Archivi tag: formazione galassie

Una ‘superstrada’ di materia scura

Grazie all’ausilio dei migliori dati disponibili per monitorare il “traffico galattico” nel nostro vicinato cosmico, Noam Libeskind del Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam (AIP) e collaboratori hanno costruito una mappa dettagliata relativa al moto delle galassie vicine. Gli scienziati hanno scoperto una sorta di “ponte” di materia scura che si diparte dal nostro Gruppo Locale e arriva fino all’ammasso della Vergine, un insieme di circa 2000 galassie situato a 50 milioni di anni-luce, limitato su entrambi i lati da enormi spazi vuoti (“bolle”) privi di galassie. Il ponte di materia scura e i vuoti forniscono nuovi indizi ad un problema vecchio di 40 anni che riguarda la curiosa distribuzione delle galassie nane. I risultati di questo studio su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Continua a leggere Una ‘superstrada’ di materia scura

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Il ‘complotto’ della materia scura

Un gruppo internazionale di astronomi guidati da Michele Cappellari dell’Università di Oxford ha utilizzato i dati del telescopio di 10m del Keck Observatory situato nelle Hawaii per analizzare i moti delle stelle nelle regioni più esterne delle galassie ellittiche, nella prima di una serie di survey allo scopo di osservare un numero sempre più grande di questa classe di oggetti. I ricercatori hanno scoperto, sorprendentemente, alcune similitudini di tipo gravitazionale tra le galassie a spirali e le ellittiche, il che implica l’influenza di forze “nascoste”. I risultati di questo studio su Astrophysical Journal Letters.

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I buchi neri: fine del tempo o nuovo inizio?

I buchi neri sono popolarmente associati con la morte e la distruzione, tranne qualche caso citato nei romanzi o nei film di fantascienza, come il recente Interstellar (post), dove i cosiddetti wormholes potrebbero fornire una sorta di via fuga.  Continua a leggere I buchi neri: fine del tempo o nuovo inizio?

La prima mappa 3D della ‘rete cosmica’ primordiale

Un gruppo di astronomi guidati dai colleghi del Max Planck Institute for Astronomy hanno realizzato la prima mappa tridimensionale dell’Universo distante che risale ad appena 3 miliardi di anni dopo il Big Bang. La mappa, costruita a partire dai dati raccolti con i telescopi del Keck Observatory, si estende per 100 milioni di anni-luce e fornisce preziosi indizi sulle strutture galattiche che sono ‘inserite’, si fa per dire, nella cosiddetta ‘rete cosmica‘.

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Le strutture cosmiche secondo il modello CDM

Un gruppo di scienziati hanno pubblicato su Nature un articolo che si riferisce al modello della materia scura “fredda” (Cold Dark Matter, CDM) da cui potrebbero emergere preziosi indizi e risposte sulla formazione delle galassie e sulla struttura su larga scala dell’Universo. Tuttavia, questi risultati sembrano contrastare i recenti dati ottenuti dal telescopio spaziale Hubble. Continua a leggere Le strutture cosmiche secondo il modello CDM

Una antica ‘metropoli’ cosmica

Ad una distanza di circa 10,5 miliardi di anni-luce è stato identificato un ammasso di galassie che ci fornisce nuove informazioni su quelle che dovevano essere le condizioni fisiche dell’Universo delle origini. Si tratta di una scoperta nata per caso, frutto dell’analisi dei dati di una serie di osservazioni condotte da un gruppo di astronomi americani. E’ noto che gli ammassi, i nostri “centri urbani” dello spazio cosmico, possono contenere migliaia di galassie. Essi sono di fondamentale importanza sia perché ci permettono di studiare le varie fasi dell’evoluzione e formazione delle galassie ma anche perché ci permettono di avere indizi sulle condizioni in cui si trovava l’Universo delle origini. L’ammasso in questione si trova a circa 10,5 miliardi di anni-luce ed è composto da una densa concentrazione di 30 galassie, una sorta di gigantesca “metropoli cosmica”. “Stiamo osservando l’ammasso di galassie quando l’Universo aveva una età di circa tre miliardi di anni”, spiega Lee Spitler un astrofisico della Swinburne University of Technology in Australia e autore del progetto di ricerca FourStar Galaxy Evolution Survey (Z-FOURGE). “Questo significa che l’ammasso è ancora giovane e che continuerà a crescere per formare una struttura ancora più grande e costituito da molte galassie“. Insomma, stiamo facendo i primi passi che ci portano a comprendere come si formano questi “agglomerati urbani” in un Universo dominato da materia scura e ciò ci permette indirettamente di avere ulteriori informazioni su come si sono formate ed evolute le prime strutture su larga scala.

Swinburne University: Distant galaxy cluster found in plain view
arXiv: FIRST RESULTS FROM Z−FOURGE⋆: DISCOVERY OF A CANDIDATE CLUSTER AT Z = 2.2 IN COSMOS

L’ambiente attorno ai buchi neri supermassicci

Presenti nei nuclei delle galassie, i buchi neri supermassicci sono determinanti per l’evoluzione delle stelle non solo grazie all’enorme e all’intensa attrazione gravitazionale che essi esercitano ma anche per la formazione dei getti relativistici che si diffondono nello spazio intergalattico.

“Durante la sua vita, un buco nero può emettere così tanta energia da superare quella dovuta a tutte le stelle della galassia”, spiega Roger Blandford direttore del Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology e membro dell’Accademia delle Scienze negli Stati Uniti. “I buchi neri hanno un impatto fondamentale sulla formazione e l’evoluzione delle galassie”. Per definizione, i buchi neri non sono osservabili dato che esercitano una enorme attrazione gravitazionale che persino la luce non è in grado di vincere. Gli scienziati acquisiscono le informazioni sui buchi neri andando a studiare gli oggetti che orbitano attorno ad essi: in particolare, le stelle e i dischi di accrescimento. Grazie a queste informazioni indirette, gli astronomi sono in grado di elaborare una serie di modelli numerici allo scopo di descrivere i fenomeni fisici che avvengono attorno a questi ‘mostruosi’ oggetti. “Tutti i test della relatività generale seguono le previsioni della teoria di Einstein nel limite in cui il campo gravitazionale è debole, come ad esempio nel nostro Sistema Solare”, dice Jonathan McKinney, un professore di fisica dell’University of Maryland a College Park. “Tuttavia, esiste un altro regime, e cioè quello del campo gravitazionale forte, dove diventa più complicato verificare le previsioni della relatività generale. I buchi neri rappresentano il ‘luogo’ dello spazio più estremo per fare questi test”. Assieme ai dischi di accrescimento, in cui la materia orbita nella parte più esterna e a noi visibile dell’orizzonte degli eventi, i buchi neri sono caratterizzati da due getti relativistici che emergono dalle regioni centrali in direzione perpendicolare al piano del disco di accrescimento. Qui la materia è presente sottoforma di plasma o gas ionizzato e viene espulsa, per così dire, fino a centinaia o migliaia di anni-luce nello spazio intergalattico. McKinney, Tchekhovskoy e Blandford hanno simulato numericamente la formazione dei dischi di accrescimento e dei getti relativistici trovando che essi tendono a diventare molto più distorti ed incurvati rispetto a quanto ipotizzato in precedenza, una conseguenza dovuta sia all’estrema forza di gravità del buco nero che alle intense forze magnetiche generate dalla sua rotazione. Il loro modello fornisce così nuovi indizi molto dettagliati che contribuiscono ad una nuova conoscenza in questo campo di ricerca. Le simulazioni sono state realizzate con i potenti supercomputer della National Science Foundation’s Extreme Science and Engineering Discovery Environment (XSEDE).


XSEDE: Journey to the Limits of Spacetime

arXiv: Alignment of Magnetized Accretion Disks and Relativistic Jets with Spinning Black Holes

Modelli e osservazioni a confronto sulla formazione e l’evoluzione delle galassie

Di solito, quando si parla degli astronomi si pensa a delle persone che trascorrono il tempo a caccia di stelle o galassie che vengono osservate attraverso i grandi telescopi ottici posti in cima alle montagne. Rachel Somerville, un astronomo della Rutgers University, dipende dalle osservazioni che vengono realizzate, sia a terra che dallo spazio, dai suoi colleghi. Il suo campo principale di ricerca è quello di comprendere attraverso modelli costruiti con i grandi computer come si sono formate le galassie miliardi di anni fa e come esse continuano ad evolvere nel corso del tempo cosmico.

Strumenti importanti come il telescopio spaziale Hubble permettono di esplorare le regioni più remote dell’Universo aprendo una finestra temporale che rivela agli astronomi come apparivano le galassie man mano che prendevano forma durante le epoche primordiali della storia cosmica. I modelli costruiti al computer aiutano i ricercatori a rappresentare quanto più possibile la realtà in modo da ottenere una migliore descrizione di come si sono formate le galassie. Somerville, professoressa di astrofisica presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia della Scuola di Arte e Scienze, realizza delle simulazioni numeriche applicando i principi fisici che stanno alla basa della formazione delle galassie. Le sue simulazioni mostrano come i gas idrogeno ed elio collassino per formare stelle e galassie e come le supernovae e i buchi neri influenzano gli ambienti galattici. “E’ molto difficile realizzare modelli che descrivano le osservazioni” spiega Somerville. “Cerco di intermediare tra ciò che riusciamo ad osservare nella realtà con ciò che sono le previsioni dei modelli”. Naturalmente, gli astronomi non possono vedere come evolve una singola galassia perciò le simulazioni numeriche diventano essenziali per comprendere quale potrebbe essere il percorso evolutivo che seguono galassie differenti. “Osserviamo galassie in punti diversi del loro ciclo evolutivo e a diverse lunghezze d’onda” dice Somerville. I modelli possono così aiutare gli astronomi a prevedere quale tipo di galassia primordiale sia evoluta in una forma a disco, come ad esempio la Via Lattea, mentre altre hanno preso un’altra strada verso cioè una forma più rotonda o ellittica. Uno degli obiettivi di Somerville sarà ora quello di ottenere sempre più indizi sulla formazione delle galassie e sviluppare nuove aree di ricerca come lo studio dei pianeti extrasolari. L’American Astronomical Society e l’American Institute of Physics hanno assegnato a Somerville il premio Dannie Heineman per l’Astrofisicaper aver fornito indizi fondamentali sulla formazione e l’evoluzione delle galassie utilizzando modelli e simulazioni numeriche e dati osservativi”.

Rutgers: Astronomer Creates Computer Models that Help Explain How Galaxies Formed and Evolved

AIP: Astrophysicist Rachel Somerville Wins 2013 Dannie Heineman Prize for Astrophysics

Il problema delle galassie nane mancanti

Cosmic Web Stripping, Visualization.
Credit: Alejandro Benitez Llambay

Gli astronomi della collaborazione internazionale Constrained Local UniversE Simulations (CLUES) hanno identificato nel cosiddetto “Cosmic Web Strippingun nuovo modo di spiegare il problema delle nane mancanti, cioè l’assenza di galassie nane che non vengono osservate rispetto a quanto previsto dal modello cosmologico con materia scura ‘fredda’ e con energia scura.

Le osservazioni di alta precisione degli ultimi vent’anni suggeriscono che l’Universo consiste del 73% di energia scura, del 23% di materia scura e dal 4% di materia ordinaria. Le galassie e la materia si addensano nello spazio formando una rete intricata di ‘filamenti’ e ‘vuoti’ nota come “Cosmic Web”. Le simulazioni numeriche indicano che in questo modello di Universo si devono formare un elevato numero di piccole galassie nane nello spazio locale la cui massa sia pari mediamente ad un millesimo la massa della Via Lattea. Tuttavia, si osservano solo una ‘manciata’ di galassie nane che orbitano attorno alla nostra galassia. La scarsità, dunque, del numero di galassie nane rappresenta oggi una delle maggiori sfide teoriche nell’ambito della formazione e dell’evoluzione delle galassie. Un gruppo internazionale di ricercatori ha affrontato questo problema realizzando una serie di simulazioni numeriche mediante il progetto CLUES. I calcoli si basano sulle posizioni osservate e sulle velocità peculiari delle galassie che sono distribuite entro decine di milioni di anni-luce dalla Via Lattea in modo da simulare lo spazio nei ‘dintorni’, si fa per dire, della nostra galassia. “Lo scopo principale del progetto è quello di simulare l’evoluzione del Gruppo Locale, formato dalla Via Lattea, da Andromeda e da altre galassie minori che si trovano vicine” spiega Stefan Gottlöber del Leibniz Institute for Astrophysics a Potsdam. Analizzando le simulazioni, gli astronomi hanno trovato che alcune galassie nane esterne del Gruppo Locale si muovono con velocità elevate rispetto al Cosmic Web che la maggior parte del gas in esse contenuto può essere effettivamente perduto e rimosso. Gli scienziati chiamano questo meccanismo “Cosmic Web Stripping” dato che è proprio la struttura a ‘filamenti’ e a ‘frittella’ del cosmo che è responsabile della diminuzione del rifornimento del gas nelle galassie nane. Di conseguenza, senza una grande riserva di gas che alimenti la nascita di nuove stelle queste galassie nane diventano così piccole e deboli al punto che risulta difficile identificarle. Insomma, il problema delle galassie nane mancanti potrebbe essere dovuto semplicemente al fatto che questi oggetti sono molto deboli per essere rivelate.

Leibniz-Institute press release: Where are all the dwarfs?

arXiv: Dwarf Galaxies and the Cosmic Web

Il progetto WiggleZ fornisce nuovi dati sulla massa del neutrino

A distanza di due anni dall’inizio del programma di ricerca denominato WiggleZ Dark Energy Survey, che ha lo scopo di realizzare una enorme mappa galattica tridimensionale di circa 240 mila galassie, le particelle più leggere ed elusive presenti nell’Universo cominciano a diventare più facilmente monitorabili. Dopo più di 200 notti di osservazioni e migliaia di calcoli, un gruppo internazionale di astronomi hanno pubblicato un articolo in cui vengono presentati i risultati di uno studio che permette di fare luce su un nuovo metodo che ha lo scopo di misurare la massa dei neutrini. Grazie allo studio dei meccanismi che portano alla formazione delle galassie, i loro dati, combinati con quelli di altre osservazioni astronomiche, permettono di definire un limite all’intervallo dei valori della massa del neutrino.

ArXiv: The WiggleZ Dark Energy Survey: Cosmological neutrino mass constraint from blue high-redshift galaxies