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Le zanne “high-tech” dei cobra sputatori

Un nuovo studio condotto da un team internazionale di ricercatori di varie università, tra cui la Sapienza Università di Roma, ha indagato la capacità di questi serpenti di difendersi dagli aggressori spruzzando veleno dalle proprie zanne fino a più di tre metri di distanza: la ricerca, pubblicata su Journal of Experimental Biology, ha dimostrato che tale abilità è dovuta alle peculiari caratteristiche morfologiche delle zanne più che alle proprietà fisiche del veleno.

Un rinkhals (Hemachatus haemachatus), serpente elapide imparentato con i “veri” cobra (genere Naja), nell’atto di sputare veleno. Photo credit: The Trustees of the Natural History Museum of London e Callum Mair

I cobra sono serpenti del genere Naja, che iniettano veleno altamente tossico nel corpo delle loro prede attraverso zanne specializzate, provviste di una scanalatura interna, che funzionano esattamente come una siringa ipodermica. Fra questi, ci sono i cobra “sputatori”, capaci di utilizzare il veleno non solo per predazione ma anche per difesa, spruzzandolo dalle loro zanne negli occhi dei loro aggressori, fino a più di 3 metri di distanza. L’effetto del veleno a contatto con gli occhi è devastante, causando dolore intenso e, nei casi più gravi, cecità.

Si pensava che questo comportamento unico avesse portato i cobra sputatori a evolvere un veleno con proprietà fluidodinamiche più adatte per essere proiettato a distanza. Oggi un nuovo studio a cui hanno collaborato ricercatori della Sapienza Università di Roma, pubblicato sulla rivista Journal of Experimental Biology, ha dimostrato invece che sono le caratteristiche morfologiche peculiari delle zanne dei cobra sputatori, come lo sbocco esterno del canale rivolto più anteriormente rispetto ai cobra non sputatori, a favorire il getto direzionabile del veleno.

La scoperta è di un giovane laureato del Dipartimento di Biologia e biotecnologie Charles Darwin della Sapienza, Ignazio Avella, vincitore di una borsa di studio del Journal of Experimental Biology e primo nome del lavoro condotto in collaborazione con Riccardo Castiglia, dello stesso Dipartimento, e ricercatori delle università di Porto (Portogallo), Sheffield (Inghilterra) e Bangor (Galles), e della Liverpool School of Tropical Medicine (Inghilterra).

cobra sputatori zanne
Cobra sputatore del Mozambico (Naja mossambica). Photo credit: Wolfgang Wüster

In particolare, per indagare le proprietà del flusso del veleno lungo le zanne, il team ha confrontato la viscosità dei veleni prodotti da 13 specie di cobra, sputatori e non sputatori, provenienti da tutto il mondo. Sorprendentemente, sebbene le zanne dei cobra sputatori siano risultate modificate per permettere al veleno di scorrere attraverso il canale interno più velocemente e con una pressione inferiore rispetto ai cobra non sputatori, non sembrano esserci differenze significative nelle proprietà fisiche dei veleni prodotti dalle due tipologie di cobra.

I ricercatori sono giunti anche ad altri risultati inaspettati. Rispetto a studi precedenti condotti su scala minore, che avevano ipotizzato che il veleno modificasse le sue proprietà in base ad altri fattori, come la velocità (comportandosi come un fluido pseudoplastico non Newtoniano), in questo lavoro è stato visto che i veleni si comportano invece come l’acqua, vale a dire come un normale fluido Newtoniano che non modifica le proprie proprietà, mettendo in discussione quanto riportato nei lavori precedenti.

Escluso quindi il ruolo del veleno, i risultati dello studio suggeriscono che la morfologia particolare delle zanne dei cobra sputatori contribuisce all’eiezione aerea del veleno più che le proprietà fisiche dello stesso.

Riferimenti:

Unexpected lack of specialisation in the flow properties of spitting cobra venom – Avella I., Barajas-Ledesma E., Casewell N. R., Harrison R. A., Rowley P. D., Crittenden E., Wüster W., Castiglia R., Holland C., van der Meijden A. (2021). Journal of Experimental Biology. doi:10.1242/jeb.229229

Testo dal Settore Ufficio stampa e comunicazione Sapienza Università di Roma

 

Lupo: l’ibridazione con il cane domestico mette a rischio la conservazione della specie

Lo studio, condotto da ricercatori Sapienza, ha stimato nel Parco nazionale dell’Appennino tosco-emiliano e nelle zone circostanti dell’Appennino settentrionale una prevalenza di ibridazione del 70%, sulla base di 152 campioni raccolti, corrispondenti a 39 lupi in 7 branchi differenti. I risultati del lavoro, pubblicati sulla rivista The Journal of Wildlife Management, evidenziano la necessità di arginare il fenomeno per preservare l’integrità genetica del lupo.

 

L’integrità genetica del lupo italiano è sempre più minacciata dall’ibridazione con il cane domestico. È quanto dimostrato in un recente studio condotto dalla Sapienza Università di Roma in collaborazione con il Parco nazionale dell’Appennino tosco-emiliano, l’Istituto superiore per la ricerca e la protezione ambientale (Ispra) e il Centre Nationale de la Recherche Scientifique (Francia), pubblicato sulla rivista The Journal of Wildlife Management.

lupo cane ibridazione
Ibridi di Cerreto. Foto di Luigi Molinari

Il cane domestico è il risultato di una forte selezione attuata dall’uomo e di millenni di isolamento riproduttivo dal lupo. Nel tempo il cane ha sviluppato forme e comportamenti più appropriati alle necessità dell’uomo e profondamente diversi rispetto al suo progenitore selvatico. Dal punto di vista biologico, il cane e il lupo sono la stessa specie e in determinate circostanze possono accoppiarsi e generare ibridi fertili. Eppure, nonostante l’ibridazione con il lupo sia occasionalmente avvenuta fin dall’origine stessa della domesticazione del cane, oggi il timore è che il fenomeno sia in forte aumento a causa dell’espansione del lupo in aree maggiormente antropizzate, dove il rapporto numerico risulta ampiamente a favore della popolazione canina.

“Dai primi rari avvistamenti di ibridi negli anni ’70 e ’80, il fenomeno è stato ampiamente sottovalutato negli anni successivi – spiega Paolo Ciucci del Dipartimento di Biologia e biotecnologie Charles Darwin della Sapienza Università di Roma, coordinatore lo studio. “Questo sia per le difficoltà tecniche intrinseche all’identificazione degli individui ibridi, inclusi i re-incroci di successiva generazione, sia per le complesse e delicate implicazioni gestionali del fenomeno. Inoltre, ad oggi sono stati pochi gli studi che hanno realmente quantificato l’ibridazione tra cane e lupo secondo parametri popolazionistici e modelli statistici adeguati, mentre gli strumenti di cui oggi disponiamo ci permettono di produrre stime più accurate”.

Sulla base di 152 campioni raccolti, corrispondenti a 39 lupi in 7 branchi differenti, i ricercatori hanno stimato una prevalenza di ibridazione del 70%, con individui ibridi presenti in almeno 6 dei 7 branchi monitorati. Inoltre, attraverso la ricostruzione genealogica è stato accertato che in almeno due di questi branchi gli individui ibridi godono dello status di riproduttori, e sono in grado quindi di tramandare le varianti genetiche di origine canina alle generazioni successive.

Nonostante la presenza di casi di ibridazione fosse stata originariamente ipotizzata, se si considerano gli effetti potenzialmente negativi che i geni di origine canina possono avere per la sopravvivenza del lupo allo stato selvatico, i risultati dello studio evidenziano uno scenario allarmante per la conservazione della specie e per la tutela della sua identità genetica.

“Grazie a una rete di collaboratori con competenze complementari, che ci ha permesso di applicare adeguate strategie di campionamento, congiuntamente a metodi formali di stima demografica e a tecniche di diagnosi genetica particolarmente efficienti, nel nostro lavoro abbiamo prodotto una stima accurata del fenomeno su scala locale – aggiunge Nina Santostasi, ricercatrice dello stesso Dipartimento e prima autrice dello studio. “I risultati che abbiamo ottenuto sottolineano con enfasi come le presunte barriere riproduttive comportamentali tra cani e lupi, o la diluizione di geni di origine canina nella popolazione di lupo, non siano da sole sufficienti a prevenire l’ibridazione e il suo dilagare all’interno della popolazione di lupo. Purtroppo, con ogni probabilità, questa situazione non è limitata all’area in cui abbiamo lavorato ed è fondamentale replicare con urgenza lo stesso tipo di studio anche nelle altre aree dell’areale della specie”.

I risultati dello studio evidenziano quanto sia fondamentale non ignorare il fenomeno e mettere in campo tutte le migliori competenze e capacità gestionali per preservare l’integrità genetica del lupo. Ma non solo, è necessario informare e sensibilizzare l’opinione pubblica sul rischio di estinzione genomica. “È questo un concetto molto più difficile da comprendere e condividere di quanto non lo sia stato il rischio di estinzione demografica quando, nei primi anni ’70, l’Italia si è detta favorevole alla protezione legale della specie – conclude Ciucci. “Paradossalmente, 50 anni più tardi, è la stessa identità genetica del lupo che è messa a rischio come conseguenza delle dinamiche espansive della specie, dell’elevato numero di cani vaganti e dell’inerzia gestionale”.

Le tecniche genetiche utilizzate dai ricercatori per identificare gli ibridi, che utilizzano il DNA estratto dagli escrementi di lupo, sono state messe a punto nel laboratorio di Genetica della Conservazione dell’Istituto superiore per la ricerca e la protezione ambientale (Ispra), da anni attivo nel settore.

La stima della prevalenza degli ibridi è stata effettuata nella popolazione di lupo che vive nel Parco nazionale dell’Appennino tosco-emiliano e nelle zone circostanti dell’Appennino settentrionale, un’area centrale e strategica della distribuzione del lupo nell’Appennino, dove i primi individui ibridi, o comunque morfologicamente devianti rispetto allo standard morfologico del lupo, erano già stati osservati dalla fine degli anni ’90.

Riferimenti:

Estimating Admixture at the Population Scale: Taking Imperfect Detectability and Uncertainty in Hybrid Classification Seriously – Nina L. Santostasi, Olivier Gimenez, Romolo Caniglia, Elena Fabbri, Luigi Molinari, Willy Reggioni, Paolo Ciucci – The Journal of Wildlife Management https://doi.org/10.1002/jwmg.22038

 

Testo, foto e video dal Settore Ufficio stampa e comunicazione Sapienza Università di Roma

Conversazioni crittografate: quando le leggi della fisica proteggono i dati sensibili

Un nuovo studio Sapienza, frutto della collaborazione tra due gruppi sperimentali del Dipartimento di Fisica, dimostra come, attraverso l’impiego di un nuovo tipo di emettitori di fotoni, i quantum dots, sia possibile garantire un ulteriore livello di sicurezza per i dati trasmessi in un canale di comunicazione, sia che si tratti di una conversazione telefonica che una transazione bancaria. La ricerca, pubblicata su Science Advances, ha previsto lo sviluppo sperimentale del primo canale di comunicazione quantistica tra due edifici all’interno del campus Sapienza.

Comunicare a distanza è diventata la regola nella vita di tutti i giorni sia per contattare privatamente amici o conoscenti, che per inviare dati sensibili, come ad esempio nelle transazioni bancarie.

Diventa quindi di fondamentale importanza creare un apparato di protezione che renda sicuro lo scambio di dati, salvaguardandoli da potenziali intrusi. Infatti gli attuali mezzi di comunicazione sono intrinsecamente vulnerabili e il loro livello di sicurezza dipende esclusivamente dalle capacità tecnologiche dell’intruso.

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Conversazioni crittografate: quando le leggi della fisica proteggono i dati sensibili, con lo sviluppo sperimentale del primo canale di comunicazione quantistica tra due edifici

Una soluzione a questo problema è stata individuata nella meccanica quantistica, che fornisce sistemi oggi conosciuti con la denominazione di “distribuzione a chiave quantistica”, in cui la sicurezza della comunicazione è garantita dalle leggi della fisica stessa: in una comunicazione crittografata, due utenti usano una chiave segreta per codificare un qualsiasi messaggio che diventa incomprensibile all’esterno. Questa chiave viene trasmessa, come suggerisce il nome, utilizzando segnali quantistici.

La sicurezza di tali protocolli è garantita dalla impossibilità di duplicare esattamente uno stato quantistico sconosciuto, una peculiare proprietà che rende visibile la presenza di un eventuale intruso nel canale di comunicazione. Nonostante questo tipo di soluzione sia già stata studiata e implementata sperimentalmente negli ultimi anni grazie all’aiuto delle tecnologie ottiche, una delle sfide più difficili da affrontare è quella di ottimizzare la generazione dei portatori di informazione quantistica per tale scopo, ovvero i singoli fotoni, e la loro peculiare proprietà di correlazione a distanza, l’entanglement quantistico.

Foto del gruppo Nanophotonics

Oggi un nuovo studio della Sapienza Università di Roma, frutto della collaborazione sinergica tra due gruppi sperimentali del Dipartimento di Fisica, il gruppo Nanophotonics coordinato da Rinaldo Trotta e il gruppo Quantum Lab coordinato da Fabio Sciarrino, dimostra come sia possibile garantire un ulteriore livello di sicurezza per i dati trasmessi in un canale di comunicazione attraverso l’impiego di un nuovo tipo di emettitori di fotoni, i quantum dots.

Foto del gruppo Quantum Lab

I quantum dots, o punti quantici, sono nanostrutture le cui dimensioni sono migliaia di volte più piccole di un capello umano ed è stato dimostrato che, sotto opportune condizioni, sono in grado di generare coppie di fotoni entangled di altissima qualità.

conversazioni crittografate fisica quantistica dati sensibili
Conversazioni crittografate: quando le leggi della fisica proteggono i dati sensibili, con lo sviluppo sperimentale del primo canale di comunicazione quantistica tra due edifici

Per raggiungere i risultati pubblicati sulla rivista Science Advances, i giovani ricercatori hanno realizzato il primo canale di comunicazione quantistica sviluppato all’interno del campus della Sapienza, un’infrastruttura per la distribuzione in aria di una chiave crittografata tra due strutture del Dipartimento di Fisica, l’edificio Marconi e l’edificio Fermi, distanti oltre 250 metri: il “mittente Marconi”, con un dispositivo a quantum dot, produce coppie di fotoni entangled, usate per creare a distanza due copie uniche di una chiave segreta e il “destinatario Fermi” che riceve una sequenza di fotoni singoli da cui estrae la sua copia della chiave segreta. Questa può essere utilizzata per inviare messaggi privati, come avviene nelle comuni conversazioni sul sistema di messaggistica WhatsApp.

Schema di network quantistico

La realizzazione di un tale canale in aria ha comportato la necessità di contrastare gli effetti ambientali di disallineamento. Difficoltà risolta con successo attraverso l’applicazione di un metodo di stabilizzazione attiva della luce.

“Uno degli aspetti più affascinanti di questo esperimento – commenta Francesco Basso Basset, assegnista di ricerca del gruppo Nanophotonics – è stata la realizzazione del sistema trasmissione-ricezione in aria tra i due edifici, cosa nuova per noi, abituati a portare avanti la ricerca solitamente nella stessa stanza di laboratorio”.

Conversazioni crittografate: quando le leggi della fisica proteggono i dati sensibili, con lo sviluppo sperimentale del primo canale di comunicazione quantistica tra due edifici

Durante l’esperimento, una coppia di singoli fotoni entangled è stata infatti separata e mandata alle due estremità del canale, permettendo così la condivisione di una chiave segreta grazie alla correlazione quantistica.

“In questo protocollo, è possibile condividere una stringa di bit, che forma la chiave segreta, sfruttando l’entanglement quantistico che è presente nei due singoli fotoni – spiega Mauro Valeri, dottorando del gruppo QuantumLab. “Un altro aspetto rilevante sta nel fatto che la meccanica quantistica ci fornisce gli strumenti per capire se ci sono eventuali intrusi nel canale: se un intruso vuole appropriarsi dei segnali inviati, possiamo immediatamente identificarlo misurando nei nostri laboratori l’avvenuta perdita dell’entanglement”.

conversazioni crittografate fisica quantistica dati sensibili
Conversazioni crittografate: quando le leggi della fisica proteggono i dati sensibili, con lo sviluppo sperimentale del primo canale di comunicazione quantistica tra due edifici

“La novità di questo studio – aggiunge Fabio Sciarrino – è costituita dall’introduzione dei punti quantici nel campo della comunicazione quantistica; infatti, a differenza delle soluzioni del passato, questi dispositivi non si basano su un processo fisico probabilistico e possono ambire a fornire fotoni “on demand”, fattore di rilevanza fondamentale per la realizzazione sperimentale di molti protocolli di comunicazione quantistica a distanza.”

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Conversazioni crittografate: quando le leggi della fisica proteggono i dati sensibili, con lo sviluppo sperimentale del primo canale di comunicazione quantistica tra due edifici

“Il quantum dot – conclude Rinaldo Trotta – ha tutti i requisiti per essere tra i più promettenti emettitori di segnali ottici nel campo della comunicazione quantistica, e questo esperimento dimostra che un suo utilizzo nei network quantistici del futuro è possibile. Siamo convinti che questa sia solamente la punta dell’iceberg e molte altre scoperte verranno fatte partendo da questo studio; il prossimo passo da fare sarà l’aumento della velocità di trasmissione, realizzando quantum dot con una efficienza di emissione sempre più alta. L’obiettivo è di condurre questa tecnologia ad una implementazione su scala globale.”

Conversazioni crittografate: quando le leggi della fisica proteggono i dati sensibili, con lo sviluppo sperimentale del primo canale di comunicazione quantistica tra due edifici

Riferimenti:

Quantum key distribution with entangled photons generated on-demand by a quantum dot – Francesco Basso Basset, Mauro Valeri, Emanuele Roccia, Valerio Muredda, Davide Poderini, Julia Neuwirth, Nicolò Spagnolo, Michele B. Rota, Gonzalo Carvacho, Fabio Sciarrino and Rinaldo Trotta – Science Advances (2021) DOI: 10.1126/sciadv.abe6379

Testo e foto dal Settore Ufficio stampa e comunicazione Sapienza Università di Roma

Il satellite WildTrackCube-SIMBA è pronto al lancio

È stata completata il 12 febbraio a Mosca (Russia) l’installazione del CubeSat WildTrackCube-SIMBA (System for Improved Monitoring of the Behavior of Animals) nel sistema di lancio della GK Launch Services. Il satellite è stato sviluppato da studenti e ricercatori del laboratorio S5Lab – Sapienza Space Systems and Space Surveillance Laboratory coordinato da Fabrizio Piergentili e Fabio Santoni dei dipartimenti DIMA e DIAEE di Sapienza Università di Roma, in collaborazione con Machakos University (Kenya) e University of Nairobi (Kenya). Il progetto è supportato dall’Agenzia Spaziale Italiana e dall’Agenzia Spaziale del Kenya nell’ambito del programma IKUNS (Italian-Kenyan University Nano-Satellites). La missione è risultata vincitrice nel 2019 del concorso internazionale “Win a free launch of 1U Cubesat on the first commercial mission of GK Launch Services”, promosso dalla International Astronautical Federation e dalla compagnia di lancio GK Launch Services.

WildTrackCube-SIMBA
Figura 1: Gli studenti Sapienza con il satellite nella camera pulita del sito di integrazione

Nell’ambito del programma IKUNS, è già stato lanciato con successo il CubeSat 1KUNS-PF, primo nano-satellite kenyano, sviluppato in collaborazione con Sapienza, ed è previsto nei prossimi mesi il lancio del nano-satellite IKUNS-B/LEDSAT. WildTrackCube-SIMBA è il terzo nano-satellite sviluppato nell’ambito di collaborazioni internazionali dagli studenti dei Corsi di Ingegneria Aerospaziale della Sapienza, dopo URSA-MAIOR (lanciato a giugno 2017) e 1KUNS-PF (lanciato a maggio 2018).

Figura 3: Il CubeSat WildTrackCube-SIMBA pronto per l’integrazione

Il CubeSat 1U (100 x 100 x 113.5 mm) è stato concepito dalle tre università come dimostratore tecnologico di un sistema innovativo di tracciamento della fauna selvatica nei parchi nazionali del Kenya, per studiare il comportamento degli animali, anche in vista di una riduzione dei pericoli legati al loro sconfinamento, con ingenti danni alle colture e, nei casi più gravi, con la perdita di vite umane. Il satellite sarà in grado di ricevere la posizione e i dati sanitari degli animali, dotati di un collare, e di ritrasmetterli alle stazioni di terra, così da garantire il tracciamento e il monitoraggio della fauna interessata dall’esperimento. Tali dati saranno ricevuti ed elaborati in collaborazione con le Università kenyane partecipanti al progetto.

WildTrackCube-SIMBA
Figura 2: Il satellite WildTrackCube-SIMBA durante l’integrazione nel deployer di lancio. (Credit GK Launch Services/Aerospace Capital)

Durante le attività di integrazione avvenute a Mosca, i quattro studenti della Sapienza hanno potuto partecipare a tutte le operazioni di integrazione del satellite nel sistema di separazione del lanciatore. Il satellite, così preparato al lancio, è in trasferimento verso il Cosmodromo di Baikonur (Kazakhstan), da dove sarà lanciato a bordo di un razzo Soyuz/Fregat il 20 marzo 2021.

 

Testo dal Settore Ufficio stampa e comunicazione Sapienza Università di Roma

COME LA PANDEMIA COVID-19 CAMBIA LA CAPACITÀ DI LEGGERE IL VOLTO UMANO

Studio promosso da UniTo ha coinvolto 122 soggetti con il compito di giudicare lo stato emotivo e il grado di affidabilità espresso da alcune fotografie di volti. Il lavoro, che riflette sull’opportunità di un impiego più diffuso delle mascherine trasparenti, è stato pubblicato sulla rivista Scientific Reports

volto COVID
Foto di Christo Anestev 

Uno studio, nato in seno al progetto europeo FACETS dell’Università di Torino, ha analizzato in che modo la pandemia di Covid-19 ha cambiato la capacità di leggere il volto ed è stato appena pubblicato sull’autorevole rivista Scientific Reports (del gruppo Nature). La ricerca si basa su un esperimento di psicologia sociale, svolto online durante la primavera 2020, che ha coinvolto 122 soggetti, che avevano il compito di giudicare lo stato emotivo e il grado di affidabilità espresso da alcune fotografie di volti.

Nell’ultimo anno le mascherine sanitarie di ogni foggia e fattezza sono diventate arredo comune del nostro quotidiano, tanto da comportare alcuni effetti collaterali nella comunicazione non verbale. Il lavoro è stato condotto da Marco Viola (Dipartimento di Filosofia e Scienze dell’Educazione, Università di Torino), in collaborazione con Marco Marini, dottorando di psicologia all’Università La Sapienza di Roma, Alessandro Ansani (Università di Roma Tre), Fabio Paglieri (ISTC-CNR) e Fausto Caruana (IN-CNR).

Di norma, siamo piuttosto bravi ad associare un’emozione a una determinata espressione del volto. Ma quando questo è mascherato, facciamo molta più fatica”, sottolinea Marco Marini. Durante l’esperimento, mentre 41 soggetti hanno visto dei volti scoperti, ad altri 40 venivano presentati dei volti mascherati. “Come prevedibile, i soggetti che vedono volti mascherati compiono molti più errori nel riconoscere le emozioni che questi esprimono”, spiega Alessandro Ansani, “confermando l’importanza della regione orofacciale nella decodifica delle emozioni”. Inoltre, aggiunge Fabio Paglieri, “quelle stesse facce che senza maschera sono reputate inaffidabili ci incutono, quando mascherate, molta meno diffidenza”.

Ma il risultato più originale dello studio riguarda un terzo gruppo di 41 soggetti, che ha dovuto giudicare emozioni ed affidabilità in volti coperti da una mascherina con una finestra di plastica trasparente che lascia intravedere la bocca. In quest’ultimo gruppo, infatti, la percezione delle emozioni è inalterata, mentre l’impressione di inaffidabilità è solo parzialmente attutita. In una seconda fase dell’esperimento, ai soggetti sono state mostrate diverse facce prive di maschera chiedendo loro di indicare se le avessero già incontrate durante il compito precedente. In questo caso, le maschere trasparenti non hanno mostrato alcun vantaggio rispetto a quelle tradizionali.

Questo risultato ci invita a riflettere sull’opportunità di un impiego più diffuso delle mascherine trasparenti, per lo meno in certi contesti dove la comunicazione non verbale gioca un ruolo importante”, commenta Fausto Caruana, “anche perché vedere un sorriso non è solo un atto di percezione fredda, dall’esterno, ma può dare adito anche a fenomeni di contagio emotivo, che promuove affiliazione”.

L’idea dello studio, oltre che alla nostra quotidianità, è stata ispirata anche da alcune discussioni con i colleghi del progetto europeo FACETS (Estetiche del volto nelle società telematiche contemporanee), qui all’Università di Torino, che ha sponsorizzato lo studio”, precisa Marco Viola.

 

Testo dall’Ufficio Stampa dell’Università degli Studi di Torino sullo studio pubblicato su Scientific Reports che ha analizzato in che modo la pandemia di COVID-19 ha cambiato la capacità di leggere il volto.

COVID-19 e Diabete: ad aumentare il rischio di contrarre l’infezione da SARS-CoV-2, non un singolo fattore, ma la contemporanea presenza di più fattori di rischio cardio-metabolici 

Due nuovi studi, frutto della collaborazione tra i poli assistenziali della Sapienza, Policlinico Umberto I, Sant’Andrea e Santa Maria Goretti di Latina, hanno fatto luce sulla popolazione diabetica affetta da Covid-19, identificando una pluralità di fattori di rischio il cui comune denominatore è l’insulino-resistenza. I risultati dei lavori sono stati pubblicati sulle riviste Diabetes Research and Clinical Practice e Cardiovascular Diabetology

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Foto di Gerd Altmann

 

Due studi interdisciplinari, portati a termine grazie a una stretta collaborazione tra i reparti di diabetologia, di malattie infettive e di terapia intensiva dei tre poli assistenziali della Sapienza, Policlinico Umberto I, Sant’Andrea e Santa Maria Goretti di Latina, hanno fatto luce sulle caratteristiche della popolazione diabetica affetta da COVID-19.

I lavori, coordinati da Raffaella Buzzetti, Claudio Maria Mastroianni e Francesco Pugliese, hanno identificato i principali fattori che, nelle persone affette da diabete mellito, sono maggiormente associati a una prognosi peggiore di infezione da SARS-CoV-2, ovvero la plurimorbidità cardio-metabolica, la bronco-pneumopatia cronica ostruttiva e l’insufficienza renale cronica, il cui comune denominatore è l’insulino-resistenza.

In particolare, nel primo studio, pubblicato sulla rivista Diabetes Research and Clinical Practice, organo ufficiale della International Diabetes Federation (IDF), i ricercatori hanno confrontato pazienti con diabete mellito ricoverati per l’infezione da SARS-CoV-2 con pazienti che non hanno contratto l’infezione. “Questo – spiega Raffaella Buzzetti, del Dipartimento di Medicina sperimentale della Sapienza – ci ha permesso di osservare la presenza di bronco-pneumopatia cronica ostruttiva e l’insufficienza renale cronica come le principali patologie “accessorie” che predispongono la popolazione diabetica a un aumentato rischio di ospedalizzazione per la malattia COVID-19”.

Il secondo lavoro, pubblicato sulla rivista Cardiovascular Diabetology, ha approfondito i dati ottenuti dal team nel primo studio, dimostrando che i pazienti ospedalizzati per COVID-19 presentano molteplici e concomitanti patologie cardio-metaboliche, quali il diabete mellito, l’ipertensione e la dislipidemia (ovvero l’aumento del colesterolo plasmatico e dei trigliceridi).

“I nostri risultati – conclude Buzzetti – sottolineano l’importanza di una buona prevenzione cardiovascolare primaria, da esplicare attraverso uno stretto controllo dei fattori di rischio per il cuore e i vasi sanguigni, al fine di ridurre gli accessi in terapia intensiva e la mortalità tra i pazienti affetti da COVID-19”.

La collaborazione scientifica dietro questi importanti studi ha dato vita al gruppo di ricerca interdisciplinare “Coronavirus & Diabetes (CoViDiab) Study Group”, cui hanno presso parte diverse unità operative del Policlinico Umberto I (l’Unità di Diabetologia diretta da Raffaella Buzzetti, i reparti di anestesia e rianimazione coordinati da Francesco Pugliese, i reparti di malattie infettive coordinati da Claudio Mastroianni, il reparto di anestesia e rianimazione dell’Ospedale Sant’Andrea guidato da Monica Rocco, il reparto di malattie infettive dell’Ospedale Santa Maria Goretti di Latina guidato da Miriam Lichtner e i reparti di Diabetologia e di Rianimazione dell’Università Campus Biomedico coordinati rispettivamente da Paolo Pozzilli e da Felice Eugenio Agrò.

Riferimenti:

Clinical features of patients with type 2 diabetes with and without Covid-19: a case control study (CoViDiab I) – Ernesto Maddaloni, Luca D’Onofrio, Francesco Alessandri, Carmen Mignogna, Gaetano Leto, Lucia Coraggio, Sara Sterpetti, Giuseppe Pascarella, Ivano Mezzaroma, Miriam Lichtner, Paolo Pozzilli, Felice Eugenio Agrò, Monica Rocco, Francesco Pugliese, Claudio Maria Mastroianni, Raffaella Buzzetti, the CoViDiab Study group – Diabetes Research and Clinical Practice https://doi.org/10.1016/j.diabres.2020.108454

Cardiometabolic multimorbidity is associated with a worse Covid-19 prognosis than individual cardiometabolic risk factors: a multicentre retrospective study (CoViDiab II) – Ernesto Maddaloni, Luca D’Onofrio, Francesco Alessandri, Carmen Mignogna, Gaetano Leto, Giuseppe Pascarella, Ivano Mezzaroma, Miriam Lichtner, Paolo Pozzilli, Felice Eugenio Agrò, Monica Rocco, Francesco Pugliese, Andrea Lenzi, Rury R. Holman, Claudio Maria Mastroianni and Rafaella Buzzetti on behalf of the CoViDiab Study Group –Cardiovascular Diabetology (2020) https://doi.org/10.1186/s12933-020-01140-2

Testo dalla Sapienza Università di Roma sullo studio sulla popolazione con diabete mellito affetta da Covid-19, identificando una pluralità di fattori di rischio il cui comune denominatore è l’insulino-resistenza.

Che fine fanno le zanzare d’inverno? Una task force italiana guidata dal Dipartimento di Sanità pubblica e Malattie infettive della Sapienza ha avviato un progetto di citizen-science per ottenere una mappatura spaziale e temporale delle più pericolose specie di zanzare ormai presenti sul nostro territorio attraverso una nuova versione dell’app Mosquito Alert. Primo obiettivo: scoprire grazie alle segnalazioni dei cittadini dove vanno le zanzare nella stagione invernale.

Zanzara tigra (Aedes albopticus). Foto James Gathany/CDC  Centers for Disease Control and Prevention’s Public Health Image Library (PHIL), identification number #4487, in pubblico dominio

Le zanzare, si sa, non sono più quelle “di una volta”. Negli ultimi decenni, la globalizzazione e i cambiamenti climatici hanno portato alla diffusione in Italia e in Europa di specie di zanzare esotiche, un tempo confinate alle regioni tropicali, prima di tutte la famosa zanzara tigre (Aedes albopictus), ma anche altre specie meno note, come la zanzara giapponese (Aedes japonicus) e quella coreana (Aedes koreicus). Queste specie non solo hanno cambiato la vita di tutti noi a causa del loro comportamento di puntura aggressivo e diurno, ma hanno creato le condizioni per la trasmissione di virus esotici capaci di causare gravi patologie all’uomo. Per combattere questo pericoloso insetto, in Italia, è stata creata una task force nazionale coordinata dal gruppo di Entomologia Molecolare del Dipartimento di Sanità Pubblica dell’Università Sapienza di Roma, con la collaborazione dell’Istituto Superiore di Sanità (ISS), MUSE -Museo delle Scienze di Trento, dell’Istituto Zooprofilattico Sperimentale delle Venezie e dell’Alma Mater Studiorum Università degli Studi di Bologna. Il progetto si inserisce nell’ambito delle attività di sviluppo e ottimizzazione di strategie di sorveglianza e monitoraggio delle specie di zanzare invasive promosse dal progetto Europeo “Aedes Invasive Mosquito” COST ACTION (AIM-COST), coordinato dal gruppo della Sapienza, che vede ad oggi la partecipazione di ricercatori e professionisti di 41 paesi.

 Il gruppo di lavoro si avvale del prezioso contributo di Mosquito Alert, un’applicazione gratuita per telefoni cellulari, attraverso la quale ogni cittadino può inviare segnalazioni e fotografie di zanzare. Mosquito Alert è attiva dal 2014 in Spagna dove ha permesso di rilevare rapidamente l’espansione della zanzara tigre a regioni settentrionali fino a poco fa ancora esenti e la presenza di nuove specie invasive, grazie ad oltre 18.000 avvistamenti inviati da un’ampia rete di volontari. Mosquito Alert ha da oggi una dimensione internazionale grazie a due progetti finanziati dalla Comunità Europea – la AIM-COST Action e Versatile Emerging Infectious Disease Observatory (VEO) – che riuniscono 46 paesi in Europa ed in regioni limitrofe. È stata già tradotta in 17 lingue, Italiano incluso, e aggiornata rispetto alla versione del 2014. La nuova versione consente non solo l’invio di foto delle zanzare (aliene e non), ma anche segnalazioni delle punture ricevute. Attraverso una task force di oltre 50 esperti entomologi, le immagini inviate vengono identificate e archiviate per consentire  una valutazione su larga scala della diffusione e stagionalità delle diverse specie, impossibile da ottenere con strumenti entomologici convenzionali isolato per isolato in tutti i centri abitati dei paesi interessati.

 La presenza delle zanzare non va sottovaluta, nel 2017 un’epidemia del virus chikungunya, sostenuta dalla zanzara tigre, ha causato centinaia di infezioni nel Lazio e in Calabria, e nelle scorse settimane si sono registrati nel Vicentino i primi 10 casi autoctoni del più temibile virus della dengue. La trasmissione di questi virus a partire da viaggiatori infetti provenienti da regioni tropicali endemiche è diventata ormai la norma in molto paesi europei. Questi casi si sommano a quelli di un virus endemico nel nostro territorio – il virus del Nilo Occidentale – trasmesso dalla zanzara notturna nostrana (Culex pipiens), per il quale negli ultimi anni si è osservato un preoccupante aumento, probabilmente legato a un clima particolarmente favorevole al vettore. Secondo i dati del Centro Europeo per la Prevenzione e il Controllo delle malattie (E-CDC), nel 2020 ci sono stati 29 casi di virus del Nilo Occidentale in Italia e 1.688 casi in Europa, con 13 decessi.

  “L’Italia è certamente uno dei paesi europei in cui il rischio di un aggravarsi della trasmissione di malattie trasmesse da vettore è più elevato” sottolinea Beniamino Caputo responsabile della task force italiana “Per questo pensiamo che Mosquito Alert possa veramente rappresentare un significativo passo in avanti verso la mappatura spaziale e temporale delle più pericolose specie di zanzare ormai presenti sul nostro territorio e la sorveglianza di nuove invasioni. Per aiutare i cittadini a capire il significato e l’importanza del contributo che ci aspettiamo da loro, abbiamo creato un sito dedicato (https://www.allertazanzarevirus.com) che fornisce informazioni di base sulla biologia, i rischi sanitari e il controllo delle zanzare, e include una sezione dedicata a Mosquito Alert”.

 Ma ha senso impegnarsi in questo sforzo proprio ora che la bella stagione (per noi, ma anche per le zanzare) volge al termine? “Senz’altro sì spiega Caputo “non sappiamo molto sul comportamento delle zanzare nei mesi freddi. Sappiamo che la zanzara tigre produce uova ibernanti che schiuderanno la prossima primavera, ma sappiamo anche che adulti di questa specie e di Culex pipiens vengono segnalati anche d’inverno. Solo con il contributo attivo dei cittadini potremo capire quanto importante sia questo fenomeno nelle varie regioni, e utilizzare questo dato per sviluppare più efficaci strategie di controllo. Inoltre, i dati che speriamo di ricevere a partire dalle prossime settimane ci serviranno per tarare ed ottimizzare il sistema per il prossimo anno. Senz’altro la prossima primavera ci faremo risentire per una chiamata alle armi di tutti i cittadini che vogliono aiutarci nella lotta contro questi fastidiosi e pericolosi nemici!”.

Progetti in corso

 

Mosquito Alert è un progetto di citizen-science no-profit attivo in Spagna sin dal 2014 coordinato da CEAB-CSIC, CREAF e dall’Università Pompeu Fabra. Ad oggi ha ricevuto e analizzato 18.300 segnalazioni da parte dei cittadini e ha contribuito ad aggiornare le mappe della distribuzione di Aedes albopictus in Spagna e a segnalare il primo rilevamento di Aedes japonicus nel paese.

La Aedes Invasive Mosquito COST ACTION (AIM-COST) è un network di esperti pubblici e privati che operano nella ricerca, sorveglianza e controllo delle zanzare invasive finanziato dalla Comunità Europea. È stato creato nel 2018 e raggruppa oggi ricercatori e professionisti di 33 paesi Europei e di 9 partner internazionali sotto la coordinazione del gruppo di Entomologia Medica del Dipartimento di Sanità Pubblica e Malattie Infettive dell’Università di Roma SAPIENZA. Tra i suoi principali obiettivi, AIM-COST ha lo sviluppo di strategie di monitoraggio delle specie invasive di zanzare su scala nazionale ed europea tramite la combinazione di metodi entomologici convenzionali con attività di citizen science. Il progetto ha contribuito e contribuirà al passaggio di Mosquito Alert da una scala nazionale a quella europea.

 

 

Il Versatile Emerging Infectious Disease Observatory (VEO) è un progetto finanziato dalla Comunità Europea, partito a gennaio 2020, volto a creare un sistema di allarme per malattie infettive emergenti basato su evidenze scientifiche. La rivoluzione digitale, insieme alla “data science” e all’uso di tecnologie genomiche innovative, offre grandi opportunità per rilevare malattie infettive, grazie ad un processo iterativo tra esperti di tecnologia, data scientist, big data, medicina, entomologia, epidemiologia, scienziati sociali e scienziati il grazie al contributo attivo dei cittadini nella generazione di dati osservazionali. Il progetto ha contribuito alla creazione della nuova versione di Mosquito Alert, e si occuperà dell’elaborazione dei dati ottenuti e della loro integrazione con altri database di informazioni demografiche, geografiche e climatiche per sviluppare modelli descrittivi e predittivi per patologie potenzialmente pandemiche.

 

 

 

Testo dall’Ufficio Stampa Sapienza Università di Roma

28 salvi tutti! Così le politiche di conservazione hanno evitato l’estinzione di molti mammiferi e uccelli a rischio

Un nuovo studio internazionale, a cui ha preso parte la Sapienza, ha valutato l’impatto dei programmi di conservazione dal 1993 a oggi. I risultati del lavoro, pubblicati su Conservation Letters, hanno mostrato che sono state sottratte all’estinzione globale almeno 28 specie di uccelli e mammiferi, fra cui il pony della Mongolia, la lince pardina, l’amazzone di Portorico e il cavaliere nero

Il pony della Mongolia o cavallo di Przewalski, una delle 28 specie tra mammiferi e uccelli a rischio per le quali le politiche di conservazione stanno evitando l’estinzione. Foto di Henryhartley, CC BY-SA 3.0

La vita sulla Terra è il risultato di complessi equilibri dinamici che permettono i processi evolutivi e l’incredibile diversità biologica del pianeta. Le comunità biologiche però sono sempre più sottoposte a processi di deterioramento e impoverimento, principalmente dovuti all’azione dell’uomo, con effetti su scala globale e locale.

Numerosi studi hanno confermato che la maggior parte delle estinzioni di specie autoctone avvenute negli ultimi decenni è imputabile alle attività antropiche, tra le quali lo sviluppo di infrastrutture di comunicazione, l’espansione di produzioni industriali e agricole intensive e, più in generale, allo sfruttamento delle risorse non rinnovabili.

È su questi fattori che agiscono in tutto mondo le politiche e i programmi di conservazione per ristabilire una relazione di coevoluzione tra i sistemi naturali e quelli umani. Ma qual è realmente il loro impatto sulla tutela della biodiversità?

Oggi un nuovo studio internazionale coordinato dall’Università di Newcastle (Regno Unito) con la partecipazione di un team di 137 esperti da tutto il mondo, tra i quali Carlo Rondinini del Dipartimento di Biologia e biotecnologie Charles Darwin della Sapienza, ha identificato i programmi di protezione che più si sono dimostrati capaci di prevenire le estinzioni fra le specie di uccelli e animali a maggiore rischio di estinzione secondo la Red List della International Union for Conservation of Nature (IUCN). I risultati del lavoro, pubblicati sulla rivista Conservation Letters, hanno mostrato che dal 1993 a oggi sono state salvate dall’estinzione globale almeno 28 specie di uccelli e mammiferi, fra queste il pony della Mongolia (cavallo di Przewalski Equus ferus), la lince pardina (lince iberica Lynx pardinus), l’amazzone di Portorico (Amazona vittata) e il cavaliere nero (Himantopus novaezelandia).

Carlo Rondinini, che dirige il Global Mammal Assessment – un’iniziativa in partnership tra Sapienza e IUCN – ha coordinato l’analisi dei dati relativi ai mammiferi. “Senza programmi di conservazione – spiega Rondinini – a oggi il tasso di estinzione delle specie analizzate sarebbe stato dalle 3 alle 4 volte superiore a quello osservato: grazie a tali azioni, tra le numerose specie di mammiferi a rischio, quattordici di queste hanno beneficiato di interventi di carattere legislativo, come restrizioni sul commercio, e nove sono state soggette a interventi di reintroduzione e conservazione ex-situ in giardini zoologici. Si pensi al pony della Mongolia, estinto in natura negli anni ‘60 del secolo scorso. Nel 1990 sono iniziati gli interventi di reintroduzione, e nel 1996 il primo individuo è nato in ambiente selvatico. Ora oltre 760 cavalli di Przewalski vivono liberi nelle steppe della Mongolia”.

Per quanto riguarda gli uccelli, lo studio ha evidenziato che ventuno specie hanno beneficiato del controllo delle specie invasive, 20 della conservazione ex-situ e 19 della circoscrizione di aree protette. Uno dei volatili valutati dal team è l’amazzone di Portorico, un piccolo pappagallo endemico dell’isola di Portorico. La sua popolazione, un tempo abbondante, ha raggiunto la dimensione minima nel 1975, quando solo 13 individui erano sopravvissuti in ambiente selvatico. Dal 2006 sono stati prodotti ingenti sforzi per reintrodurre la specie in un secondo sito, nella Riserva Statale del Rio Abajo, unico areale oggi popolato.

Purtroppo per alcune delle specie incluse nello studio, come la focena (o vaquita) del Golfo di California, sebbene le azioni di conservazione abbiano determinato un rallentamento del declino, potrebbe essere impossibile prevenire l’estinzione in natura.

“La crisi della biodiversità è di ampiezza tale che non possiamo permetterci altri fallimenti. Comprendere quali azioni di conservazione abbiano più speranza di successo nei diversi scenari è fondamentale per pianificare il futuro della biodiversità e del pianeta – afferma Carlo Rondinini. “In ogni caso, investire per evitare l’estinzione delle specie più a rischio è importante, ma queste specie sono solo la punta dell’iceberg. La maggior parte delle specie è in drammatico declino e molte rischieranno l’estinzione nei prossimi decenni. Per invertire la tendenza e supportare la diversità della vita sul nostro pianeta è necessario ridurre l’impatto quotidiano e pervasivo dei nostri sistemi di produzione e consumo di cibo ed energia, adottando stili di vita realmente sostenibili”.

 

Riferimenti

Bolam, F.C, Mair, L., Angelico, M., Brooks, T.M, Burgman, M., McGowan, P. J. K & Hermes, C. et al. (2020). How many bird and mammal extinctions has recent conservation action prevented? Conservation Letters, e12762. doi: https://doi.org/10.1101/2020.02.11.943902

 

Testo dall’Ufficio Stampa Sapienza Università di Roma sulle 28 specie tra mammiferi e uccelli a rischio per le quali le politiche di conservazione stanno evitando l’estinzione.

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.

Articolo a cura di Silvia Giomi e Piero Paduano

L’Universo in cui viviamo ci è in gran parte ignoto. La materia di cui siamo fatti noi, i pianeti, le stelle e tutti gli oggetti che osserviamo – e quindi conosciamo – ne costituisce meno del 5%. La restante parte dell’Universo è energia oscura (70%) e materia oscura (25%). Quest’ultima è detta “oscura” poiché, non emettendo radiazione elettromagnetica, rimane invisibile ai nostri strumenti, ma la sua presenza si rivela per via degli effetti gravitazionali osservati.

La ricerca delle particelle di materia oscura è una sfida che coinvolge da anni la comunità scientifica che si cimenta in esperimenti di osservazione diretta (in laboratori sotterranei come CERN, LNGS) e indiretta (nello spazio).

Tra i metodi indiretti vi è quello che sfrutta il fenomeno della superradianza dei buchi neri, esplorato approfonditamente nell’articolo Black hole superradiant instability from ultralight spin-2 fields, pubblicato sulla rivista Physical Review Letters.

Tale metodo è estremamente interessante anche perché si inserisce nel contesto della LGQ (Loop Quantum Gravity), teoria che cerca di unificare la meccanica quantistica e la relatività generale.

Abbiamo il piacere e l’onore di parlarne con il professor Paolo Pani, associato in Fisica Teorica presso il Dipartimento di Fisica della Sapienza Università di Roma, tra i protagonisti dello studio.

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Il buco nero supermassiccio nel nucleo della galassia ellittica Messier 87 nella costellazione della Vergine. Si tratta della prima foto diretta di un buco nero, realizzata dal progetto internazionale Event Horizon Telescope. Foto modificata Event Horizon TelescopeCC BY 4.0

 

In cosa consiste l’instabilità per superradianza, e in che modo la sfruttate per la vostra indagine?

La superradianza è un fenomeno che avviene in molti sistemi fisici quando un’onda riflessa da un oggetto viene amplificata a scapito dell’energia dell’oggetto stesso. Questo avviene anche per un buco nero, che può amplificare le onde elettromagnetiche o gravitazionali che “sbattono” su di esso. L’energia in eccesso viene presa dalla velocità di rotazione dell’oggetto, che diminuisce.

L’instabilità per superradianza è un fenomeno collegato: se le particelle del campo elettromagnetico (fotoni) o del campo gravitazionale (gravitoni) avessero una seppur minuscola massa, la radiazione amplificata per superradianza rimarrebbe intrappolata vicino al buco nero, generando un effetto a cascata che rallenta il buco nero fino quasi a fermare completamente la sua rotazione.

In questo caso l’energia in eccesso viene emessa in onde gravitazionali la cui frequenza è direttamente collegata all’ipotetica massa del campo. Se queste particelle ultraleggere esistessero, quindi, non dovremmo osservare buchi neri rotanti e ciascun buco nero si comporterebbe come un “faro” di onde gravitazionali.

 

Il fenomeno della superradianza ha qualche connessione con la radiazione di Hawking?

Sì, si può dire che la superradianza è la controparte “classica” della radiazione di Hawking, che è invece un effetto “quantistico”. La superradianza richiede che il buco nero ruoti, mentre nel caso della radiazione di Hawking il buco nero può rimanere statico. In questo caso la radiazione viene emessa spontaneamente, a scapito della massa del buco nero.

 

Può spiegarci quali sono i vantaggi di aver esteso il fenomeno al caso di campo tensoriale rispetto allo scalare e al vettoriale?

Il caso di campo tensoriale è strettamente collegato ad alcune teorie che prevedono una massa minuscola per il gravitone, una proprietà che potrebbe risolvere il problema della costante cosmologica e dell’energia oscura responsabile dell’espansione accelerata dell’universo.

Inoltre, campi tensoriali ultraleggeri sono ottimi candidati per spiegare la materia oscura che sembra permeare il cosmo ma che finora non si è riusciti a misurare in laboratorio. Il nostro studio mostra che i segnali di onde gravitazionali presenti e futuri permettono di ricercare queste particelle anche quando la loro massa è troppo piccola per essere vista in esperimenti terrestri, come negli acceleratori di particelle.

 

I vostri risultati sono condizionati dalla scelta della metrica di Kerr?

Nella teoria della gravitazione di Einstein, la relatività generale, la metrica di Kerr è l’unica possibile per descrivere un buco nero astrofisico. Nelle teorie che menzionavo sopra, tuttavia, possono esistere altre soluzioni che descrivono buchi neri differenti.

Nel nostro studio abbiamo fatto l’ipotesi standard che i buchi neri siano descritti dalla metrica di Kerr. Scelte differenti renderebbero i calcoli più laboriosi ma ci aspettiamo che non modifichino sostanzialmente il risultato: in presenza di campi ultraleggeri tutti i buchi neri rotanti sono instabili per superradianza ed emettono onde gravitazionali.

 

Quali porte si stanno aprendo e/o quali si stanno chiudendo sulla ricerca della materia oscura?

Il problema della materia oscura è che sappiamo davvero poco su di essa, e quindi svariate speculazioni teoriche sono possibili. Nel corso dei decessi alcuni modelli teorici sono divenuti più popolari di altri, ma l’ultima parola ce l’ha sempre l’esperimento: finché non scopriremo tracce di materia oscura oltre quelle ben note, non sarà possibile distinguere diversi modelli.

Gli esperimenti attuali atti a ricercare uno dei candidati più promettenti (le cosidette WIMPS, weakly interacting massive particles) hanno raggiunto precisioni tali che possono quasi escludere questa ipotesi. Un altro candidato molto promettente sono gli assioni, che sono appunto particelle ultraleggere che producono l’instabilita’ di superradianza dei buchi neri.

Penso che la risposta al problema della materia oscura arriverà da esperimenti innovativi, o magari proprio dai buchi neri, tramite segnali inaspettati di onde gravitazionali.

 

 

Riferimenti allo studio su instabilità per superradianza, buchi neri, materia oscura:

Black Hole Superradiant Instability from Ultralight Spin-2 Fields – Richard Brito, Sara Grillo, and Paolo Pani – Phys. Rev. Lett. 124, 211101 – Published 27 May 2020 DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.124.211101