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Astronomia

Cha 1107-7626, un pianeta vagabondo che cresce a ritmo record

By ScientifiCult 2 Ottobre 2025

Cha 1107-7626, un pianeta vagabondo cresce a ritmo record

Situato a circa 620 anni luce di distanza, il pianeta vagabondo Cha 1107-7626, circa 5-10 volte più massiccio di Giove, non orbita attorno a una stella. E sta divorando il materiale da un disco che lo circonda a una velocità di sei miliardi di tonnellate al secondo: la più alta mai rilevata per qualsiasi tipo di pianeta. A guidare la scoperta, pubblicata oggi su ApJL, è stato Víctor Almendros-Abad dell’INAF di Palermo.

Rappresentazione artistica di Cha 1107-7626. Situato a circa 620 anni luce di distanza, questo pianeta vagabondo è circa 5-10 volte più massiccio di Giove e non orbita attorno a una stella. Sta divorando il materiale da un disco che lo circonda e, utilizzando il Very Large Telescope (Vlt) dell’Eso, gli astronomi hanno scoperto che lo sta facendo a una velocità di sei miliardi di tonnellate al secondo, la più alta mai rilevata per qualsiasi tipo di pianeta. Il team sospetta che forti campi magnetici potrebbero incanalare il materiale verso il pianeta, un fenomeno osservato solo nelle stelle. Crediti: ESO/L. Calçada/M. Kornmesser

Gli astronomi hanno identificato un enorme “scatto di crescita” in un cosiddetto pianeta erratico. A differenza dei pianeti del Sistema solare, questi oggetti non orbitano intorno a una stella, ma fluttuano liberamente, isolati. Le nuove osservazioni, effettuate con il Very Large Telescope dell’Osservatorio europeo australe (VLT dell’ESO), rivelano che il pianeta vagabondo sta divorando gas e polvere dai dintorni a un ritmo di sei miliardi di tonnellate al secondo. Si tratta del tasso di crescita più elevato mai registrato per un pianeta erratico, ma anche per un pianeta di qualsiasi tipo, e fornisce preziose informazioni su come i pianeti si formano e crescono.

«Molti pensano ai pianeti come a mondi tranquilli e stabili, ma con questa scoperta vediamo che oggetti di massa planetaria che fluttuano liberamente nello spazio possono essere luoghi avvincenti»,

dice Víctor Almendros-Abad, astronomo dell’INAF – Osservatorio astronomico di Palermo e autore principale del nuovo studio.

L’oggetto appena studiato, con una massa da cinque a dieci volte quella di Giove, si trova a circa 620 anni luce di distanza da noi nella costellazione del Camaleonte. Chiamato ufficialmente Cha 1107-7626, questo pianeta vagabondo è ancora in formazione ed è alimentato da un disco di gas e polvere che lo circonda. Questo materiale ricade costantemente sul pianeta isolato, un processo noto come accrescimento. Tuttavia, il gruppo guidato da Almendros-Abad ha ora scoperto che il tasso di accrescimento del giovane pianeta non è costante.

Nell’agosto del 2025, l’accrescimento sul pianeta aveva un tasso circa otto volte superiore rispetto a quello di pochi mesi prima, pari a sei miliardi di tonnellate al secondo!

«Questo è l’episodio di accrescimento più intenso mai registrato per un oggetto di massa planetaria»,

aggiunge Almendros-Abad. La scoperta, pubblicata oggi su The Astrophysical Journal Letters, è stata realizzata con lo spettrografo X-shooter installato sul VLT dell’Eso, situato nel deserto di Atacama, in Cile. Il gruppo ha utilizzato anche i dati del telescopio spaziale James Webb, gestito dalle agenzie spaziali di Usa, Europa e Canada, e i dati d’archivio dello spettrografo Sinfoni installato sul VLT dell’ESO.

«L’origine dei pianeti erratici rimane una questione non risolta: sono gli oggetti di formazione stellare con la minima massa possibile o pianeti giganti espulsi dai propri sistemi di origine?»

Questo si chiede il coautore Aleks Scholz, astronomo presso l’Università di St Andrews, Regno Unito. I risultati indicano che almeno alcuni pianeti vagabondi potrebbero condividere un percorso di formazione simile a quello delle stelle, poiché simili aumenti rapidi del tasso di accrescimento sono stati osservati in precedenza in stelle giovani. Come spiega la coautrice Belinda Damian, astronoma presso l’Università di St Andrews,

«questa scoperta sfuma il confine tra stelle e pianeti e ci offre un’anteprima dei primi periodi di formazione dei pianeti vagabondi».

Confrontando la luce emessa prima e durante l’aumento, gli astronomi hanno raccolto indizi sulla natura del processo di accrescimento. Sorprendentemente, l’attività magnetica sembra aver giocato un ruolo nel guidare la drastica caduta di massa, un fenomeno osservato finora solo nelle stelle. Ciò suggerisce che anche oggetti di piccola massa possano possedere forti campi magnetici in grado di alimentare questi eventi di accrescimento. Il gruppo ha anche scoperto che la chimica del disco intorno al pianeta è cambiata durante l’episodio di accrescimento, con la presenza di vapore acqueo durante l’evento ma non prima. Questo fenomeno era stato osservato nelle stelle, ma mai in un pianeta di alcun tipo.

I pianeti liberi sono difficili da rivelare, poiché sono molto deboli, ma il futuro ELT (Extremely Large Telescope) dell’ESO potrebbe cambiare la situazione. I suoi potenti strumenti e il gigantesco specchio principale consentiranno agli astronomi di scoprire e studiare un numero maggiore di questi pianeti solitari, aiutando a comprendere meglio quanto siano simili a stelle. Come afferma la coautrice e astronoma dell’ESO Amelia Bayo,

«l’idea che un oggetto planetario possa comportarsi come una stella è suggestivo e ci invita a chiederci come potrebbero essere i mondi oltre il nostro durante le fasi iniziali».

DICHIARAZIONE DI VÍCTOR ALMENDROS-ABAD, ASTRONOMO INAF E PRIMO AUTORE DELLO STUDIO:

“Ciò che rende questa scoperta davvero speciale non è solo il fatto di aver misurato il più alto tasso di crescita mai osservato in un oggetto di massa planetaria, ma anche che si tratta della prima eruzione documentata in un oggetto di questo tipo. Fino ad ora, eventi di questo tipo erano stati osservati soltanto in giovani stelle, dove si ritiene giochino un ruolo fondamentale nell’accumulo di massa durante le prime fasi dell’evoluzione. Trovarne uno in un oggetto di appena cinque-dieci volte la massa di Giove dimostra che i meccanismi che guidano la formazione stellare possono operare sulla scala planetaria. Questo apre una finestra del tutto nuova su come evolvono i pianeti e i loro dischi.”

“Per me, la scoperta è stata emozionante anche a livello personale. Tutto è iniziato come un semplice controllo tecnico, per verificare che un problema strumentale fosse stato risolto. Ma nei nuovi dati ho visto subito che la riga di emissione dell’idrogeno appariva completamente diversa, molto più intensa e con una nuova forma. Ho capito immediatamente che stava accadendo qualcosa di straordinario e ho avvisato subito il team. Da quel momento abbiamo seguito l’oggetto passo dopo passo, e con l’arrivo di nuovi dati è diventato sempre più chiaro che si trattava di un’eruzione lunga e complessa. È stata un’esperienza unica, e un promemoria che in astronomia le scoperte avvengono spesso quando meno te lo aspetti.”

Riferimenti bibliografici:

Victor Almendros-Abad et al., 2025 ApJL 992 L2, DOI: 10.3847/2041-8213/ae09a8

Testi, video e immagini dall’Ufficio Stampa INAF – Istituto Nazionale di Astrofisica, ESO.

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Astronomia

IXPE svela la polarizzazione dei raggi X della magnetar 1E 1841-045

By ScientifiCult 28 Maggio 2025

IXPE SVELA LA POLARIZZAZIONE DEI RAGGI X DI UNA MAGNETAR ATTIVA, 1E 1841-045

IXPE ha osservato per la prima volta la magnetar 1E 1841-045 durante una fase di attivazione, rilevando l’emissione di raggi X polarizzati. Questa scoperta fornisce nuovi indizi sul campo magnetico della stella e sui meccanismi di produzione di radiazione ad alta energia nelle pulsar altamente magnetizzate.

Osservata per la prima volta la polarizzazione di una magnetar dopo una fase di attivazione, chiamata outburst, grazie all’Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE), missione spaziale nata dalla collaborazione tra la NASA e l’Agenzia Spaziale Italiana (ASI). I due lavori che riportano l’osservazione, uno guidato da ricercatrici e ricercatori italiani dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) e dell’Università degli Studi di Padova, e l’altro da ricercatrici e ricercatori che lavorano negli Stati Uniti, sono stati pubblicati oggi sulla rivista The Astrophysical Journal Letters.

La magnetar 1E 1841-045, una stella di neutroni situata nei resti della supernova Kes 73 a circa 28.000 anni luce dalla Terra, ha sorpreso la comunità scientifica riattivandosi il 20 agosto 2024. È stata osservata da tutti i telescopi sensibili alle alte energie, compreso IXPE che per la prima volta in assoluto è riuscito a osservare la radiazione X polarizzata di una magnetar in uno stato di attività. La luce polarizzata è la luce in cui le onde elettromagnetiche oscillano su un piano preferenziale, e non in modo disordinato come succede con la luce “normale”. Misurare come e quanto la luce è polarizzata offre indizi cruciali sulla sua origine e sull’ambiente che ha attraversato per giungere fino a noi.

Una stella di neutroni è il residuo di una stella massiccia che, giunta alla fine del suo ciclo evolutivo, collassa su se stessa, lasciando un nucleo estremamente denso, con una massa simile a quella del Sole, ma compresso in una sfera dal diametro paragonabile all’estensione di una città come Roma. Poiché le stelle di neutroni esaltano le proprietà delle loro stelle progenitrici, come la velocità di rotazione e l’intensità del campo magnetico, danno luogo ad alcuni dei fenomeni fisici più estremi dell’universo osservabile, offrendo opportunità uniche per studiare condizioni che sarebbero impossibili da replicare in un laboratorio sulla Terra.

Le magnetar, stelle di neutroni con campi magnetici estremamente intensi, sono tra gli oggetti più affascinanti ed enigmatici dell’universo. Quando una di queste stelle si attiva, può rilasciare fino a mille volte l’energia che emetterebbe normalmente, dando luogo a fenomeni fisici ancora più estremi. Tuttavia, i meccanismi alla base di queste fluttuazioni energetiche non sono ancora del tutto compresi. In questo contesto, la misurazione della luce polarizzata gioca un ruolo cruciale: i dati raccolti mostrano che l’emissione di raggi X da 1E 1841-045 diventa sempre più polarizzata a livelli di energia più elevati, pur mantenendo lo stesso angolo di polarizzazione. Questo significa che le diverse componenti di emissione sono legate tra loro e che quella più ad alta energia, finora la più elusiva, è fortemente influenzata dal campo magnetico.

“È la prima volta che riusciamo a osservare la polarizzazione di una magnetar in stato di attività e questo ci ha permesso di vincolare i meccanismi e la geometria di emissione che si celano dietro a questi stati attivi”, dice Michela Rigoselli, ricercatrice dell’INAF di Milano e prima autrice dell’articolo. “Ora sarà interessante osservare 1E 1841-045 una volta tornata allo stato di quiescenza per monitorare l’evoluzione delle sue proprietà polarimetriche”.

Questa osservazione evidenzia chiaramente le potenzialità della scienza delle magnetar, che può ancora essere approfondita attraverso la polarimetria ad alta energia.

Rappresentazione artistica di una magnetar, una stella di neutroni che possiede un forte campo magnetico.Crediti: ESA — IXPE svela la polarizzazione dei raggi X della magnetar 1E 1841-045, stella di neutroni situata nei resti della supernova Kes 73. Rappresentazione artistica di una magnetar, una stella di neutroni che possiede un forte campo magnetico.
Crediti: ESA

Per ulteriori informazioni:

Lanciata il 9 dicembre 2021 dal Kennedy Space Center della NASA su un razzo Falcon 9, la missione IXPE fa parte della serie Small Explorer della NASA. IXPE, frutto di una collaborazione tra NASA e Agenzia Spaziale Italiana (ASI), è una missione interamente dedicata allo studio dell’universo attraverso la misura della polarizzazione dei raggi X. Utilizza tre telescopi installati a bordo con rivelatori finanziati dall’ASI e sviluppati da un team di scienziati dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) e dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF), con il supporto industriale di Ohb-Italia.

L’articolo “IXPE detection of highly polarized X-rays from the magnetar 1E 1841-045”, di Rigoselli M., Taverna R., Mereghetti S., Turolla R., Israel G.L., Zane S., Marra L., Muleri F., Borghese A., Coti Zelati F., De Grandis D., Imbrogno M., Kelly R. M. E., Esposito P., Rea N., è stato pubblicato online sulla rivista The Astrophysical Journal Letters.

L’articolo “X-ray polarization of the magnetar 1E 1841-045”, di Stewart R., Younes G., Harding A.K., Wadiasingh Z., Baring M.G., Negro M., Strohmayer T.E., Ho W.C.G., Ng M., Arzoumanian, Z., Dinh Thi H., Di Lalla N., Enoto T., Gendreau K., Hu C., van Kooten A., Kouveliotou C., McEwen A., è stato pubblicato online sulla rivista The Astrophysical Journal Letters.

Testo, video e immagini dall’Ufficio Stampa Istituto Nazionale di Astrofisica – INAF

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Astronomia

METIS osserva come si propaga la turbolenza nel vento solare

By ScientifiCult 26 Settembre 2024

METIS OSSERVA COME SI PROPAGA LA TURBOLENZA NEL VENTO SOLARE

Grazie alle riprese del coronografo Metis a bordo della missione europea Solar Orbiter, un gruppo internazionale coordinato da ricercatori INAF è riuscito ad osservare la propagazione dei moti turbolenti del vento solare dalle zone più interne della corona del Sole fino allo spazio. La conoscenza dei meccanismi che guidano l’evoluzione e la propagazione di questi fenomeni nel vento solare aiuterà a migliorare le previsioni sul potenziale impatto che esso può avere nel nostro Sistema planetario e soprattutto sulla Terra. Lo studio a cui hanno collaborato anche ricercatori e ricercatrici di ASI, CNR e delle Università di Firenze, Padova, Urbino, Genova, Catania, Palermo e della Calabria, è stato pubblicato oggi sulla rivista The Astrophysical Journal Letters.

Il vento solare è un flusso incessante di particelle cariche provenienti dal Sole, il cui andamento è tutt’altro che costante. Nel loro moto nello spazio, le particelle del vento solare interagiscono con il campo magnetico variabile del Sole, seguendo traiettorie caotiche e fluttuanti, un fenomeno che prende il nome di turbolenza.

Le riprese ottenute dalla missione Solar Orbiter dell’Agenzia Spaziale Europea grazie al coronografo Metis progettato da Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF), Università di Firenze, Università di Padova, CNR-Ifn, e realizzato dall’Agenzia Spaziale Italiana con la collaborazione dell’industria italiana, confermano qualcosa che si sospettava da tempo: il moto turbolento del vento solare inizia molto vicino al Sole, all’interno della porzione di atmosfera solare nota come corona. Piccoli disturbi che influenzano il vento solare nella corona vengono trasportati verso l’esterno e si espandono, generando un flusso turbolento più lontano nello spazio.

“Questo risultato ha aperto una nuova finestra sulla fisica del vento solare grazie a Metis, il coronografo di nuova concezione – tutta italiana – a bordo del Solar Orbiter, che ha permesso acquisizioni ad alta cadenza di immagini coronali con un contrasto senza precedenti tra segnale coronale e background”

commenta Silvano Fineschi dell’INAF e Responsabile Scientifico del contributo italiano alla missione. Bloccando la luce diretta proveniente dal Sole, il coronografo Metis è in grado di catturare la luce visibile e ultravioletta più debole proveniente dalla corona solare. Le sue immagini ad alta risoluzione e ad alta cadenza mostrano la struttura dettagliata e il movimento all’interno della corona, rivelando come il movimento del vento solare diventi già turbolento alle sue radici. Le riprese utilizzate dal team di ricerca per osservare in dettaglio la propagazione della turbolenza sono state ottenute il 12 ottobre 2022 e messe in sequenza per realizzare una animazione video. In particolare, l’anello color rosso nel video mostra le osservazioni di Metis. A quella data, la sonda si trovava a soli 43,4 milioni di km dal Sole, meno di un terzo della distanza Sole-Terra. L’immagine del Sole al centro del video è stata scattata dall’Extreme Ultraviolet Imager (EUI) di Solar Orbiter, lo stesso giorno delle osservazioni di Metis.

“L’elevata risoluzione spaziale e temporale di Metis sta gettando nuova luce sui meccanismi fisici che regolano il vento solare e la sua propagazione, consentendo una migliore comprensione dei processi attraverso i quali il Sole determina le condizioni fisiche dello spazio interplanetario con effetti anche a Terra” dice Marco Stangalini, ricercatore e Responsabile di Programma ASI della missione Solar Orbiter. “Questo significativo risultato è solo l’ultimo di una lunga serie di successi e offre grandi speranze per il futuro. Nei prossimi anni, infatti, Solar Orbiter inclinerà la sua orbita, permettendoci di osservare il Sole da una prospettiva completamente nuova per la prima volta”.

La turbolenza influenza il modo in cui il vento solare viene riscaldato, il modo in cui si muove attraverso il Sistema solare e il modo in cui interagisce con i campi magnetici dei pianeti e delle lune che attraversa. Comprendere la turbolenza del vento solare è fondamentale per prevedere la meteorologia spaziale e i suoi effetti sulla Terra.

L’articolo “Metis observation of the onset of fully developed turbulence in the solar corona” di Daniele Telloni, Luca Sorriso-Valvo, Gary P. Zank, Marco Velli , Vincenzo Andretta, Denise Perrone, Raffaele Marino, Francesco Carbone, Antonio Vecchio, Laxman Adhikari, Lingling Zhao, Sabrina Guastavino, Fabiana Camattari, Chen Shi, Nikos Sioulas, Zesen Huang, Marco Romoli, Ester Antonucci, Vania Da Deppo, Silvano Fineschi, Catia Grimani, Petr Heinzel, John D. Moses, Giampiero Naletto, Gianalfredo Nicolini, Daniele Spadaro, Marco Stangalini, Luca Teriaca, Michela Uslenghi, Lucia Abbo, Frederic Auchere, Regina Aznar Cuadrado, Arkadiusz Berlicki, Roberto Bruno, Aleksandr Burtovoi, Gerardo Capobianco, Chiara Casini, Marta Casti, Paolo Chioetto, Alain J. Corso, Raffaella D’Amicis, Yara De Leo, Michele Fabi, Federica Frassati, Fabio Frassetto, Silvio Giordano, Salvo L. Guglielmino, Giovanna Jerse, Federico Landini, Alessandro Liberatore, Enrico Magli, Giuseppe Massone, Giuseppe Nisticò, Maurizio Pancrazzi, Maria G. Pelizzo, Hardi Peter, Christina Plainaki, Luca Poletto, Fabio Reale, Paolo Romano, Giuliana Russano, Clementina Sasso, Udo Schuhle, Sami K. Solanki, Leonard Strachan, Thomas Straus, Roberto Susino, Rita Ventura, Cosimo A. Volpicelli, Joachim Woch, Luca Zangrilli, Gaetano Zimbardo e Paola Zuppella è stato pubblicato oggi sulla rivista The Astrophysical Journal Letters.

Immagine satellitare dal Solar Dynamics Observatory - SDO della NASA. Foto di Amy Moran — questa immagine satellitare dal Solar Dynamics Observatory – SDO della NASA mostra la luce ultravioletta in marrone chiaro. Foto NASA di Amy Moran, in pubblico dominio

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

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Astronomia

Ai confini della materia oscura vista con una lente gravitazionale debole: le velocità di rotazione delle galassie rimangono costanti

By ScientifiCult 17 Giugno 2024

AI CONFINI DELLA MATERIA OSCURA CON UNA LENTE GRAVITAZIONALE DEBOLE: LE VELOCITÀ DI ROTAZIONE DELLE GALASSIE RIMANGONO COSTANTI ANCHE A DISTANZE MOLTO GRANDI DAL LORO CENTRO

Lo studio pubblicato oggi su arXiv.org e in stampa su The Astrophysical Journal Letters aggiunge un tassello importante alla risoluzione dell’enigma della materia oscura – la cui natura è una delle grandi domande dell’astrofisica moderna tuttora senza risposta – mettendo potenzialmente in discussione i modelli cosmologici generalmente condivisi. Il gruppo di ricerca che ha firmato lo studio – di cui fa parte anche l’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) – ha dimostrato che le velocità di rotazione delle galassie rimangono inaspettatamente costanti anche a distanze molto grandi dal loro centro, confermando le previsioni della teoria della gravità modificata (Modified Newtonian Dynamics – MOND, ovvero dinamica newtoniana modificata) che non contempla la presenza di materia oscura nell’universo.

Grafico che illustra le osservazioni riportate nell’articolo: i punti rossi mostrano la curva di rotazione della galassia UGC 6614 usando osservazioni "classiche" della cinematica del gas, mentre i punti celesti mostrano il nuovo risultato statistico usando la tecnica del weak lensing. Crediti: T. Mistele et al. (2024) — Grafico che illustra le osservazioni riportate nell’articolo: i punti rossi mostrano la curva di rotazione della galassia UGC 6614 usando osservazioni “classiche” della cinematica del gas, mentre i punti celesti mostrano il nuovo risultato statistico usando la tecnica del weak lensing. Crediti: T. Mistele et al. (2024)

In questo lavoro è stata sviluppata una nuova tecnica che consente di misurare le cosiddette curve di rotazione delle galassie – ovvero le velocità di rotazione delle galassie dal loro centro – fino a grandissime distanze, pari a circa due milioni e 500 mila anni luce. La tecnica utilizzata sfrutta il fenomeno della lente gravitazionale debole (weak gravitational lensing). Le implicazioni di questa scoperta potrebbero essere potenzialmente molto ampie, portando a ridefinire la nostra comprensione della materia oscura anche tramite teorie cosmologiche alternative.

Il fenomeno della lente gravitazionale è stato previsto dalla teoria della relatività generale di Einstein e si verifica quando un oggetto massiccio, come un ammasso di galassie o anche una singola stella massiccia, devia il percorso della luce proveniente da una sorgente lontana con il suo campo gravitazionale. Questa curvatura della luce avviene perché la massa dell’oggetto deforma il tessuto dello spaziotempo che lo circonda.

Federico Lelli, primo ricercatore presso l’INAF di Arcetri, spiega i risultati dello studio:

“Abbiamo usato la tecnica del weak gravitational lensing per misurare in modo statistico la ‘curva di rotazione’ media di galassie di diversa massa, raggiungendo grandissime distanze dal centro. Troviamo che le curve di rotazione continuano a rimanere piatte per centinaia di migliaia di anni luce, possibilmente fino a qualche milione di anni luce: questo è sorprendente perché a tali distanze ci si aspetterebbe di aver raggiunto il ‘bordo’ dell’alone di materia oscura, quindi le curve di rotazione dovrebbero iniziare a mostrare una decrescita kepleriana, ma invece rimangono piatte”.

Federico Lelli (INAF), esperto di dinamica delle galassie e dei sistemi di galassie (gruppi e ammassi) come banchi di prova sia per teorie di materia oscura che per teorie gravitazionali alternative. Crediti: INAF

Le curve di rotazione misurano la velocità che un corpo celeste (come una stella o una nube di gas) a una certa distanza dal centro galattico deve avere per rimanere in un’orbita circolare attorno alla galassia. La presenza di materia oscura nelle galassie è stata dedotta studiando proprio le curve di rotazione, negli anni a cavallo tra il 1970 e 1980. Si ritiene le curve di rotazione delle galassie debbano diminuire con l’aumentare della distanza dal centro della galassia. Secondo la gravità newtoniana, le stelle che si trovano ai margini esterni della galassia dovrebbero essere più lente a causa di una minore attrazione gravitazionale. Poiché questa ipotesi non corrisponde alle osservazioni, gli scienziati hanno ipotizzato la presenza della cosiddetta materia oscura, che non emetterebbe radiazione elettromagnetica ma sarebbe rilevabile solo mediante gli effetti del suo campo gravitazionale. Anche supponendo l’esistenza della materia oscura però, a un certo punto il suo effetto dovrebbe affievolirsi con la distanza, e quindi le curve di rotazione delle galassie non dovrebbero rimanere costanti in modo indefinito.

Lo studio mette in dubbio questa ipotesi, fornendo una rivelazione sorprendente: l’influenza di quella che chiamiamo materia oscura si estende ben oltre le stime precedenti, ovvero per almeno un milione di anni luce dal centro galattico. Una forza così estesa potrebbe indicare paradossalmente che la materia oscura, come intesa finora, potrebbe non esistere affatto.

“Questa scoperta mette in discussione i modelli esistenti”, dichiara Tobias Mistele della Case Western Reserve University e primo autore dello studio, “suggerendo che esistono o aloni di materia oscura molto estesi o che dobbiamo rivedere radicalmente la nostra comprensione della teoria gravitazionale”.

Lelli aggiunge: “Abbiamo usato questi dati per studiare la relazione di Tully-Fisher – una legge di scala tra la massa barionica (quella di cui sono fatte le stelle e il gas) e la velocità di rotazione delle galassie – trovando che la stessa legge persiste quando utilizziamo le velocità misurate a grandissime distanze. Tale risultato non è affatto ovvio poiché a tali distanze la velocità di rotazione è determinata interamente dalla materia oscura, non da quella barionica”. Le osservazioni “ci permettono di raggiungere distanze dal centro galattico enormemente grandi, circa venti volte maggiori rispetto a quelle raggiunte con le tecniche classiche. Con grande sorpresa, abbiamo troviamo che le curve di rotazione rimangono quasi perfettamente piatte – in altre parole, la velocità rimane costante – fino alle distanze più grandi che siamo in grado di raggiungere”.

Questo tipo di studio intende chiarire quale sia la natura della materia oscura, ovvero se questi fenomeni gravitazionali siano dovuti a un nuovo tipo di particella elementare “invisibile” ancora da scoprire, oppure se vi sia la necessità di rivedere le leggi gravitazionali di Newton ed Einstein.

Lelli prosegue: “Questo risultato non ha una spiegazione ovvia nel contesto cosmologico standard della Lambda Cold Dark Matter (LCDM) e potrebbe avere a che fare con l’ambiente della galassia, ovvero con la distribuzione degli aloni di materia oscura più piccoli che si ritiene orbitare attorno all’alone principale. Per limitare questo effetto, infatti, abbiamo selezionato le nostre galassie per essere il più isolate possibile”.

Curve di rotazione piatte fino a grandi raggi erano già state predette dalla teoria della gravità modificata MOND, proposta dal fisico Mordehai Milgrom nel 1983 come alternativa alla materia oscura.

“Le nostre osservazioni sono in accordo con quanto predetto da MOND più di 40 anni fa”, conclude Lelli.

Sono ora necessari ulteriori studi per chiarire l’avvincente rompicapo cosmologico e scrivere una nuova pagina di storia dell’astrofisica moderna.

Riferimenti bibliografici:

L’articolo “Indefinitely Flat Circular Velocities and the Baryonic Tully-Fisher Relation from Weak Lensing”, di Tobias Mistele, Stacy McGaugh, Federico Lelli, James Schombert, e Pengfei Li, è stato accettato per la pubblicazione sulla rivista The Astrophysical Journal Letters.

Testo e immagine dall’Ufficio stampa dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF).

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Astronomia

Gas caldo ai raggi X per spiegare la massa barionica mancante nelle galassie

By ScientifiCult 25 Settembre 2023

GAS CALDO AI RAGGI X PER SPIEGARE LA MASSA BARIONICA MANCANTE NELLE GALASSIE

Un gruppo di ricercatrici e ricercatori guidati dall’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) ha sfruttato gli spettri ad alta risoluzione nei raggi X, ottenuti con il satellite ESA XMM-Newton e il Chandra X-ray Observatory della NASA, per rilevare, per la prima volta, la presenza di una grande quantità di gas caldo (un milione di gradi) negli aloni di tre galassie esterne simili alla Via Lattea, a distanze di circa 120 kiloparsec (ovvero 400 mila anni luce) dal centro delle galassie stesse. Questa scoperta è stata pubblicata sulla rivista The Astrophysical Journal Letters.

satellite Chandra X-ray Observatory galassie gas caldo massa barionica — Raffigurazione artistica del satellite Chandra X-ray Observatory. Foto NASA/CXC/NGST, in pubblico dominio

Fabrizio Nicastro, primo autore dell’articolo e ricercatore presso l’INAF di Roma, spiega che

“la presenza del gas in questo stato fisico è stata predetta dalla teoria ma non era mai stato direttamente osservato se non nella nostra Galassia, nella quale però non è possibile distinguere fra gas nel disco della galassia, nel suo alone, o addirittura nel mezzo esterno la galassia e permeante il Gruppo Locale di galassie”.

La scoperta è significativa perché la massa totale che si deriva per questo gas caldo, all’interno del raggio viriale delle galassie è tale da risolvere il problema della massa barionica mancante di queste galassie.

E aggiunge: “Il nostro risultato indica anche che il feedback stellare o nucleare delle galassie non è stato sufficiente a espellere la massa al di fuori dell’influenza gravitazionale delle galassie stesse (oltre il raggio del viriale), ma ha contribuito ad arricchire di metalli il mezzo primordiale che accrescendo forma la galassia stessa e costituisce il carburante per la formazione stellare all’interno di queste, fino ad un valore pari circa al 30% della metallicita’ osservata nel Sole. Questo ha importanti conseguenze per la nostra comprensione del continuo ciclo di barioni da e verso le galassie (quello che comunemente viene detto feedback) e quindi per affinare le predizioni teoriche sulla formazione delle strutture nell’Universo”.

Nicastro sottolinea che “il problema della massa barionica mancante nelle galassie è uno dei problemi astrofisici più importanti, ormai da diversi decenni. La rilevazione di questo gas caldo era stata molto difficile in precedenza, sia a causa di limitazioni strumentali, sia per la difficoltà di mettere in atto strategie osservative adeguate allo scopo. La nostra idea è stata quella di usare degli indicatori della presenza di tale gas caldo negli aloni di galassie esterne, e di utilizzare tutti i dati di archivio esistenti, sia XMM che Chandra, per ‘sommarli’ opportunamente (una procedura denominata stacking) con la speranza di tirare fuori un segnale, dove aspettato”.

E ci sono riusciti: “La strategia ha pagato, e per la prima volta abbiamo rilevato un segnale della presenza dello ione altamente ionizzato dell’ossigeno cui sono rimasti solo due elettroni (OVII) a una distanza di circa 120 kiloparsec dal centro di queste galassie”.

Per ulteriori informazioni:

L’articolo “X-Ray Detection of the Galaxy’s Missing Baryons in the Circum-Galactic Medium of L∗ Galaxies”, di Fabrizio Nicastro et al., è stato pubblicato su pubblicato sulla rivista The Astrophysical Journal Letters.

Testo dall’Ufficio stampa – Struttura per la Comunicazione di Presidenza dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF)

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Astronomia

GJ 367 b, un pianeta dal cuore di ferro in un sistema extrasolare

By ScientifiCult 15 Settembre 2023

GJ 367 b, UN PIANETA DAL CUORE DI FERRO IN UN SISTEMA EXTRASOLARE

LA SCOPERTA DEI RICERCATORI DI UNITO ARRICCHISCE
IL PUZZLE SULLA FORMAZIONE DEI PIANETI

Insieme agli scienziati del Thüringer Landessternwarte, i ricercatori dell’Ateneo torinese hanno confermato che l’esopianeta GJ 367 b ha una densità altissima, quasi doppia rispetto a quella della Terra. Il team ha anche trovato altri due pianeti che orbitano attorno alla stessa stella.

Negli ultimi decenni, gli astronomi hanno scoperto diverse migliaia di pianeti extrasolari. I pianeti extrasolari orbitano attorno a stelle al di fuori del nostro sistema solare. La nuova frontiera in questo campo di ricerca include lo studio della loro composizione e struttura interna, al fine di comprendere meglio il loro processo di formazione.

Elisa Goffo, dottoranda presso il Dipartimento di Fisica dell’Università di Torino e il Thüringer Landessternwarte (Germania), insieme a un team di ricerca internazionale, ha fatto una scoperta unica, relativamente al pianeta GJ 367 b, che solleva domande interessanti su come nascano i pianeti. È la prima autrice dell’articolo Company for the ultra-high density, ultra-short period sub-Earth GJ 367 b: discovery of two additional low-mass planets at 11.5 and 34 days pubblicato sulla rivista “The Astrophysical Journal Letters”.

La ricercatrice fa parte della collaborazione internazionale KESPRINT che ha confermato come l’esopianeta, che impiega sole 7.7 ore a compiere una rivoluzione attorno alla sua stella, sia anche ultra-denso. La densità di un pianeta viene determinata a partire dalla sua massa e dal suo raggio. Il pianeta GJ 367 b è denominato ultra-denso perché i ricercatori hanno scoperto che la sua densità è di 10,2 grammi per centimetro cubo. Si tratta di una densità quasi doppia rispetto a quella della Terra, il che suggerisce che questo pianeta extrasolare sia costituito quasi interamente di ferro.

Una composizione insolita

Una simile composizione per un pianeta è molto rara e pone diversi interrogativi sulla sua formazione.

“Si potrebbe paragonare GJ 367 b a un pianeta simile alla Terra che ha però perso il suo mantello roccioso. Questo potrebbe avere importanti implicazioni sulla sua formazione. Ipotizziamo infatti che il pianeta possa essere stato inizialmente simile alla Terra, con un core denso di ferro circondato da uno spesso mantello ricco di silicati. Un evento catastrofico potrebbe aver stappato il mantello di GJ 367 b, scoprendo il denso core del pianeta. In alternativa GJ 367 b potrebbe essere nato in una regione del disco protoplanetario ricca di ferro“,

spiega Elisa Goffo. Durante l’osservazione di GJ 367 b, il team ha scoperto altri due pianeti di piccola massa che orbitano intorno alla stella GJ 367, rispettivamente in 11,5 e 34 giorni. Questi tre pianeti e la loro stella costituiscono un sistema planetario extrasolare.

GJ 367 b è stato individuato per la prima volta dal Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), un telescopio spaziale della NASA. TESS utilizza il metodo dei transiti per misurare il raggio degli esopianeti – oltre ad altre proprietà. I ricercatori dell’Università di Torino e del Thüringer Landessternwarte hanno utilizzato misure di velocità radiale, ottenute con lo spettrografo HARPS dell’ESO, per determinare con precisione la sua massa e confermare che il pianeta ha una densità molto elevata. Lo spettrografo HARPS è uno strumento ad alta precisione installato presso il telescopio con uno specchio di 3,6 metri di diametro dell’European Southern Observatory (ESO) a La Silla, in Cile.

Il consorzio di ricerca KESPRINT, composto da oltre 40 membri di nove Paesi (Repubblica Ceca, Danimarca, Germania, Italia, Giappone, Spagna, Svezia, Regno Unito e Stati Uniti), è specializzato nella conferma e nella caratterizzazione di esopianeti transitanti individuati da diversi telescopi spaziali. Per determinare la densità di GJ 367 b, il team ha ottenuto quasi 300 misure in due anni utilizzando lo spettrografo HARPS, nell’ambito di una campagna osservativa coordinata dal professor Davide Gandolfi, docente del Dipartimento di Fisica dell’Università di Torino. Grazie a queste numerose osservazioni i ricercatori sono riusciti a misurare la densità con grande precisione.

“Grazie all’intensa campagna osservativa con lo spettrografo HARPS abbiamo anche rivelato la presenza di altri due pianeti di piccola massa con periodi orbitali di 11,5 e 34 giorni. Questo riduce il numero di scenari possibili che potrebbero aver portato alla formazione di un pianeta così denso“, afferma Davide Gandolfi. “Mentre GJ 367 b potrebbe essersi formato in un ambiente ricco di ferro, non escludiamo uno scenario di formazione che coinvolga eventi violenti e catastrofici come la collisione tra pianeti“.

Artie Hatzes, direttore del Thüringer Landessternwarte, sottolinea l’importanza di questa scoperta: “GJ 367 b è un caso estremo. Prima di poter sviluppare valide teorie sulla sua formazione abbiamo dovuto misurare con elevata precisione la sua massa e il suo raggio. Ci aspettiamo che un sistema planetario sia composto da diversi pianeti, quindi era importante cercare e trovare altri pianeti in orbita nel sistema – studiare cioè la sua architettura“.

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SCHEDA TECNICA

ALLA SCOPERTA DI GJ 367 b

ULTERIORI INFORMAZIONI

KESPRINT. Il consorzio KESPRINT si occupa della conferma e della caratterizzazione di esopianeti transitanti individuati da missioni spaziali (ad esempio Kepler, K2, TESS) e, in particolare, della caratterizzazione dei pianeti più piccoli. È un team internazionale che include ricercatori del Dipartimento di Fisica, Università di Torino (Italia), del Thüringer Landessternwarte Tautenburg (Germania), dell’Institute of Planetary Research, German Aerospace Center (Germania), del Technische Universität Berlin (Germania), del Rheinisches Institut für Umweltforschung an der Universität zu Köln (Germania), dell’Astronomical Institute of the Czech Academy of Sciences (Repubblica Ceca), del Chalmers University of Technology (Svezia), Instituto de Astrofísica de Canarias (Spagna), del Mullard Space Science Laboratory, University College London (Regno Unito), dell’University of Oxford (Regno Unito), del Stellar Astrophysics Centre, Department of Physics and Astronomy, Aarhus University (Danimarca), dell’Astronomy Department and Van Vleck Observatory, Wesleyan University (USA), del McDonald Observatory, The University of Texas at Austin (USA), del The University of Tokyo (Giappone), dell’Astrobiology Center, National Institute of Natural Sciences (Giappone).

La nomenclatura del pianeta GJ 367 b. Solitamente i pianeti prendono il nome dalla stella attorno a cui orbitano. I pianeti che orbitano la stella GJ 367 sono stati chiamati usando il nome di questa seguito dalle lettere minuscole b, c, d, etc, seguendo l’ordine di scoperta. Tuttavia, al pianeta GJ 367 b e alla sua stella GJ 367 sono stati assegnati dei nomi particolari nell’ambito dell’iniziativa “NameExoWorlds” del 2022 coordinata dall’Unione Astronomica Internazionale. Il pianeta GJ 367 b si chiama Tahay e la sua stella Añañuca, dal nome di fiori selvatici cileni.

Tra le sue tante peculiarità, GJ 367 b si distingue da altri pianeti per il suo periodo orbitale estremamente breve di 7,7 ore. Un anno su questo pianeta dura solo 7,7 ore! La sua massa è pari al 60% di quella della Terra. Il suo raggio è pari al 70% di quello terrestre. Pertanto è più piccolo del nostro pianeta Terra e meno massiccio.

A causa della sua vicinanza alla stella, si stima che la superficie del pianeta rivolta a questa abbia una temperatura di quasi 1.100 gradi Celsius. La stella GJ 367 (Añañuca) si trova a circa 31 anni luce dalla Terra. Questo vuol dire che la luce della stella impiega 31 anni per raggiungere la Terra.

Come funziona il metodo dei transiti: Il telescopio TESS della NASA utilizza il metodo dei transiti per cercare pianeti intorno a stelle diverse dal Sole. Un transito avviene quando un pianeta si muove tra la sua stella e noi. Ogni volta che passa davanti alla sua stella, blocca una piccola parte della luce di questa. Il metodo dei transiti misura questa variazione di luce, da cui si ricavano il periodo e l’inclinazione orbitale, il raggio e altri parametri del pianeta.

Come funziona il metodo delle velocità radiali: Il team di KESPRINT osserva gli esopianeti utilizzando il metodo delle velocità radiali. Questo metodo rivela l’esistenza di un pianeta attorno alla sua stella sfruttando l’effetto Doppler. Nell’immaginario collettivo si pensa che i pianeti orbitino attorno alle loro stelle, ma non è del tutto vero! I pianeti e le stelle orbitano attorno al loro comune centro di massa. A causa del moto orbitale attorno a questo, la luce che riceviamo dalle stelle diventa “più blu” o “più rossa” a seconda che queste si avvicinino o si allontanino da noi. Combinato con il metodo dei transiti, il metodo delle velocità radiali consente di determinare la massa del pianeta.

Informazioni sul Dipartimento di Fisica dell’Università di Torino. Da quasi 10 anni il gruppo di esopianeti del Dipartimento di Fisica dell’Università di Torino si occupa dello studio e della caratterizzazione di esopianeti transitanti, combinando dati acquisiti con telescopi spaziali e spettrografi di elevata precisione. Il gruppo di Torino ha coordinato la campagna di osservazione di GJ 367 condotta con lo spettrografo HARPS.

Testi e immagine dall’Area Relazioni Esterne e con i Media dell’Università degli Studi di Torino

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Astronomia

Una magnetar appena formata e rapidamente rotante spiega le fasi dei lampi di raggi gamma

By ScientifiCult 5 Giugno 2023

Una magnetar appena formata e rapidamente rotante può spiegare in modo dettagliato le diverse fasi dell’emissione dei lampi di raggi gamma

Un team italiano di ricercatori dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) e della Stony Brook University (USA) ha dimostrato per la prima volta che una magnetar appena formata e rapidamente rotante, cioè una stella di neutroni con un campo magnetico elevatissimo che ruota su se stessa molte centinaia di volte al secondo, può spiegare in modo dettagliato le diverse fasi dell’emissione dei lampi di raggi gamma, dalla loro violenta accensione fino allo spegnimento definitivo. Questo risultato è stato ottenuto confrontando le previsioni teoriche con un ricco insieme di dati nella banda dei raggi X e gamma. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista The Astrophysical Journal Letters.

magnetar stella di neutroni lampi di raggi gamma — Resa artistica di una magnetar. Immagine di Robert S. Mallozzi, Università dell’Alabama, Huntsville, e NASA Marshall Space Flight Center”, in pubblico dominio

I lampi di raggi gamma (in inglese Gamma-Ray Burst, o GRB) sono brevi eventi esplosivi tra i più violenti dell’universo, a distanza di miliardi di anni luce da noi. La loro energia viene trasferita in potentissimi getti collimati che emettono la radiazione che osserviamo. Si ritiene che i GRB siano originati nel processo di formazione di un buco nero di massa stellare, in seguito al collasso gravitazionale di una stella alla fine del suo ciclo evolutivo, o alla collisione e fusione di due stelle di neutroni. Negli ultimi anni è stata sviluppata un’altra ipotesi: i GRB, o almeno una frazione rilevante di essi, potrebbero essere prodotti dalla formazione di una magnetar che ruota su sé stessa molte centinaia di volte al secondo. Le magnetar, come le altre stelle di neutroni, hanno una massa simile a quelle del Sole concentrata in un volume dalle dimensioni comparabili con quelle di una grande città, ma posseggono campi magnetici elevatissimi. Scoperte nella nostra Galassia negli anni ‘90 del secolo scorso, sono caratterizzate da un’intensa emissione di origine magnetica in raggi X e gamma, punteggiata da ricorrenti episodi parossistici di breve durata ed enorme luminosità. La loro origine è ad oggi un mistero tra i più studiati nell’astrofisica degli oggetti compatti.

Il nuovo lavoro combina conoscenze acquisite nello studio delle magnetar e delle stelle di neutroni che catturano materia con le principali caratteristiche dei GRB, dimostrando come una magnetar appena formata e rapidamente rotante possa spiegare le proprietà di alcuni tra i GRB più studiati meglio di un buco nero.

Simone Dall’Osso, ricercatore presso l’INFN, associato INAF e primo autore dell’articolo, commenta: “Il nostro studio spiega in modo quantitativo le diverse fasi dell’emissione di un lampo gamma e del suo graduale spegnimento. I processi fisici coinvolti sono gli stessi che operano in altri sistemi contenenti stelle magnetiche in rotazione quali nane bianche, stelle di neutroni ordinarie (non magnetar) ed anche stelle ordinarie in fase di formazione. Applicati ad una magnetar appena formata e rapidamente rotante questi stessi processi portano al rilascio di enormi quantità di energia in tempi brevissimi, con segni distintivi identificabili”.

Giulia Stratta, ricercatrice INAF, associata INFN e membro del cluster di ricerca ELEMENTS presso la Goethe University di Francoforte, aggiunge “Per poter fornire una spiegazione organica delle diverse fasi dei lampi gamma, è stato necessario basarsi sui GRB per i quali abbiamo le informazioni più complete da osservazioni in banda ottica, X e gamma. Si tratta di una dozzina di casi in tutto, frutto di un lungo lavoro di ricerca tra molte centinaia”.

Lo scenario teorizzato nel lavoro del team italiano suggeriscew che, in una prima fase, la magnetar cattura parte della materia che ancora sta cadendo a seguito del collasso gravitazionale o della collisione tra stelle di neutroni. Questo genera la parte iniziale e più brillante del GRB, liberando un’enorme quantità di energia gravitazionale in poche decine di secondi. Quando l’afflusso di materia diminuisce, la rotazione del campo magnetico della magnetar inizia a respingere la materia stessa fiondandola via – un po’ come un’elica che gira – e una quantità via via più piccola di energia gravitazionale viene rilasciata, causando un graduale calo della luminosità. Infine, quando non vi è più materia che cade, la magnetar si comporta come una stella di neutroni isolata e dissipa progressivamente la sua energia rotazionale.

Secondo Rosalba Perna, professore ordinario presso la Stony Brook University e co-autore dello studio, “questo risultato getta una nuova luce su due misteri cosmici, suggerendo un probabile legame tra di essi: ‘che cos’è che produce un lampo gamma?’ e ‘dove si formano le magnetar e in quali speciali condizioni, tali da differenziarle dalle altre stelle di neutroni?’“.

Luigi Stella, dirigente di ricerca presso l’INAF di Roma e autore anch’egli dello studio, sottolinea che: “appena formate le magnetar, come anche i buchi neri di massa stellare, possono essere motori astrofisici di eccezionale potenza, capaci di alimentare l’emissione dei lampi gamma, ma anche di generare forti onde gravitazionali, come abbiamo dimostrato in alcuni studi precedenti”.

“Nel prossimo futuro” conclude Dall’Osso “un’ulteriore e definitiva conferma della formazione di una magnetar potrà venire proprio dalla rivelazione di un segnale in onde gravitazionali”.

Per ulteriori informazioni:

L’articolo “Magnetar central engines in gamma-ray bursts follow the universal relation of accreting magnetic stars”, di Simone Dall’Osso, Giulia Stratta, Rosalba Perna, Giovanni De Cesare e Luigi Stella, è stato pubblicato su pubblicato sulla rivista The Astrophysical Journal Letters.

Testo dall’Ufficio stampa – Struttura per la Comunicazione Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF).

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Il protoammasso più antico e lontano dell’universo, A2744-z7p9OD

By ScientifiCult 24 Aprile 2023

IL PROTOAMMASSO PIÙ ANTICO E LONTANO DELL’UNIVERSO, A2744-z7p9OD, L’HA TROVATO WEBB. LO STUDIO PUBBLICATO SU THE ASTROPHYSICAL JOURNAL LETTERS

Avvistato da Hubble e confermato da Webb, con la preziosa collaborazione dell’ammasso Pandora che ha agito come lente gravitazionale, il protoammasso di galassie più antico e più lontano conta, ad oggi, sette galassie. Si stava assemblando già circa 650 milioni di anni dopo il Big Bang, un periodo in cui stavano cominciando a formarsi le prime strutture cosmiche. Nel team che ha realizzato lo studio partecipano anche ricercatrici e ricercatori dell’Istituto Nazionale di Astrofisica.

Ogni gigante è stato un tempo un bambino, ma riuscire a immaginarlo senza averlo mai visto può essere difficile. Un esercizio che hanno dovuto fare per anni, gli astronomi, dovendo ricostruire come si sono formate le strutture cosmiche più grandi, come gli ammassi di galassie, senza poterne vedere direttamente i progenitori. Fino ad oggi. Grazie al telescopio spaziale James Webb di NASA ed ESA, e grazie all’aiuto della lente gravitazionale di un ammasso di galassie vicino, l’inaccessibile è diventato accessibile. In un articolo pubblicato su The Astrophysical Journal Letters arriva la conferma dell’osservazione del protoammasso più antico e più lontano di sempre, in un’epoca in cui la formazione e l’assemblaggio delle galassie era cominciato da poco. Redshift 7,9, o 650 milioni di anni dopo il Big bang, a tanto si è spinto lo specchio dorato di Webb. In quel momento cominciava a formarsi questa struttura destinata – secondo i calcoli – a diventare un enorme ammasso di galassie. Grazie alle osservazioni di spettroscopia infrarossa di Webb, un gruppo di astronomi, fra cui alcuni dell’istituto Nazionale di Astrofisica (INAF), ha confermato che si possono contare almeno sette galassie legate gravitazionalmente all’interno del protoammasso, e molte altre sono destinate a finirci dentro.

«Questo è un sito molto speciale e unico in cui le galassie evolvono in maniera accelerata, e Webb ci ha dato la possibilità senza precedenti di misurare le velocità di queste sette galassie e di confermare con sicurezza che sono legate insieme in un protoammasso», dice Takahiro Morishita, ricercatore all’IPAC-California Institute of Technology e primo autore dello studio.

Gli ammassi di galassie sono le più grandi concentrazioni di massa dell’universo conosciuto e possono ospitare migliaia di galassie legate gravitazionalmente all’interno di un’unica culla (o alone) di materia oscura. Sono talmente massicci da deformare visibilmente il tessuto dello spaziotempo, in un effetto di relatività generale noto come lensing gravitazionale. Proprio come una classica lente ottica, un ammasso di galassie produce un ingrandimento degli oggetti che si trovano, in proiezione, dietro di esso, rendendoli così visibili nonostante la distanza. L’ammasso che è stato utilizzato come lente in questo studio è l’ammasso di Pandora, o Abell 2744, che si trova a poco più di 3,5 miliardi di anni luce da noi.

“È sorprendente che solo 650 milioni di anni dopo il Big Bang ci fosse già una sovradensità di questo tipo formata, nell’universo”, commenta Benedetta Vulcani, ricercatrice dell’INAF di Padova e coautrice dell’articolo. “Il protoammasso ha un raggio di 195.000 anni luce, che è circa la distanza tra noi e la Grande nube di Magellano. È quindi abbastanza compatto, visto che il raggio di un ammasso nell’universo locale può essere 20 volte tanto. Stimare la massa è molto difficile, abbiamo seguito diversi approcci e abbiamo trovato un valore – che riteniamo conservativo – di circa 400 miliardi di masse solari. È un valore che può sembrare molto piccolo a noi addetti ai lavori che siamo abituati a pensare ai grandi ammassi moderni, ma con l’aiuto delle simulazioni abbiamo potuto vedere che questa struttura, evolvendo nel tempo, potrebbe raggiungere una massa simile all’ammasso di Coma, il più grande ammasso noto”.

La pulce nell’orecchio a Morishita e collaboratori, nel caso di A2744-z7p9OD – questo il nome del protoammasso – l’ha messa Hubble. Le sette galassie erano infatti già state individuate nel programma Frontier Fields del telescopio spaziale ottico e ultravioletto, attraverso osservazioni che sfruttavano proprio l’effetto di lente gravitazionale di alcuni ammassi di galassie vicini per vedere oggetti lontani. Per vedere i dettagli di queste strutture, però, non basta ingrandirle: occorre disporre di strumenti in grado di lavorare a lunghezze d’onda infrarosse, alle quali la luce ottica emessa da questi oggetti è stata portata a causa dell’espansione dell’Universo. Ma non potendo osservare a queste lunghezze d’onda, il telescopio Hubble non era stato in grado di dire molto sulla struttura e aveva lasciato aperta la porta della curiosità.

Curiosità che il telescopio spaziale Webb, grazie al suo spettrografo nel vicino infrarosso NIRSpec, è riuscito a soddisfare. Per prima cosa, infatti, è riuscito a confermare la distanza delle sette galassie finora confermate come parte della struttura, a misurare la velocità con la quale si muovono all’interno dell’alone di materia oscura dell’ammasso, e le principali proprietà fisiche. E in secondo luogo, ha consentito di modellare e costruire la storia futura del protoammasso, scoprendo che somiglierà molto all’ammasso di Coma – uno degli ammassi più densi e popolosi dell’universo moderno.

Per crescere, una struttura come questa finirà per acquisire diverse centinaia e migliaia di altre galassie, delle quali gli astronomi hanno già trovato alcune tracce. Nella stessa regione di cielo ci sono infatti altre galassie che hanno un redshift fotometrico – stimato cioè con un metodo meno sicuro di quello utilizzato da Webb – simile a quello del protoammasso. Si trovano però ancora abbastanza lontane da questo, fino a un milione di anni luce di distanza dal centro della struttura, cinque volte più in là del suo raggio.

“Tutte le sette candidate che abbiamo osservato si sono rivelate parte della struttura, con un successo del 100%”, continua Vulcani. “In futuro di certo cercheremo di confermare anche gli altri candidati, per riuscire ad avere una stima più accurata delle dimensioni del protoammasso. Molto probabilmente finora ne abbiamo osservato solo il cuore, o una zona densa, ma pensiamo che ci siano altre galassie che non abbiamo individuato e che appartengono alla stessa struttura”.

Secondo la teoria della formazione e accrescimento delle strutture comiche, nel corso di miliardi di anni nuove galassie “cadranno” in questo protoammasso e contribuiranno alla sua crescita.

“La crescita delle strutture è simile a quella dei corsi d’acqua: torrenti che nascono da montagne diverse possono poi confluire in fiumi più grandi fino a formare i grandi fiumi. Così galassie inizialmente lontane con il passare del tempo si agglomerano in uno stesso spazio” commenta Vulcani, e conclude: “Quello che è sorprendente è che il nostro risultato supporta l’idea secondo cui galassie ad alto redshift che sono fisicamente lontane e magari non ancora parte di una struttura formata, in qualche modo sono già consapevoli del loro destino che le porterà a confluire in un ammasso. Queste galassie, infatti, formano stelle in maniera e quantità molto simili nel corso degli anni e hanno tutte un’evoluzione accelerata rispetto alle altre galassie che vivono la stessa epoca cosmica ma sono isolate. Come se, tornando all’immagine del fiume, le gocce d’acqua che nascono da sorgenti diverse in qualche modo sapessero che prima o poi si incontreranno”.

L’articolo Early results from GLASS-JWST. XVIII:A spectroscopically confirmed protocluster 650 million years after the Big Bang di Takahiro Morishita, Guido Roberts-Borsani, Tommaso Treu, Gabriel Brammer, Charlotte A. Mason, Michele Trenti, Benedetta Vulcani, Xin Wang, Ana Acebron, Yannick Bah´e, Pietro Bergamini, Kristan Boyett, Marusa Bradac, Antonello Calabrò, Marco Castellano, Wenlei Chen, Gabriella De Lucia, Alexei V.Filippenko, Adriano Fontana, Karl Glazebrook, Claudio Grillo, Alaina Henry, Tucker Jones, Patrick L. Kelly, Anton M. Koekemoer, Nicha Leethochawalit, Ting-Yi Lu, Danilo Marchesini, Sara Mascia, Amata Mercurio, Emiliano Merlin, Benjamin Metha, Themiya Nanayakkara, Mario Nonino, Diego Paris, Laura Pentericci, Piero Rosati, Paola Santini, Victoria Strait, Eros Vanzella, Rogier A.Windhorst e Lizhi Xie è stato pubblicato sul sito web della rivista The Astrophysical Journal Letters. DOI: 10.3847/2041-8213/acb99e

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

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Astronomia

Galassie all’alba del cosmo catturate da JWST

By ScientifiCult 17 Novembre 2022

GALASSIE ALL’ALBA DEL COSMO CATTURATE DA JWST

Una delle prime osservazioni realizzate con il telescopio spaziale James Webb lo scorso giugno ritrae due galassie tra le più antiche mai osservate, che popolavano l’universo quando aveva solo 350 e 450 milioni di anni, rispettivamente. Lo conferma lo studio di un team internazionale, guidato da ricercatori dell’Istituto Nazionale di Astrofisica e pubblicato su The Astrophysical Journal Letters.

Appena pochi giorni dall’inizio delle operazioni scientifiche, il James Webb Space Telescope (JWST) è stato in grado di rivelare la luce proveniente da due galassie tra le primissime dell’universo primordiale, tra 350 e 450 milioni di anni dopo il Big Bang. Sono i risultati dell’analisi di osservazioni del lontanissimo ammasso di galassie Abell 2744 e di due regioni del cielo ad esso adiacenti, realizzate dal potente telescopio spaziale tra il 28 e il 29 giugno 2022 nell’ambito del progetto GLASS-JWST Early Release Science Program.

“Questo lavoro mostra innanzitutto la capacità di JWST di selezionare sorgenti nell’epoca della cosiddetta ‘alba cosmica’. Non meno importante il fatto di avere trovato, tra le altre, due sorgenti brillanti in un’area relativamente piccola”, afferma Marco Castellano, ricercatore INAF a Roma e primo autore dell’articolo che descrive la ricerca di queste due lontanissime galassie, pubblicato recentemente su The Astrophysical Journal Letters. “Sulla base di tutte le previsioni, pensavamo che avremmo dovuto sondare un volume di spazio molto più grande per trovare tali galassie. I risultati invece sembrano indicare che il numero di galassie brillanti sia molto maggiore di quanto ci si aspettasse, forse per effetto di una maggiore efficienza di formazione stellare”.

Il gruppo di ricerca guidato da Castellano è stato tra i primi a usare i dati di JWST, pubblicando un preprint sulla piattaforma open-access arXiv a luglio, solo 5 giorni dopo che i dati erano stati resi disponibili.

“C’era molta curiosità nel vedere finalmente cosa JWST poteva dirci sull’alba cosmica, oltre naturalmente al desiderio e all’ambizione di essere i primi a mostrare alla comunità scientifica i risultati ottenuti dalla nostra survey GLASS”, aggiunge il ricercatore.

“Non è stato facile analizzare dei dati così nuovi in breve tempo: la collaborazione ha lavorato 7 giorni su 7 e in pratica 24 ore su 24 anche grazie al fatto di avere una partecipazione che copre tutti i fusi orari”.

Alla collaborazione internazionale, che vede numerosi ricercatori e ricercatrici dell’INAF coinvolti sin dalla presentazione della proposta osservativa, hanno partecipato anche colleghi dello Space Science Data Center dell’Agenzia Spaziale Italiana e delle università di Ferrara e Statale di Milano.

galassie cosmo JWST — Due delle galassie più lontane mai osservate, catturate dal telescopio spaziale JWST nelle regioni esterne del gigantesco ammasso di galassie Abell 2744. Le galassie, evidenziate da due piccoli quadrati indicati con i numeri 1 e 2, e in maggior dettaglio nei due riquadri centrali, non fanno parte dell’ammasso, ma si trovano a molti miliardi di anni luce al di là di esso. Oggi osserviamo queste galassie come apparivano rispettivamente 450 (nel riquadro 1, a sinistra nell’immagine) e 350 milioni di anni (nel riquadro 2, a destra) dopo il big bang.
Crediti: Analisi scientifica: NASA, ESA, CSA, Tommaso Treu (UCLA); elaborazione delle immagini: Zolt G. Levay (STScI)

La distanza delle due galassie in questione dovrà essere confermata con maggior precisione mediante osservazioni spettroscopiche, ma si tratta già dei candidati più robusti selezionati ad oggi con dati JWST. A confermare l’affidabilità dei risultati è proprio l’accordo con quanto riscontrato anche in altri studi, tra cui il lavoro guidato da Rohan Naidu dell’Harvard Center for Astrophysics, negli Stati Uniti, che analizza gli stessi dati del progetto GLASS, apparso lo stesso giorno su arXiv e attualmente in corso di pubblicazione, anch’esso su The Astrophysical Journal Letters.

“Queste osservazioni sono rivoluzionarie: si è aperto un nuovo capitolo dell’astronomia” commenta Paola Santini, ricercatrice INAF a Roma e coautrice del nuovo articolo. “Già dopo i primissimi giorni dall’inizio della raccolta dati, JWST ha mostrato di essere in grado di svelare sorgenti astrofisiche in epoche ancora inesplorate”.

A differenza degli strumenti usati in precedenza – dal telescopio spaziale Hubble ai più grandi osservatori disponibili a terra – JWST ha una sensibilità e risoluzione nell’infrarosso che permettono di cercare oggetti così distanti.

“Stiamo esplorando un’epoca a poche centinaia di anni dal Big Bang che in parte era sconosciuta e in parte a malapena esplorata, con molte incertezze al limite delle possibilità dei telescopi precedenti”, ricorda Castellano.

Come e quando si sono formate le prime galassie e la primissima generazione di stelle – la cosiddetta popolazione III – è una delle grandi domande ancora aperte dell’astrofisica.

“Queste galassie sono molto diverse dalla Via Lattea o altre grandi galassie che vediamo oggi intorno a noi”, spiega Tommaso Treu, professore all’Università della California a Los Angeles e principal investigator del progetto GLASS-JWST. “La domanda era: quando vedi le stelle più rosse e più vecchie con Webb, vedi che in realtà la galassia è molto più grande di quello che sembrava dalle osservazioni nell’ultravioletto?”

Le nuove osservazioni di JWST sembrano indicare che le galassie nell’universo primordiale fossero molto più luminose, anche se più compatte del previsto. Se ciò fosse vero, potrebbe rendere più facile per il potente osservatorio trovare un numero ancor maggiore di queste galassie precoci nelle sue prossime osservazioni del cielo profondo.

“La sorgente più lontana è effettivamente molto compatta”, sottolinea Adriano Fontana, responsabile della divisione nazionale abilitante dell’astronomia ottica ed infrarossa dell’INAF e coautore dello studio. “I colori di questa galassia sembrano indicare che la sua popolazione stellare sia particolarmente priva di elementi pesanti, e potrebbe contenere anche alcune stelle di popolazione III. La conferma verrà dai dati spettroscopici di JWST”.

Osservare le galassie più distanti, come quelle rivelate in queste osservazioni di JWST, è un passo fondamentale per iniziare a capire come si sono formate le primissime sorgenti luminose nella storia del cosmo e comprendere le prime fasi della lunghissima evoluzione che ha portato l’universo a essere così come lo vediamo oggi, con la nostra galassia, il Sole, la Terra e noi umani che la abitiamo. Occorreranno ulteriori sforzi sia osservativi, per confermare e caratterizzare il risultato, che teorici, per comprenderne la fisica sottostante.

Per ulteriori informazioni: L’articolo “Early results from GLASS-JWST. III: Galaxy candidates at z~9-15” di Marco Castellano, Adriano Fontana, Tommaso Treu, Paola Santini, Emiliano Merlin, Nicha Leethochawalit, Michele Trenti, Uros Mestric, Eros Vanzella, Andrea Bonchi, Davide Belfiori, Mario Nonino, Diego Paris, Gianluca Polenta, Guido Roberts-Borsani, Kristan Boyett, Marusa Bradac, Antonello Calabro, Karl Glazebrook, Claudio Grillo, Sara Mascia, Charlotte Mason, Amata Mercurio, Takahiro Morishita, Themiya Nanayakkara, Laura Pentericci, Piero Rosati, Benedetta Vulcani, Xin Wang, Lilan Yang, è stato pubblicato online su The Astrophysical Journal Letters.

Testo e foto dall’Ufficio stampa – Struttura per la Comunicazione di Presidenza Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) sulle due galassie all’alba del cosmo osservate con JWST.

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Astronomia

Eta Carinae: molecole a base di silicio in una stella massiccia sull’orlo dell’esplosione

By ScientifiCult 14 Novembre 2022

ETA CARINAE: MOLECOLE A BASE DI SILICIO IN UNA STELLA MASSICCIA SULL’ORLO DELL’ESPLOSIONE

Un team internazionale guidato da ricercatori dell’Istituto Nazionale di Astrofisica ha osservato, per la prima volta, molecole a base di silicio nei pressi di una stella massiccia ed evoluta: Eta Carinae, nella costellazione della Carena. La scoperta, ottenuta analizzando i dati del radiotelescopio ALMA nel deserto di Atacama, in Cile, permette di comprendere i complessi processi di formazione delle molecole e della polvere in condizioni fisiche estreme.

A sinistra: la stella Eta Carinae, circondata dalla Nebulosa Omuncolo, osservata con lo strumento VISIR del Very Large Telescope; a destra: uno zoom sull’anello di polvere che circonda la stella, con le osservazioni di monossido di carbonio (in rosso e verde) e monossido di silicio (in blu) realizzate dal radiotelescopio ALMA; in basso: lo spettro realizzato con ALMA in una delle porzioni dell’anello, che mostra la rilevazione delle molecole monossido di silicio (SiO), monosolfuro di silicio (SiS) e mononitruro di silicio (SiN).
Crediti: Immagine e dati ALMA: C. Bordiu et al. (2022); Immagine VISIR: A. Mehner et al. (2019)

Eta Carinae è una stella molto massiccia e prossima alla fine del suo ciclo di vita, che affascina gli astronomi sin dall’Ottocento, quando se ne osservarono forti variazioni di luminosità e una “grande eruzione” che ha riversato enormi quantità di gas e polvere nei dintorni, creando la Nebulosa Omuncolo. Con una massa pari a circa 90 volte quella del Sole, questa stella fa parte di un sistema binario e si può osservare in direzione della costellazione della Carena, visibile dall’emisfero meridionale. Un nuovo studio, guidato da Cristobal Bordiu dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF), ha individuato tre molecole a base di silicio nella nebulosa che circonda Eta Carinae: monossido di silicio (SiO), monosolfuro di silicio (SiS) e mononitruro di silicio (SiN). Si tratta della prima scoperta di molecole a base di silicio – e di zolfo – nei dintorni di una stella così massiccia ed evoluta. Il lavoro è stato condotto in collaborazione con il Centro de Astrobiología e il Consiglio superiore delle ricerche scientifiche (CSIC) in Spagna e il Joint ALMA Observatory in Cile. I risultati sono stati pubblicati su The Astrophysical Journal Letters.

Eta Carinae: molecole a base di silicio in una stella massiccia sull'orlo dell'esplosione — Immagine dell’anello di polvere che circonda la stella Eta Carinae, con le osservazioni di monossido di carbonio (in rosso e verde) e monossido di silicio (in blu) realizzate dal radiotelescopio ALMA. Crediti: C. Bordiu et al. (2022)

“Eta Carinae è un oggetto di grande interesse per chi studia le stelle massicce”, spiega Cristobal Bordiu, ricercatore INAF a Catania e primo autore dell’articolo. “Volevamo studiare la chimica di questo tipo di stelle. Questa importante scoperta, avvenuta in maniera fortuita, dimostra come le stelle massicce nelle ultime fasi evolutive siano effettivamente in grado di formare specie chimiche a base di silicio (e zolfo)”.

Il materiale espulso durante la “grande eruzione” di Eta Carinae, ricco di elementi pesanti, è un terreno fertile per la formazione di molecole, come dimostra l’osservazione di molte specie chimiche a base di azoto, ossigeno e carbonio nell’ultimo decennio. La maggior parte del gas molecolare si trova in una struttura ad anello nella Nebulosa Omuncolo, una regione chiamata anche “farfalla” per via della sua forma, che contiene grandi quantità di polvere. Questo indica che le condizioni in questa regione permettono alle molecole di sopravvivere anche alla potente radiazione ultravioletta della stella, che permea l’ambiente circostante. È proprio qui, all’interno di “grumi” di gas e polvere nella regione a forma di farfalla, sul lato interno dell’anello, che sono state osservate le nuove molecole. La scoperta è stata possibile grazie a osservazioni ad alta risoluzione realizzate con il radiotelescopio ALMA (Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array), nell’ambito del progetto ALMAGAL a guida INAF.

La Nebulosa Omuncolo che circonda la stella Eta Carinae, osservata con il telescopio spaziale Hubble. Crediti: ESA/Hubble & NASA

“Le molecole contenenti silicio sono fondamentali per comprendere il ciclo di vita della polvere cosmica”, ricorda la co-autrice Filomena Bufano, ricercatrice INAF a Catania. “Lo studio di queste ci permette di capire meglio come si formano insieme alla polvere in condizioni fisiche estreme e di valutare il ruolo delle stelle massicce come fabbriche di molecole nella nostra galassia”.

Nell’insolito ecosistema molecolare che circonda Eta Carinae, molecole come il monossido di silicio si formano quando i granelli di polvere vengono distrutti dal martellamento ciclico dei venti stellari emanati dalle due stelle. Le onde d’urto risultanti, modulate dal periodo orbitale del sistema binario, di circa cinque anni e mezzo, liberano il silicio gassoso intrappolato all’interno dei granelli. Il silicio può così combinarsi con atomi liberi di ossigeno, zolfo e azoto, producendo le molecole individuate in questo studio. Le onde d’urto sono state da tempo riconosciute come agente importante nei dintorni di questo tipo di stelle, ma la distribuzione delle molecole appena rilevate, che si trovano leggermente più vicino a Eta Carinae rispetto ad altre specie come il monossido di carbonio, fornisce la prima prova diretta dei processi esercitati sulla polvere dai venti provenienti dalla stella.

“Eta Carinae è il laboratorio ideale per studiare il ciclo di vita di polvere e molecole in ambienti astrofisici estremi”, sottolinea Bordiu. “La chimica molecolare di Eta Carinae è sorta in meno di 200 anni, in seguito alla grande eruzione. Si tratta di una scala temporale molto conveniente per gli umani, anche se appena un battito di ciglia in termini astronomici, che ci permette di monitorare l’evoluzione dell’ecosistema molecolare di queste stelle quasi in tempo reale. Finora si credeva che le stelle evolute più fredde e le supernove fossero le principali produttrici di polvere di silicio, ma la scoperta di queste molecole nei dintorni di una stella come Eta Carinae ci permette di assegnare anche alle stelle evolute con massa e temperatura molto più elevate un ruolo fondamentale nella formazione della polvere nell’universo primordiale”.

La quantità di due delle molecole osservate (SiO e SiS) è oltre dieci volte inferiore a quelle che si trovano vicino a stelle di massa intermedia, che sono molto più fredde e quindi più inclini a formare molecole. Al contrario, la terza molecola (SiN), piuttosto rara nello spazio, è la più abbondante delle tre, riflettendo la peculiare composizione chimica della Nebulosa Omuncolo, ricca di azoto. Questo conferma Eta Carinae come una rara anomalia tra le stelle massicce evolute: uno scenario unico per mettere alla prova modelli di formazione e distruzione molecolare e studiare l’interazione tra i venti stellari e l’ambiente circostante. Inoltre, la presenza di molecole contenenti silicio invita i ricercatori a ripensare il ruolo di queste stelle prossime alla loro fine nella produzione di polvere e molecole, che ha importanti implicazioni nella formazione di molecole capaci di favorire l’insorgere della vita.

Per ulteriori informazioni:

L’articolo “First detection of silicon-bearing molecules in η Car” di C. Bordiu, J. R. Rizzo, F. Bufano, G. Quintana-Lacaci, C. Buemi, P. Leto, F. Cavallaro, L. Cerrigone, A. Ingallinera, S. Loru, S. Riggi, C. Trigilio, G. Umana, E. Sciacca, è stato pubblicato su The Astrophysical Journal Letters.

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

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