle riflette direttamente la chimica delle nubi da cui si sono formate, questo implica che anche le nubi fossero chimicamente disomogenee, contrariamente a quello che ci si aspettasse. Grazie alle straordinarie immagini ottenute dal telescopio spaziale Hubble – spiega Maria Vittoria Legnardi – abbiamo ricostruito le cosiddette mappe cromosomiche di circa il 25% degli ammassi globulari conosciuti. Si tratta di mappe in cui i colori delle stelle vengono combinati tra loro in modo tale creare dei super-colori indicativi del contenuto di alcuni elementi chimici. In sintesi, le mappe cromosomiche sono costituite da combinazioni di colori estremamente sensibili alla composizione chimica delle stelle negli ammassi globulari. Sulle ascisse è indicato il contenuto di elio delle stelle mentre sulle ordinate si può leggere il contenuto di azoto. In questo modo è possibile separare facilmente le stelle di prima generazione, l’oggetto principale di questo studio, da quelle di seconda generazione che presentano invece una composizione chimica riscontrata esclusivamente negli ammassi globulari. Sebbene sia pressoché impossibile ottenere informazioni dirette sulla composizione chimica delle nubi primordiali studiando il gas residuo tuttora presente negli ammassi, in questa ricerca abbiamo sviluppato una tecnica innovativa per poter far luce sugli ambienti di formazione degli ammassi basata sulle stelle di prima generazione. Queste stelle – sottolinea Legnardi –  si sono formate direttamente dal gas primordiale e dunque conservano memoria della composizione chimica delle nubi primordiali da cui si sono formati gli ammassi globulari agli albori dell’Universo. Le immagini di Hubble sono state fondamentali poiché hanno una risoluzione migliore e sono molto nitide. Grazie ad esse abbiamo potuto studiare in dettaglio le regioni centrali degli ammassi, dove la densità di stelle è estremamente elevata. Inoltre – rileva Maria Vittoria Legnardi – il telescopio Hubble permette di ottenere immagini attraverso diversi filtri che isolano la luce delle stelle dall’ultravioletto al vicino infrarosso passando per l’ottico. Combinando in modo opportuno le informazioni provenienti da diverse regioni dello spettro elettromagnetico è possibile sviluppare dei super-colori – ad esempio quelli delle mappe cromosomiche – che sono estremamente sensibili alla composizione chimica delle stelle negli ammassi».

«Questa tecnica innovativa – dice Lucia Armillotta, ricercatrice dell’Università di Princeton – ci ha permesso di isolare non solo le stelle che sono nate per prime e che conservano quindi la composizione originale della nube madre, ma anche le stelle delle generazioni successive. Le mappe cromosomiche rivelano che le nubi erano per lo più costituite della stessa materia originatasi con il Big Bang, ma contenevano già tracce di altre specie chimiche come il carbonio, l’azoto, l’ossigeno e altri elementi su cui si basa la vita stessa».

«Uno dei risultati più sorprendenti – aggiunge Giacomo Cordoni, un altro autore della ricerca e afferente al Dipartimento di Fisica e Astronomia dell’Università di Padova – è che, contrariamente a quello che ci si aspettava, le nubi che hanno originato le prime stelle non erano chimicamente omogenee. Il loro contenuto di metalli, infatti, varia da una regione all’altra dell’ammasso e queste fluttuazioni implicano che le nubi originarie occupavano vaste regioni dell’Universo primordiale ed erano poco dense. Al contrario, il gas da cui si sono formate le stelle più giovani, nate centinaia di milioni di anni dopo le stelle di prima generazione, si è scoperto essere più omogeneo. Questo significa che le seconde generazioni di stelle si formarono in regioni in cui la densità del gas raggiungeva valori estremi».

«L’unicità di queste nubi spiegherebbe anche le strane proprietà di queste stelle, caratterizzate da abbondanze chimiche che non si osservano in nessun altro luogo della Galassia. Le stelle di seconda generazione presentano un contenuto di elio, sodio e azoto maggiore rispetto alle stelle che si trovano nella Galassia. Al contrario, presentano un contenuto ridotto di carbonio e ossigeno. Stelle con una simile composizione chimica sono state osservate esclusivamente all’interno degli ammassi globulari. È affascinante prendere atto – conclude la team leader Maria Vittoria Legnardi – dello straordinario potenziale di informazioni contenute negli ammassi globulari, questi dati sono stati capaci di tracciare un’immagine dell’Universo neonato. I colori delle stelle che osserviamo oggi al loro interno, infatti, ci permettono di intuire quali fossero i principali ingredienti che componevano le nubi primordiali che permeavano l’Universo poche centinaia di milioni di anni dopo il Big Bang».

Titolo e link alla ricerca: “Constraining the original composition of the gas forming first-generation stars in globular clusters” – «Monthly Notices of the Royal Astronomical Society» 2022

Autori: M. V. Legnardi*, A. P. Milone, L. Armillotta, A. F. Marino, G. Cordoni, A. Renzini,E. Vesperini, F. D’Antona, M. McKenzie, D. Yong, E. Dondoglio, E. P. Lagioia,M. Carlos, M. Tailo, S. Jang, and A. Mohandasan.

 

Testo e foto dall’Ufficio Stampa Università degli Studi di Padova

Alle origini del buco nero supermassiccio della Via Lattea

Uno studio coordinato dal Dipartimento di Fisica della Sapienza fornisce nuove informazioni sulla formazione del buco nero che si trova al centro dalla nostra Galassia. Lo studio suggerisce che il buco nero super massiccio sia il residuo di un insieme di buchi neri più leggeri che, orbitando, hanno perso energia fino a fondersi. I risultati del lavoro sono stati pubblicati sulla rivista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

centro della Galassia buco nero supermassiccio Via Lattea costellazione del Sagittario
Costellazione del Sagittario. Foto di Kevin Wigell, CC BY-SA 3.0

Sagittarius A* (Sgr A*) è una intensa sorgente di onde radio molto compatta, situata al centro della Via Lattea, e nello specifico, nella costellazione del Sagittario.

Sgr A* è anche il punto della nostra Galassia in cui si trova un oggetto estremamente compatto – 4 milioni di volte più massiccio del Sole – un componente caratteristico dei centri di molte galassie ellittiche e spirali.

L’identificazione di questo “mostro celeste” ha fatto vincere il premio Nobel 2020 per la fisica agli scienziati R. Genzel e A. Ghez, che hanno effettuato misurazioni dei movimenti delle stelle nella regione centrale della Galassia così precise da contribuire a dimostrare l’esistenza di questo oggetto, molto probabilmente assimilabile a un buco nero supermassiccio.

L’esistenza di buchi neri, così come la presenza di oggetti supermassicci e compatti in altre galassie oltre la nostra, sembra essere quindi indubbia. Ma mentre l’origine dei cosiddetti buchi neri stellari ha una spiegazione fisica ormai assodata (sono il residuo di stelle massicce ormai spente) quella dei buchi neri supermassicci rimane ancora incerta.

Un nuovo studio coordinato da Roberto Capuzzo Dolcetta del Dipartimento di Fisica della Sapienza Università di Roma in collaborazione con la École Normale Supérieure di Parigi, dimostra come la formazione del buco nero supermassiccio al centro della nostra Galassia possa derivare dalla rapidissima aggregazione, che avviene tramite collisioni successive, di un “pacchetto” di buchi neri più leggeri, trasportati al centro della Galassia dagli ammassi stellari che li ospitavano, e che hanno orbitato perdendo progressivamente energia, fino a fondersi.

I risultati dello studio, pubblicati sulla rivista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, sono stati ottenuti attraverso simulazioni numeriche sofisticate e di alta precisione, condotte anche su computers del Centro di Ricerca Amaldi della Sapienza.

Riferimenti:

Dynamics of a superdense cluster of black Holes and the formation of the Galactic supermassive black hole – P. Chassonnery, R. Capuzzo Dolcetta – Monthly Notices of the Royal Astronomical Society https://doi.org/10.1093/mnras/stab1016

Testo, foto e video dal Settore Ufficio stampa e comunicazione Sapienza Università di Roma sulle origini del buco nero supermassiccio della Via Lattea.

Milkomeda: la “supergalassia” che verrà 

Un nuovo studio internazionale, coordinato da un team del Dipartimento di Fisica della Sapienza Università di Roma, ha realizzato sofisticate simulazioni numeriche per prevedere i tempi cosmici nei quali la nostra Galassia si scontrerà con Andromeda fino a fondersi in un’unica “supergalassia”. I risultati del lavoro, che gettano nuova luce sul destino del nostro sistema stellare, sono stati pubblicati sulla rivista Astronomy and Astrophysics

La nostra galassia appartiene a un ammasso di galassie detto Gruppo Locale, composto da circa settanta sistemi stellari per la maggior parte di relativamente piccole dimensioni. Il centro di massa del Gruppo Locale si trova in un punto compreso fra la Via Lattea e la Galassia di Andromeda, che sono infatti, insieme alla galassia M 33, le sue componenti principali.

Le moderne osservazioni astronomiche suggeriscono l’esistenza all’interno sia della Via Lattea, che di Andromeda, di buchi neri supermassicci, con una massa superiore milioni di volte a quella del nostro Sole che a sua volta pesa circa un milione di volte la Terra. Non solo, la posizione e la velocità relativa delle due galassie lasciano ipotizzare una collisione futura tra i due sistemi che apre numerosi interrogativi sui loro destini e su quelli dei rispettivi buchi neri.

Oggi, un nuovo studio coordinato dal Dipartimento di Fisica della Sapienza Università di Roma, in collaborazione con l’Universitá di Heidelberg (Germania) e la Northwestern University (USA), fornisce le risposte a queste domande e individua i tempi cosmici in cui avverranno gli scontri fra le due galassie e i loro buchi neri.

Il lavoro, pubblicato sulla rivista Astronomy and Astrophysics, suggerisce che fra circa 10 miliardi di anni la Via Lattea e Andromeda si fonderanno in un’unica “supergalassia”, che potrebbe prendere il nome di Milkomeda.

I ricercatori sono giunti a tali risultati mediante sofisticate simulazioni numeriche, le quali sono state realizzate con un sistema di calcolo di alte prestazioni a disposizione del gruppo di astrofisica teorica (ASTRO) del Dipartimento di Fisica della Sapienza.

“In un tempo senz’altro lungo rispetto ai tempi umani, ma non enorme rispetto a quelli cosmici, le due galassie collideranno e si fonderanno in un’unica supergalassia, Milkomeda – spiega Roberto Capuzzo Dolcetta della Sapienza. “La prima collisione tra le galassie avverrà tra 4 miliardi di anni e la fusione tra circa 10 miliardi anni, tempo curiosamente simile a quella che è la stima dell’età dell’Universo, ovvero dal Big Bang a oggi”.

I dati ottenuti hanno permesso inoltre ai ricercatori di predire che, in seguito alla collisione galattica e alla fusione, i rispettivi buchi neri supermassicci delle due galassie si troveranno ad orbitare uno vicino all’altro.

“Ciò implica – aggiunge Roberto Capuzzo Dolcetta – che in un tempo mille volte più breve di quello necessario alla collisione delle galassie “madri”, i buchi neri si scontreranno a loro volta dando origine a una esplosione di onde gravitazionali di potenza inimmaginabile, miliardi di volte maggiore di quelle recentemente individuate dai grandi osservatori gravitazionali interferometrici della collaborazione internazionale LIGO-VIRGO negli Stati Uniti e in Italia”.

Il centro della Via Lattea in questa immagine composita da Hubble Space Telescope, Spitzer Space Telescope e Chandra X-ray Observatory. Foto NASA/JPL-Caltech/ESA/CXC/STScI in pubblico dominio

Riferimenti:

Future merger of the Milky Way with the Andromeda galaxy and the fate of their supermassive black holes, Riccardo Schiavi, Roberto Capuzzo-Dolcetta, Manuel Arca-Sedda, and Mario Spera – Astronomy and Astrophysics DOI /10.1051/0004-6361/202038674

 

Testo e video dalla Sapienza Università di Roma.

WFIRST (Wide Field InfraRed Survey Telescope) – da poco ribattezzato Roman Telescope in onore dell’astronoma statunitense Nancy Grace Roman, affettuosamente chiamata “la mamma di Hubble” – è un progetto NASA designato ad indagare su alcuni grandi misteri dell’Universo come la materia e l’energia oscura e per cercare nuovi mondi in orbita attorno ad altre stelle della nostra galassia.

ScientifiCult ha l’onore di poter intervistare il dott. Valerio Bozza, ricercatore presso l’Università degli Studi di Salerno e attualmente impegnato a collaborare con la NASA per la realizzazione del Telescopio Roman.

Valerio Bozza
Il dott. Valerio Bozza

Può raccontarci i momenti della Sua carriera professionale che ricorda con più piacere?

In vent’anni di ricerca ho avuto la fortuna di vivere tante soddisfazioni e di lavorare con le persone che hanno scritto i libri su cui ho studiato. Certamente, partecipare alle discussioni nello studio di Gabriele Veneziano al CERN con i cosmologi più importanti del mondo e poter assistere alla nascita di idee geniali su quella lavagna è stata un’esperienza formativa fondamentale. Quando ho avuto il mio primo invito a relazionare ad un workshop all’American Institute of Mathematics sul gravitational lensing di buchi neri e ho ricevuto i complimenti di Ezra T. Newman, ho capito che potevo davvero dire la mia anche io.

Ricordo ancora le notti di osservazioni allo European Southern Observatory a La Silla in Cile, sotto il cielo più bello del pianeta. Ricordo l’invito al Collège de France a Parigi da parte di Antoine Layberie per un seminario, che poi ho scoperto di dover tenere in francese! Poi non ci dimentichiamo la notizia della vittoria al concorso da ricercatore, che mi ha raggiunto mentre ero in Brasile per un altro workshop sulle perturbazioni cosmologiche. Infine, ricordo con una certa malinconia le notti e i giorni di lavoro all’Osservatorio Astronomico UNISA per mettere su un programma di ricerca competitivo. Tutto è finito con la copertina di Nature sulla scoperta del pianeta KELT-9b, il più caldo mai visto, e la distruzione dell’Osservatorio nel febbraio 2019, una ferita ancora aperta.

Adesso, però, è ora di concentrarsi sullo sviluppo del nuovo telescopio spaziale WFIRST della NASA, che il 20 maggio scorso è stato rinominato Nancy Grace Roman Space Telescope (o semplicemente “Roman”, in breve), in onore della astronoma che ha contribuito alla nascita dei primi telescopi spaziali della NASA.

Infine, ricordo con una certa malinconia le notti e i giorni di lavoro all’Osservatorio Astronomico UNISA con il Prof. Gaetano Scarpetta, per mettere su un programma di ricerca competitivo.

Ci sono degli aggiornamenti sulla data del lancio di Roman?

Il lancio del telescopio Roman era programmato per il 2025, ma diverse vicende hanno giocato contro in questi ultimi anni: il ritardo nel lancio del JWST, lo shutdown del governo americano ad inizio 2019 e soprattutto l’epidemia di COVID-19, che sta provocando ritardi su tutte le scadenze nella tabella di marcia. A questo punto, direi che uno slittamento all’anno successivo possa essere plausibile. Tuttavia, l’interesse verso questa missione sta continuando a crescere sia dentro che fuori l’ambito accademico, mettendola al riparo da eventuali tagli di budget.


Roman viene spesso paragonato al telescopio spaziale Hubble. Quali sono le differenze e le somiglianze? E con il JWST?

Si tratta di tre telescopi spaziali che spesso vengono citati insieme, ma sono tutti e tre profondamente diversi: Hubble opera nella banda del visibile e nell’ultravioletto, mentre non è molto sensibile all’infrarosso. Al contrario, sia JWST che Roman opereranno nel vicino infrarosso. JWST avrà un campo di vista molto più piccolo anche di Hubble, perché il suo scopo è fornirci immagini con dettagli mai visti prima di sistemi stellari e planetari in formazione. Roman, invece, avrà un campo di vista cento volte più grande di Hubble, perché il suo scopo è quello di scandagliare aree di cielo molto grandi alla ricerca di galassie o fenomeni transienti. La grande novità è che Roman condurrà queste survey a grande campo con una risoluzione di 0.1 secondi d’arco, simile a quella di Hubble! Quindi, avremo la possibilità di condurre la scienza di Hubble su enormi aree di cielo contemporaneamente. JWST, invece, condurrà osservazioni con un dettaglio molto migliore di Hubble e di Roman, ma su un singolo oggetto in un’area molto limitata.

Roman telescope Valerio Bozza
Immagine 3D del veicolo spaziale Roman (luglio 2018). Immagine NASA (WFIRST Project and Dominic Benford), adattata, in pubblico dominio


Quali sono i target scientifici della missione e come vengono raggiunti?

A differenza di Hubble e JWST, Roman avrà poco spazio per richieste estemporanee di osservazioni. Sarà un telescopio essenzialmente dedicato a due programmi principali: una survey delle galassie lontane e una survey del centro della nostra Galassia. La prima survey effettuerà delle immagini di tutto il cielo alla ricerca di galassie deboli e lontane. Queste immagini consentiranno di capire meglio la distribuzione della materia nel nostro Universo, fissare le tappe dell’espansione cosmologica e chiarire i meccanismi alla base dell’espansione accelerata, scoperta venti anni fa attraverso lo studio delle supernovae Ia. I cosmologi si aspettano che Roman possa fornirci risposte fondamentali sulla natura della cosiddetta Dark Energy, che è stata ipotizzata per spiegare l’accelerazione del nostro Universo, ma la cui natura è del tutto sconosciuta.

Il secondo programma osservativo è una survey delle affollatissime regioni centrali della nostra galassia. Monitorando miliardi di stelle, ci aspettiamo che, almeno per una frazione di queste, la loro luce verrà amplificata da effetti temporanei di microlensing dovuti a stelle che attraversano la linea di vista. Il microlensing è un’amplificazione dovuta al ben noto effetto “lente gravitazionale” previsto dalla relatività generale di Einstein. Se la stella che fa da lente è anche accompagnata da un pianeta, l’amplificazione riporterà delle “anomalie” che potranno essere utilizzate per studiare e censire i sistemi planetari nella nostra galassia. Roman sarà così sensibile da rivelare anche pianeti piccoli come Marte o Mercurio!

microlensing
Il fenomeno del microlensing: la sorgente (in alto) appare più brillante quando una stella lente passa lungo la linea di vista. Se la lente è accompagnata da un pianeta, la luminosità mostra anche una breve anomalia. Credits: © ESA


Quali differenze tra le caratteristiche dei pianeti extrasolari che andrà a scoprire
Roman e quelle dei pianeti che ha osservato Kepler e che osserva TESS?

Il metodo del microlensing, utilizzato da Roman, è in grado di scoprire pianeti in orbite medio-larghe intorno alle rispettive stelle. Al contrario, sia Kepler che TESS, utilizzano il metodo dei transiti, in cui si misura l’eclisse parziale prodotta dal pianeta che oscura parte della sua stella. Questi due satelliti, quindi, hanno scoperto tipicamente pianeti molto vicini alle rispettive stelle.

Ipotizzando di osservare una copia del Sistema Solare, Kepler e TESS potrebbero vedere Mercurio o Venere, nel caso di un buon allineamento. Roman, invece, avrebbe ottime probabilità di rivelare tutti i pianeti da Marte a Nettuno.

Un’altra differenza è che Roman scoprirà pianeti distribuiti lungo tutta la linea di vista fino al centro della Galassia, consentendo un’indagine molto più ampia della distribuzione dei pianeti di quanto si possa fare con altri metodi, tipicamente limitati al vicinato del Sole. Purtroppo, però, i pianeti scoperti col microlensing non si prestano ad indagini approfondite, poiché, una volta terminato l’effetto di amplificazione, i pianeti tornano ad essere inosservabili e sono perduti per sempre.

In definitiva, la conoscenza dei pianeti nella nostra Galassia passa per il confronto tra diversi metodi di indagine complementari. Ognuno ci aiuta a comprendere una parte di un puzzle che si rivela sempre più complesso, mano mano che scopriamo mondi sempre più sorprendenti.

 

Nancy Grace Roman, in una foto NASA del 2015, in pubblico dominio