effetto sunyaev-zel’dovich

Quella che segue è una selezione di fatti e avvenimenti che hanno caratterizzato la ricerca nel campo della fisica e dell’astronomia durante il 2012. L’ordine non segue necessariamente la cronologia.

Galassie nane e formazione stellare

NASA/ESA/A. van der Wel (Max Planck Institute for Astronomy)/H. Ferguson and A. Koekemoer (Space Telescope Science Institute)/The CANDELS team

Le galassie nane vissute tra i 9 e 10 miliardi di anni fa hanno subito un violento incremento di formazione stellare il che implica che molte, se non la maggior parte, delle stelle in queste galassie si formano allo stesso modo di quelle presenti nell’Universo di oggi.

Galassie nane, laboratori ideali per comprendere l’evoluzione dell’Universo

Curiosity arriva su Marte

Quei famosi sette minuti di terrore del Mars Science Laboratory diventano una conquista della tecnologia terrestre tra il 5 e il 6 Agosto una volta che il rover Curiosity discende senza problemi sulla superficie del pianeta rosso.

Spiato il getto di un super buco nero

Grazie ad una serie di osservazioni radio da terra, gli astronomi riescono ad osservare la parte basilare del getto nella galassia M87.

M87, le prime misure dirette del disco di accrescimento attorno al buco nero

M87, un buco nero della categoria ‘super massimi’

Esopianeti appartenenti a sistemi binari

Gli astronomi hanno rivelato nuovi mondi in orbita attorno a stelle binarie, alcuni in orbita attorno a stelle che non presentano elementi pesanti, altri invece sono sopravvissuti alla fase di gigante rossa.

Una nuova classe di sistemi planetari

L’origine delle supernovae

Una supernova di tipo Ia può originarsi da due meccanismi diversi e durante il 2012 sono emerse altre domande che hanno posto il punto sul problema energetico. Una conseguenza importante è che questa classe di supernovae è stata utilizzata per determinare il tasso di espansione dell’Universo.

Un tipo di supernova, due sorgenti diverse

Nuovi indizi sull’origine dei ‘calibratori’ di distanze cosmologiche

Il modello della ‘vedova bianca’ per spiegare la formazione delle supernovae di tipo Ia

LHC osserva una nuova particella consistente con il bosone di Higgs

Una delle tante collisioni protoni-protoni presso il rivelatore CMS.

Due rivelatori, ATLAS e CMS, trovano una nuova particella che sembra avere alcune proprietà consistenti con il bosone di Higgs, l’ultimo tassello mancante del modello standard che spiega la fenomenologia delle particelle elementari e le loro interazioni fondamentali.

L’importanza di essere, o non essere, il bosone di Higgs

LHC, che cosa hanno osservato ATLAS e CMS?

Le particelle di Majorana

Due particelle di Majorana (le due palline in arancione) si formano alle estremità di un ‘nanocavo’.

Si tratta di fermioni, particelle che sono anche le rispettive antiparticelle di se stesse. Furono proposte nel 1937 da Ettore Majorana. Oggi, i fisici ritengono che queste particelle potrebbero essere presenti in alcuni materiali che possiedono particolari proprietà topologiche, come ad esempio i materiali superconduttori o semiconduttori.

Il mistero delle particelle di Majorana

Asimmetria del tempo quantistico

Grazie all’esperimento BaBar, i fisici hanno osservato la prima evidenza diretta della violazione della simmetria per inversione temporale misurando il tasso a cui il mesone B⁰ modifica gli stati quantistici. Si tratta di una verifica sperimentale diretta nel campo della fisica quantistica.

L’esperimento BaBar conferma l’asimmetria del tempo quantistico

Il moto degli ammassi di galassie

Gli ammassi di galassie ci forniscono tutta una serie di informazioni su come si è formato l’Universo non solo ma ci permettono di avere indizi fondamentali sull’origine e la natura della materia scura e dell’energia scura. Circa 40 anni fa, i fisici russi Rashid Sunyaev and Yakov Zel’dovich calcolarono che il moto degli ammassi di galassie poteva essere osservato misurando una lieve variazione di temperatura nella radiazione cosmica di fondo. Oggi, queste misure sono state riottenute con maggiore precisione grazie ad una serie di osservazioni realizzate con l’Atacama Cosmology Telescope (ACT) e la survey Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS).

Evidenze di un misterioso ‘flusso collettivo’ degli ammassi di galassie nell’Universo distante

Gli ammassi distanti di galassie si muovono nello spazio con velocità dell’ordine di qualche milione di chilometri all’ora lungo una sorta di percorso che si trova proiettato nelle costellazioni meridionali di Centauro e Idra. Una ricerca condotta da Alexander Kashlinsky della NASA ha permesso di tracciare questo movimento collettivo che è stato denominato “dark flow“.

“E’ qualcosa che è lì e che persiste a grandi distanze dell’ordine di 2,5 miliardi di anni-luce” dice Kashlinsky. Sembra che gli ammassi si muovano lungo una “linea” che si estende dal nostro Sistema Solare fino agli ammassi di Centauro e Idra anche se la direzione del moto appare più incerta. Gli ammassi si trovano, per così dire, in testa al moto collettivo lungo un percorso in allontanamento dalla Terra ma non si esclude il fatto che esse si muovano nella direzione opposta. “In realtà non siamo in grado di affermare in quale precisa direzione si stanno muovendo gli ammassi di galassie” dichiara Kashlinsky. Bisogna però dire che questo flusso misterioso appare controverso a causa del fatto che la distribuzione di materia nell’Universo non può tenerne conto. Tuttavia, la sua esistenza suggerisce la presenza di qualche struttura al di là dell’Universo osservabile, cioè al di fuori dell’orizzonte visibile, che sta causando una attrazione gravitazionale sulla materia. I cosmologi considerano la radiazione cosmica di fondo come una sorta di sistema di riferimento di frontiera in relazione al quale qualsiasi moto su larga scala non dovrebbe mostrare una direzione privilegiata. Il gas caldo che emette radiazione sottoforma di raggi-X all’interno dell’ammasso diffonde i fotoni dalla radiazione cosmica di fondo. Dato che gli ammassi di galassie non seguono con precisione l’espansione dello spazio, le lunghezze d’onda dei fotoni diffusi cambiano in modo tale da riflettere il singolo moto di ciascun ammasso. Il risultato è una piccola variazione della temperatura della radiazione cosmica nella direzione dell’ammasso. Questa variazione di temperatura, che gli astronomi chiamano effetto cinematico Sunyaev-Zel’dovich (KSZ), è così piccola che non è stata mai osservata in un singolo ammasso di galassie. Nel 2000, Kashlinsky assieme a Fernando Atrio-Barandela della University of Salamanca in Spagna, dimostrarono che era possibile tirar fuori, per così dire, il debole segnale dal rumore andando ad analizzare un certo numero di ammassi. Nel 2008, utilizzando un catalogo di 700 ammassi messi insieme da Harald Ebeling dell’University of Hawaii e da Dale Kocevski della University of California, Santa Cruz, i ricercatori applicarono la tecnica ai dati di WMAP. E’ da qui che è stato rivelato per la prima volta questo flusso misterioso. “In media, ci vuole circa un’ora di osservazioni al telescopio per determinare la distanza di ogni ammasso, per non parlare degli anni che ci sono voluti per trovare questi sistemi” spiega Ebeling. Secondo Atrio-Barandela, che si è occupato dell’analisi degli errori di misurazione, questi risultati rappresentano una chiara prova dell’esistenza di questo moto collettivo dato che gli ammassi mostrano un forte effetto KSZ. In più, i ricercatori hanno suddiviso il catalogo in quattro regioni di cielo che rappresentano ognuna quattro intervalli di distanza. Poi essi hanno esaminato la direzione preferenziale del moto per tutti gli ammassi all’interno di ogni regione. Il risultato è che l’andamento globale del flusso dalle singole regioni di cielo sembra essere in accordo (video). Attualmente i ricercatori stanno lavorando al catalogo in modo da ampliarlo per meglio definire il moto collettivo fino ad una distanza circa doppia di quella attuale.

ArXiv: A new measurement of the bulk ﬂow of X-ray luminous clusters of galaxies

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Una lista di avvenimenti importanti del 2012

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Le idee degli scienziati sull'Universo