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ALMA inaugura una nuova era dell’astrochimica

Qual è la chimica dell’Universo? Per rispondere a questa domanda, gli astronomi stanno tentando di sfruttare le potenti capacità esplorative del radiotelescopio ALMA e le nuove tecniche di laboratorio. Questo nuovo metodo d’indagine è stato applicato di recente da un gruppo di ricercatori che hanno analizzato il gas diffuso nelle regioni di formazione stellare della nebulosa di Orione.

I ricercatori hanno ampiamente migliorato il processo di identificazione delle “impronte digitali chimiche”, per così dire, aprendo così la strada a nuovi studi che finora erano stati impossibili o proibitivi. “Grazie ad ALMA, abbiamo mostrato come sia possibile fare l’analisi chimica di quelle regioni di formazione stellare che è stata molto limitata nel passato” dichiara Anthony Remijan del National Radio Astronomy Observatory (NRAO). L’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array è attualmente in fase di costruzione nel deserto settentrionale di Atacama nel Cile. Quando sarà completato, nel 2013, le sue 66 antenne caratterizzate da una elevata precisione ed una elettronica estremamente avanzata permetteranno di esplorare l’Universo senza precedenti ed in particolare tra le lunghezze d’onda radio più lunghe e l’infrarosso. A queste lunghezze d’onda, è possibile rivelare determinate composti chimici. Di fatto, più di 170 molecole, incluse quelle organiche come i composti dello zucchero, sono già stati scoperti nello spazio. Questi elementi chimici, precursori della vita, sono presenti principalmente nelle gigantesche nubi di gas e polveri tipiche delle regioni di formazione stellare. Le molecole hanno particolari proprietà fisiche, cioè ruotano e vibrano, e ogni volta che esse modificano il loro stato fisico emettono dei segnali caratteristici che possono essere rivelati come onde radio a determinate lunghezze d’onda. L’analisi del loro spettro permette di identificarle grazie alla presenza delle diverse righe di emissione ognuna delle quali corrisponde ad una particolare lunghezza d’onda o frequenza. Ma fare ciò richiede molto tempo e non sempre si riesce ad ottenere l’informazione desiderata, senza considerare il fatto che le molecole possono cambiare le loro proprietà al variare della temperatura. Oggi, però, esiste la possibilità di analizzare simultaneamente un insieme più grande di lunghezze d’onda, confrontando i dati di ALMA con i modelli delle varie righe spettrali anche in funzione delle diverse temperature. “Il confronto è stato impressionante” spiega Sarah Fortman della Ohio State University. “Le righe spettrali rimaste sconosciute per diversi anni sono state immediatamente identificate permettendoci di verificare l’esistenza di determinate molecole e quindi tutti gli spettri più complessi che sono presenti nella nostra Galassia”. Nel passato, le tante righe spettrali non identificate rendevano l’analisi molto complicata. Oggi, invece, queste molecole non solo ci danno informazioni vitali sulla chimica di queste enormi nubi di gas ma ci dicono anche quali sono le loro condizioni fisico-chimiche. Insomma, si tratta di una nuova era nel campo dell’astrochimica perché questi metodi innovativi d’indagine astronomica stanno rivoluzionando la nostra comprensione sulle affascinanti regioni di formazione stellare.

[Press release: Astrochemistry enters a new bold era with ALMA]

La nascita di un pianeta al computer

La Terra e gli altri pianeti del Sistema Solare non sono gli unici nell’Universo. Negli ultimi decenni, la caccia ai pianeti extrasolari ha permesso di ottenere grandi risultati ed incredibili scoperte al punto che oggi gli scienziati planetari hanno un nuovo strumento d’indagine: modelli numerici che simulano la nascita dei pianeti.

Nella maggior parte dei casi, i pianeti si formano in seguito al collasso gravitazionale di una stella giovane. I gas e le polveri residue formano un disco di accrescimento attorno alla stella e le minuscole particelle del disco, i planetesimi, iniziano a collassare nel corso di milioni di anni formando corpi celesti sempre più grossi finchè prende forma un protopianeta. Sally Dodson Robinson e il suo gruppo di ricerca presso l’Università del Texas a Austin stanno realizzando una serie di simulazioni al computer dei dischi protostellari. Le simulazioni forniscono alcuni parametri importanti, come la turbolenza e la temperatura del disco che influenzano come e dove si formano i pianeti. In un disco con una elevata percentuale di turbolenza, le particelle che formano i planetesimi si muovono molto velocemente e si allontanano le une dalle altre. In una situazione meno turbolenta, invece, esisteranno molte più probabilità che le particelle collidano e si aggreghino per dar luogo ai futuri pianeti. Nel 1988, era noto solo un pianeta extrasolare, mentre oggi se ne conoscono quasi 2400 che attendono di essere confermati. Dunque, comprendere quelle condizioni favorevoli per la formazione di un pianeta permetterà agli astronomi di scoprirne sempre di più e, allo stesso tempo, fornirà nuovi ed importanti indizi sulla nascita e l’evoluzione della Terra e quindi del Sistema Solare.

WISE rivela milioni di buchi neri e ‘hot DOG’

La missione spaziale Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) ha permesso di rivelare recentemente una notevole quantità di buchi neri supermassicci e galassie ‘hot DOGs’ (Dust Obscured Galaxies).

Le immagini realizzate dal telescopio spaziale per raggi-infrarossi mostrano milioni di candidati buchi neri mascherati dalle polveri e circa un migliaio di oggetti che si possono considerare tra le galassie più brillanti mai osservate. “WISE ha messo in luce tutta una serie di oggetti nascosti dalle polveri cosmiche”, spiega Hashima Hasan, James Webb Space Telescope program scientist presso la NASA Headquarters a Washington“Abbiamo trovato un asteroide che ‘danza’ davanti all’orbita terrestre, oggetti di tipo stellare a bassissima temperatura e ora buchi neri supermassicci e galassie brillanti celati dalle polveri”. Queste ultime scoperte stanno aiutando gli astronomi a capire meglio come si formano ed evolvono le galassie e i buchi neri che risiedono nei loro nuclei. In uno dei progetti scientifici che sono stati proposti, gli astronomi hanno utilizzato WISE per identificare circa 2,5 milioni di buchi neri supermassicci in piena attività fino a distanze superiori a 10 miliardi di anni-luce. Circa il 70% di questi oggetti non sono mai stati rivelati in precedenza a causa della polvere che blocca la luce. Nonostante ciò, WISE è stato in grado di farlo poichè la materia che si accresce attorno ai buchi neri viene riscaldata e quindi può essere facilmente rivelata nella banda dell’infrarosso. Per quanto riguarda le galassie, si tratta di oggetti estremamente brillanti che possono emettere una quantità di luce più di 100 trilioni di volte quella del Sole. Le galassie sono completamente immerse nelle polveri e possono essere rivelate solamente a lunghezze d’onda molto lunghe della banda dell’infrarosso. Grazie anche alle immagini catturate dal telescopio spaziale Spitzer è stato possibile rivelare la presenza di buchi neri supermassicci e una elevata attività di formazione stellare. “Queste galassie immerse nelle polveri sono estremamente attive e rare allo stesso tempo. Abbiamo dovuto esplorare l’intero cielo prima di osservarle” spiega Peter Eisenhardt project scientist di WISE presso il JPL“Inoltre abbiamo evidenze che le galassie hanno dato vita ai loro buchi neri prima che si sono formate la maggior parte delle stelle. In altre parole, le uova sono nate prima delle galline”. Altre immagini ottenute combinando le osservazioni del Caltech’s Submillimeter Observatory a Mauna Kea suggeriscono che queste galassie sono almeno due volte più luminose rispetto alle altre galassie brillanti rivelate nell’infrarosso. Gli astronomi ritengono che una spiegazione sia legata alle polveri che vengono riscaldate dall’estrema attività dei buchi neri. Forse stiamo osservando una nuova e rara fase di evoluzione galattica.

ArXiv 1: Mid-Infrared Selection of AGN with the Wide-Field Infrared Survey Explorer. I. Characterizing WISE-Selected AGN in COSMOS

ArXiv 2: The First Hyper-Luminous Infrared Galaxy Discovered by WISE

ArXiv 3: Submillimeter Follow-up of WISE-Selected Hyperluminous Galaxies