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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.

Il ‘risveglio’ di un buco nero dormiente

Illustrazione dell’oggetto Swift J1644+57.
Credit: NASA/Swift

L’anno scorso, un gruppo di astronomi identificarono in una galassia distante un buco nero quiescente che mostrava una particolare attività in seguito all’interazione gravitazionale dovuta ad una stella che passava nelle sue immediate vicinanze. Oggi, i ricercatori hanno registrato un segnale caratteristico, nella banda dei raggi-X, che è stato monitorato nei giorni a seguire l’intensa emissione di radiazione causata dalla materia che sta cadendo verso il buco nero.

Questo ‘segnale di coda’, chiamato oscillazione quasi-periodica (QPO), è una caratteristica dei dischi di accrescimento che di solito circondano gli oggetti più densi e più compatti dell’Universo: nane bianche, stelle di neutroni e buchi neri. I segnali QPO sono stati osservati in molti buchi neri di massa stellare e ci sono chiare evidenze che essi sono associati anche a buchi neri che hanno masse comprese tra 100 e 100 mila volte la massa del Sole. Fino a questa scoperta, i QPO sono stati rivelati solo da un buco nero supermassiccio, cioè il caso più estremo che può contenere alcune milioni di volte la massa solare, che sono situato tipicamente nel nucleo delle galassie. Questo oggetto è noto con la sigla REJ 1034+396 e si tratta di una galassia di Seyfert che si trova alla distanza, relativamente vicina, di 576 milioni di anni-luce. “Questa scoperta ci permette di avere maggiori indizi sulle regioni più vicine al buco nero distante alcuni miliardi di anni-luce, un fatto decisamente entusiasmante. Inoltre, i dati ci aiutano a verificare la relatività generale ad una epoca in cui l’Universo appariva in maniera diversa rispetto a oggi” spiega Rubens Reis dell’University of Michigan in Ann Arbor. La sorgente di raggi-X, denominata Swift J1644+57 e che si trova nella costellazione del Dragone, è stata identificata nel mese di Marzo del 2011 dal satellite Swift in una galassia distante quasi 4 miliardi di anni-luce. Inizialmente si era pensato si trattasse di un comune gamma-ray burst (GRB) ma poi il suo graduale indebolimento non assomigliava a nessun evento visto prima. Gli astronomi furono subito consapevoli che ciò che stavano osservando non era altro che la parte finale di un evento straordinario, il ‘risveglio’ di un buco nero dormiente.


[Press release: ‘Cry’ of a Shredded Star Heralds a New Era for Testing Relativity]

Un buco nero ‘assassino’

Credit: NASA, S. Gezari (The Johns Hopkins University), and J. Guilloch (University of California, Santa Cruz)

Questa immagine elaborata al computer mostra la simulazione del gas di una stella che, catturato dalle intense forze di marea, cade verso un buco nero. Parte del gas viene espulsa nello spazio con velocità relativistiche.

Grazie ad una serie di osservazioni realizzate con il satellite Galaxy Evolution Explorer (GALEX) e il telescopio Pan-STARRS1, un gruppo di astronomi sono stati in grado di ottenere una chiara evidenza di questo processo violento: la distruzione di una stella da parte di un buco nero supermassiccio. I ricercatori hanno registrato i segnali di questo evento e cioè un flare nelle bande ottico e ultravioletto dello spettro elettromagnetico che indicano la caduta del gas verso il buco nero così come l’espulsione di parte di gas ricco di elio. L’analisi del flare fornisce indicazioni importanti sullo scenario e sulle proprietà fisiche della stella vittima del processo [video]. Inoltre, per verificare che si tratti proprio di una stella che sta per essere divorata da un buco nero anzichè trattarsi di un altro evento energetico associato al nucleo galattico, gli astronomi hanno utilizzato l’osservatorio spaziale Chandra per analizzare il gas. I dati suggeriscono che le proprietà del gas non sono consistenti con quelle tipiche di un nucleo galattico attivo. La galassia che ospita questo particolare evento è nota con la sigla PS1-10jh e si trova a circa 2,7 miliardi di anni-luce. Infine, gli astronomi hanno ‘pesato’ il buco nero killer ottenendo una valore di diversi milioni di masse solari che è consistente con la massa del buco nero presente nel nucleo della nostra galassia.