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Una grande quantità di materia scura in prossimità del Sole

La figura mostra la simulazione della Via Lattea ad alta risoluzione, realizzata al fine di studiare la distribuzione della massa.
Credit: Dr A. Hobbs

Un gruppo di astronomi delle Università di Zurigo, dell’Università di Leicester e del National Astronomical Observatories presso la Chinese Academy of Sciences di Pechino, hanno pubblicato i dati di una serie di osservazioni condotte nelle immediate vicinanze del Sole trovando una elevata distribuzione di materia scura. I risultati sono consistenti con l’ipotesi in base alla quale la Via Lattea è circondata da un massiccio alone di materia scura. Dobbiamo, però, sottolineare il fatto che il loro studio è il primo nel suo genere ad utilizzare un metodo che è stato verificato in maniera rigorosa su un insieme di dati ottenuti da simulazioni molto accurate. Ma il risultato più sorprendente è che i ricercatori avrebbero identificato una ‘nuova componente’ di materia scura presente nella nostra galassia.

Nonostante gli astronomi sono stati in grado di ricostruire mappe della distribuzione di materia scura nell’Universo, la sua presenza nelle immediate vicinanze del Sistema Solare è rimasta sempre enigmatica. Dopo decenni di osservazioni effettuate da Oort, misure più recenti hanno permesso di determinare una quantità di materia scura circa 3-6 volte maggiore di quanto ipotizzato mentre l’anno scorso altre misure hanno riportato, invece, una quantità inferiore rispetto a quanto ci si aspettava. Insomma, la comunità scientifica si è trovata in una situazione imbarazzante dato che si riteneva che queste discrepanze fossero dovute tipicamente alla sensibilità degli strumenti di misura e di analisi dei dati. Oggi, gli autori della recente ricerca sono molto più confidenti e meno incerti sull’attendibilità dei loro dati poichè essi si sono basati su tecniche più moderne che permettono di simulare la distribuzione di massa presente nella Via Lattea. Questo approccio ha portato ad una serie di sorprese, prima fra tutte quella che ha permesso ai ricercatori di scoprire che le tecniche utilizzate circa 20 anni fa tendevano a sottostimare la quantità di materia scura. Dunque, applicando le dovute correzioni e tenendo conto delle posizioni e delle velocità di migliaia di stelle nane bianche di tipo spettrale K, che sono distribuite nelle vicinanze del Sistema Solare, gli astronomi sono stati in grado di ottenere misure più accurate della densità locale di materia scura. “Siamo certi al 99% che esiste materia scura in prossimità del Sole”, dichiara Silvia Garbari. “Abbiamo trovato più materia scura di quanto ci aspettavamo e se i nostri dati saranno confermati la scoperta potrebbe avere delle implicazioni importanti perchè questo vorrebbe dire che o abbiamo davanti la prima evidenza di un ‘disco’ di materia scura nella Via Lattea o che l’alone di materia scura è stato in qualche modo ‘schiacciato’ causando un incremento di densità di materia scura”. Dunque, occorreranno misure sempre più accurate per determinare in maniera accurata la densità locale di materia scura. “Se la materia scura è composta di particelle elementari, allora miliardi di queste particelle stanno attraversando il Vostro corpo mentre leggete questo articolo”, spiega il professor George Lake. “I fisici sperimentali sperano di catturare almeno qualche particella negli esperimenti come XENON e CDMS che sono attualmente operativi”.Conoscere, quindi, le proprietà locali della materia scura rappresenta la chiave per capire di che cosa consistono queste eventuali particelle.

ArXiv: A new determination of the local dark matter density from the kinematics of K dwarfs

Il Sole era più ‘grasso’ da giovane

Credit: NASA

I modelli che descrivono l’evoluzione stellare suggeriscono che il Sole doveva essere molto più “debole” durante le sue fasi primordiali ma ciò sembra essere in contrasto con alcuni modelli del clima terrestre che non spiegano come mai la Terra non abbia subito un processo, per così dire, di congelamento. Una soluzione alternativa, che attualmente è in fase di studio, è quella di assumere una ipotesi alternativa in base alla quale il Sole fu inizialmente un pò più ‘grasso’, per così dire, e quindi un pò più luminoso, di quanto ci si aspetta dai modelli. Di solito, le stelle tendono ad incrementare la loro luminosità man mano che invecchiano e ciò è dovuto al fatto che il nucleo diventa più denso e più caldo nel corso del tempo. Assumendo che il Sole abbia seguito lo stesso percorso evolutivo si può stimare che 4,5 miliardi di anni fa esso doveva essere almeno un 30% più debole.

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Dal 2016 il Sole potrebbe diventare più ‘quieto’

E’ quanto emerge da uno studio condotto da alcuni scienziati che studiano la nostra stella. La formazione delle macchie solari è causata dai campi magnetici che, sembra, si stanno indebolendo. Gli astrofisici prevedono che dal 2016 potrebbero non esistere più macchie solari perciò il Sole andrebbe verso uno stato di minima attività per diversi anni. L’ultima volta che le macchie sono scomparse accadde nel XVII e nel XVIII secolo e coincise con un lungo periodo di freddo noto come la “Piccola Era Glaciale“.

Le macchie solari vengono osservate sin dal 1700 ed è noto che la loro apparizione e scomparsa segue un ciclo di circa 11 anni. Il periodo di minimo dura di solito 16 mesi e quello attuale è già dura da 26 mesi, il più lungo finora registrato in un secolo. Matthew Penn e William Livingston del National Solar Observatory (NSO) a Tucson, Arizona, hanno esaminato 1500 macchie solari e hanno trovato che l’intensità media del campo magnetico delle macchie è scesa da 2700 gauss a 2000 gauss (il campo magnetico terrestre è circa 1 gauss). La ragione di questa diminuizione non è ancora nota ma Livingston ha dichiarato che se l’intensità del campo magnetico continua a scendere allo stesso ritmo di quella osservata arriverà ad avere un valore di circa 1500 gauss nel 2016 e al di sotto di questo valore le macchie solari non si dovrebbero formare. Durante il periodo che va dal 1645 al 1715, noto come il Minimo di Maunder, la superficie del Sole non presentava macchie solari. Questo periodo, noto come la Piccola Era Glaciale, produsse un abbassamento delle temperature medie in Europa. Livingston ha inoltre spiegato che questi risultati devono comunque essere trattati con cautela dato che le tecniche di misurazione che sono state utilizzate sono relativamente nuove e non è ancora noto se l’indebolimento del campo magnetico continuerà, o meno. Dunque, solo il tempo ci darà la risposta!

ArXiv: Long-term Evolution of Sunspot Magnetic Fields

Chi Cygni ci mostra la fine del Sole

Quando il Sole avrà esaurito tutto l’idrogeno nucleare, che gli permette di brillare ormai da cinque miliardi di anni, esso comincerà il suo ciclo di evoluzione stellare che lo porterà a diventare una gigante rossa. Le sue dimensioni saranno tali da sfiorare l’orbita di Marte. Ma state tranquilli, tutto ciò avverrà tra circa cinque miliardi di anni. Per capire allora quale sarà l’evoluzione finale di una stella come il Sole, gli astrofisici guardano altri sistemi stellari ed in particolare essi hanno osservato di recente la morte di una stella di tipo solare che si trova ad una distanza di circa 550 anni-luce. La stella, denominata Chi Cygni , ha cominciato a pulsare come una sorta di gigantesco cuore e si trova attualmente nelle sue fasi finali del ciclo di evoluzione stellare.

Questo studio apre una nuova finestra verso la comprensione di quello che sarà il destino del Sole tra circa 5 miliardi di anni“, dice Sylvestre Lacour dell’Osservatorio di Parigi. Gli scienziati hanno paragonato il processo ad una macchina in corsa a tutto gas. “Abbiamo creato una animazione  della pulsazione della stella utilizzando immagini reali“, dice ancora Lacour. “I dati indicano che le pulsazioni non sono solamente di tipo radiale, ma casuali, forse dovute a delle disomogeneità, come la grande macchia rossa apparsa quando la stella si trova alla dimensione minima“. Le stelle che si trovano in questa fase sono note come variabili di tipo Mira . Una volta che inizia il ciclo di pulsazione, la stella butta fuori gli strati più esterni che creano successivamente, dopo qualche centinaia di migliaia di anni, una spettacolare nebulosa planetaria. Chy Cygni ha un ciclo di pulsazione pari a 408 giorni e quando si trova nella fase di minimo appaiono sulla superficie macchie di plasma ad altissima temperatura che formano una struttura granulare, analoga a quella che si osserva sulla superfice del Sole, ma la dimensione dei granuli è molto più grande. Si calcola che man mano che la stella si raffredda e diventa via via sempre più debole, il suo diametro aumenta sempre di più al punto che, nel Sistema Solare, raggiungerebbe la fascia degli asteroidi.

Bisogna dire che lo studio di questi oggetti è molto complesso. Ad esempio, nel caso delle variabili di tipo Mira, le stelle si trovano all’interno di un guscio denso e compatto costituito da polveri e gas. Quindi per osservare la superficie della stella, gli astrofisici devono utilizzare la banda infrarossa dello spettro elettromagnetico. Inoltre, le stelle si trovano a distanze enormi perciò appaiono molto piccole. Anche se esse hanno le dimensioni tipiche di una stella come il Sole, la distanza a cui esse si trovano li rende tali al punto che diventa come osservare dalla Terra una casetta sulla superficie della Luna. I telescopi tradizionali non hanno l’adeguato potere esplorativo perciò gli scienziati devono ancora una volta ovviare il problema facendo uso della cosiddetta tecnica interferometrica che permette di combinare la luce proveniente da diversi telescopi per arrivare ad avere un potere esplorativo pari a quello di un singolo telescopio che ha le dimensioni equivalenti alla distanza a cui si trovano i singoli strumenti ottici. Per fare questo i ricercatori hanno utilizzato l’Infrared Optical Telescope Array (IOTA) dello Smithsonian Astrophysical Observatory , che si trova presso l’Osservatorio Whipplesul Monte Hopkins, in Arizona. “IOTA ci permette di avere prestazioni uniche“, dice Marc Lacasse dell’Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), “Grazie a IOTA è stato possibile ottenere delle immagini con una nitidezza tale da vedere dettagli circa 15 volte più piccoli rispetto alle immagini ottenute con il telescopio spaziale Hubble“.

Insomma, l’interferometria sembra essere la tecnica più promettente per studiare la vera natura di oggetti piccoli e compatti, come stelle, dischi di accrescimento attorno a buchi-neri, regioni di formazione di dischi protoplanetari, più di quanto sia stato fatto in precedenza utilizzando semplicemente modelli o animazioni grazie all’utilizzo della computer grafica.