Archivi tag: stelle di neutroni

Two distant, superluminous and puzzling supernovae

Gli astronomi che fanno parte del gruppo Supernova Legacy Survey (SNLS) hanno scoperto due supernovae estremamente distanti e brillanti. Esse si trovano a circa 10 miliardi di anni-luce e la loro luminosità è almeno 100 volte superiore a quella di una normale supernova. Tuttavia, gli scienziati si trovano davanti a un puzzle poichè il meccanismo fisico che descrive la loro formazione, e cioè il collasso gravitazionale di una stella gigante in una stella di neutroni o in un buco nero, non spiega la loro elevata luminosità. Questi due oggetti sono stati identificati nel 2006 e nel 2007 ed erano così peculiari al punto che gli astronomi non furono in grado inizialmente di capire che cosa fossero esattamente e quale fosse la loro distanza.

At first, we had no idea what these things were, even whether they were supernovae or whether they were in our galaxy or a distant one”, said lead author D. Andrew Howell, a staff scientist at Las Cumbres Observatory Global Telescope Network (LCOGT) and adjunct faculty at UC Santa Barbara. “I showed the observations at a conference, and everyone was baffled. Nobody guessed they were distant supernovae because it would have made the energies mind-bogglingly large. We thought it was impossible”. One of the newly discovered supernovae, named SNLS-06D4eu, is the most distant and possibly the most luminous member of an emerging class of explosions called superluminous supernovae. These new discoveries belong to a special subclass of superluminous supernovae that have no hydrogen.

The new study finds that the supernovae are likely powered by the creation of a magnetar, an extraordinarily magnetized neutron star spinning hundreds of times per second.

Magnetars have the mass of the sun packed into a star the size of a city and have magnetic fields a hundred trillion times that of the Earth. While a handful of these superluminous supernovae have been seen since they were first announced in 2009, and the creation of a magnetar had been postulated as a possible energy source, the work of Howell and his colleagues is the first to match detailed observations to models of what such an explosion might look like. Co-author Daniel Kasen from UC Berkeley and Lawrence Berkeley National Lab created models of the supernova that explained the data as the explosion of a star only a few times the size of the sun and rich in carbon and oxygen. The star likely was initially much bigger but apparently shed its outer layers long before exploding, leaving only a smallish, naked core. “What may have made this star special was an extremely rapid rotation”, Kasen said. “When it ultimately died, the collapsing core could have spun up a magnetar like a giant top. That enormous spin energy would then be unleashed in a magnetic fury”. Discovered as part of the SNLS, a five-year program based on observations at the Canada-France-Hawaii Telescope, the Very Large Telescope (VLT) and the Gemini and Keck telescopes to study thousands of supernovae, the two supernovae could not initially be properly identified nor could their exact locations be determined. It took subsequent observations of the faint host galaxy with the VLT in Chile for astronomers to determine the distance and energy of the explosions. Years of subsequent theoretical work were required to figure out how such an astounding energy could be produced. The supernovae are so far away that the ultraviolet (UV) light emitted in the explosion was stretched out by the expansion of the Universe until it was redshifted (increased in wavelength) into the part of the spectrum our eyes and telescopes on Earth can see. This explains why the astronomers were initially baffled by the observations; they had never seen a supernova so far into the UV before. This gave them a rare glimpse into the inner workings of these supernovae. Superluminous supernovae are so hot that the peak of their light output is in the UV part of the spectrum. But because UV light is blocked by the Earth’s atmosphere, it had never been fully observed before.

The supernovae exploded when the Universe was only 4 billion years old.

This happened before the sun even existed”, Howell explained. “There was another star here that died and whose gas cloud formed the sun and Earth. Life evolved, the dinosaurs evolved and humans evolved and invented telescopes, which we were lucky to be pointing in the right place when the photons hit Earth after their 10-billion-year journey”. Such superluminous supernovae are rare, occurring perhaps once for every 10,000 normal supernovae. They seem to explode preferentially in more primitive galaxies, those with smaller quantities of elements heavier than hydrogen or helium, which were more common in the early Universe. “These are the dinosaurs of supernovae”, Howell said. “They are all but extinct today, but they were more common in the early Universe. Luckily we can use our telescopes to look back in time and study their fossil light. We hope to find many more of these kinds of supernovae with ongoing and future surveys”.

UC Santa Barbara: Powerful Ancient Explosions Explain New Class of Supernovae

arXiv: Two superluminous supernovae from the early universe discovered by the Supernova Legacy Survey
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Forti indizi di materia scura ‘leggera’ nel centro galattico

C’è una strana ‘emissione’ nel centro galattico ed esistono forti evidenze che si tratti di materia scura ‘leggera’ che sta per esaurirsi. Allo stesso tempo, alcuni rivelatori sotterranei ultra sensibili stanno cercando degli indizi sull’esistenza di particelle simili. La maggior parte dei teorici ritiene che le WIMPs siano le particelle più probabili che compongono la materia scura e che annichilando, quando collidono, producono una pioggia di radiazione di alta energia. Il telescopio spaziale Fermi sta scandagliando il cielo per rivelare la presenza di eccessi anomali di raggi-gamma che provengono dal centro della Via Lattea e dove ci aspettiamo che sia maggiormente concentrata la materia scura. L’anno scorso, gli scienziati esclusero un segnale attorno a 130 GeV come risultato della collisione di particelle di materia scura. Tuttavia, ne esiste un altro rivelato nel 2010, sempre da Fermi, per cui si calcola un limite alla massa delle particelle candidate attorno a 10 GeV (post).

Quel segnale è stato in parte dibattuto perchè è stato osservato molto vicino al nucleo della nostra galassia, una regione densa di gas ad alta temperatura dove avvengono fenomeni violenti, come la nascita di nuove stelle ed esplosioni stellari in prossimità del buco nero supermassiccio. Inoltre, una possibile spiegazione è stata quella di considerare le pulsar, cioè stelle di neutroni in rapida rotazione, come sorgenti di alta energia. Ora, però, i nuovi dati di Fermi permettono di avere una maggiore chiarezza per affermare che il segnale sia davvero il risultato della presenza di materia scura. Il gruppo di Dan Hooper e Tracy Slatyer dell’Institute for Advanced Study in Princeton hanno trovato che il segnale è talmente distante dal nucleo galattico che risulta improbabile il fatto che i raggi gamma siano prodotti nel caos di quelle regioni. In un altro articolo, Hooper e Slatyer affermano che le pulsar non sono gli oggetti più adatti per spiegare l’emissione di alta energia. Infatti, nessuna delle 37 pulsar di cui è stato analizzato lo spettro producono un segnale equivalente a 10 GeV e nemmeno il loro numero è sufficiente per generare l’eccesso di radiazione misurato. I rivelatori di particelle sotterranei mostrano alcuni indizi sul fatto che sia possibile generare un segnale di 10 GeV. Questi esperimenti hanno lo scopo di misurare la luce ed il calore che vengono emessi quando le particelle di materia scura collidono con i nuclei degli atomi, come il germanio ed il silicio, del rivelatore (post). Alcuni esperimenti, come XENON-10 e XENON-100, escludono un segnale di 10 GeV, anche se alcuni scienziati suggeriscono che questi risultati devono essere rivisti e aggiustati. C’è poi chi ritiene che l’eccesso di raggi-gamma possa provenire da qualche altra regione del cielo, per esempio dalle galassie nane che possiedono una grande quantità di materia scura e non stelle di grande massa, ma ciò renderebbe l’interpretazione stessa dell’esistenza di materia scura un paradigma piuttosto che una curiosità. Dunque, se riuscissimo ad eliminare in qualche modo il cuore della Via Lattea, allora sarebbe molto più facile individuare i raggi-gamma dal processo di annichilazione delle particelle di materia scura. Fermi, e altri telescopi, stanno eseguendo lunghe campagne osservative di galassie nane e poichè sono molto deboli si tratta di un processo che può richiedere diversi anni prima che i dati di queste misure siano disponibili. Oggi, esiste qualche dubbio in merito alla rivelazione diretta perchè le particelle di materia scura che hanno una massa di 10 GeV si trovano all’estremità dell’intervallo di misure che il rivelatore CDMS-II è in grado di osservare. Ciò implica che i tre eventi che sono stati annunciati di recente possano essere puramente rumore. La conferma potrebbe arrivare in maniera indipendente tra qualche mese quando saranno disponibili i primi risultati dell’esperimento LUX (post), che è una versione più grande del rivelatore XENON. LUX è talmente sensibile che se ci sarà qualche particella con una massa compresa nell’intervallo 8-10 GeV allora essa sarà quasi sicuramente osservata, almeno così si spera.

arXiv: Two Emission Mechanisms in the Fermi Bubbles: A Possible Signal of Annihilating Dark Matter
arXiv: Pulsars Cannot Account for the Inner Galaxy's GeV Excess
arXiv: The unbearable lightness of being: CDMS versus XENON
arXiv: Connecting Direct Dark Matter Detection Experiments to Cosmologically Motivated Halo Models

Focus sulle onde gravitazionali

einstein_boardI risultati di Planck hanno aperto una nuova finestra verso lo studio delle primissime fasi iniziali della storia cosmica (post). Oggi, uno dei punti chiave per i cosmologi è quello di verificare sperimentalmente se l’inflazione cosmica sia avvenuta o meno. I prossimi dati di Planck, che saranno pubblicati l’anno prossimo, riguarderanno la polarizzazione della radiazione cosmica di fondo e dovrebbero fornirci maggiori indizi per capire ancora più in dettaglio come l’Universo sia passato da una situazione di estrema densità e temperatura fino a raggiungere in una frazione di secondo le dimensioni cosmiche. Nel frattempo, si stanno già programmando tutta una serie di progetti scientifici che hanno lo scopo di rivelare le onde gravitazionali che, finora, sono state previste in via teorica dalla relatività generale.

Si tratta di distorsioni del tessuto spaziotemporale e si ritiene che esse siano prodotte quando oggetti super massicci, come ad esempio le stelle di neutroni, collidono. Le onde gravitazionali devono ancora essere rivelate ma il consenso nell’ambito della comunità dei fisici vuole che si tratti di un fenomeno reale. Naturalmente, non possiamo affermare con certezza che esse esistono fino a che non siano state misurate sperimentalmente. Dunque, l’idea è quella di costruire una serie di apparati ultra sensibili, denominati interferometri, che siano distribuiti sul globo. Il loro design a forma di “L” permette di misurare il tempo che impiega un fotone emesso da un laser a propagarsi da una estremità all’altra dell’interferometro quando passa un’onda gravitazionale. Infatti, se un’onda gravitazionale colpisce lo strumento, essa dovrebbe modificarne la lunghezza determinando un aumento o una diminuzione del tempo che il fotone impiega per percorrere la distanza da un estremo all’altro. Lo scopo sarà quello di raccogliere una serie di dati da varie località in modo da studiare la direzione di propagazione delle onde che attraversano gli interferometri e, quindi, capire da dove si sono originate. Al momento, gli attuali rivelatori non sono così sensibili per cui diventa di fondamentale importanza costruire interferometri di nuova generazione. Insomma, si tratterà di una collaborazione internazionale che vedrà impegnati i ricercatori di vari paesi per uno scopo comune. Si prevede, comunque, che i primi apparati entrino in funzione non prima del 2017.

Science (abstract): Seeing Gravitational Waves

Una strana coppia stellare ‘promuove’ Einstein

Un gruppo di astronomi hanno utilizzato il VLT (Very Large Telescope) dell’ESO, insieme a radio telescopi di tutto il mondo, per trovare e studiare una coppia peculiare formata dalla stella di neutroni più massiccia finora conosciuta intorno a cui orbita una nana bianca. Questo strano sistema binario permette di eseguire una serie di test per verificare la relatività generale. Per il momento, le osservazioni sono perfettamente in accordo con le previsioni della teoria di Einstein, mentre non sono consistenti con alcune teorie alternative.

La stella di neutroni, piccola ma particolarmente pesante, ruota su se stessa 25 volte ogni secondo, mentre il periodo di rivoluzione della nana bianca è di due ore e mezza. La stella di neutroni è una pulsar che emette onde radio che possono essere intercettate dai radiotelescopi sulla Terra. Si tratta di una coppia molto interessante di per sè e rappresenta anche una sorta di laboratorio unico per verificare i limiti delle teorie fisiche. La pulsar, denominata con la sigla PSR J0348+0432, è il resto di supernova. È due volte più pesante del Sole, ma è grande solo 20 chilometri. La forza di gravità sulla sua superficie è più di 300 miliardi di volte maggiore di quella terrestre. La compagna nana bianca è leggermente meno esotica: è il resto incandescente di una stella più leggera che ha perso la propria atmosfera e ora si sta lentamente raffreddando. La teoria della relatività generale di Einstein, che spiega la forza di gravità come una conseguenza della curvatura dello spaziotempo dovuta alla presenza di massa ed energia, ha superato tutti i controlli fin dall’epoca della sua pubblicazione, circa un centinaio di anni fa. Ma non può essere la spiegazione finale e alla fine dovrà essere, forse, modificata. I fisici hanno escogitato altre teorie delle gravità che danno previsioni diverse da quelle della relatività generale. Per alcune di queste, la differenza si manifesta attraverso la presenza di campi gravitazionali molto forti che non si trovano all’interno del Sistema Solare. In termini della gravità, PSR J0348+0432 è un oggetto realmente estremo, anche rispetto alle altre pulsar che sono state usate nei test ad alta precisione della relatività generale di Einstein. In questi campi gravitazionali così intensi, piccole variazioni di massa possono portare a grandi cambiamenti dello spaziotempo intorno all’oggetto. Fino ad ora gli astronomi non avevano idea di ciò che sarebbe potuto accadere in presenza di una stella di neutroni così massiccia come PSR J0348+0432 che offre perciò l’opportunità unica di spingere queste verifiche verso nuovi territori dell’astrofisica stellare. Gli scienziati hanno combinato le osservazioni della nana bianca ottenute con il VLT (Very Large Telescope) con una scala temporale molto precisa relativa alle oscillazioni della pulsar che sono state misurate dai radiotelescopi. Un binaria così stretta emette onde gravitazionali e perde di conseguenza energia. Ciò modifica leggermente il periodo orbitale, ma le previsioni della relatività generale e delle altre teorie danno indicazioni diverse sul processo relativo a questa variazione di periodo. Gli astronomi sono stati in grado di misurare una variazione del periodo orbitale di 8 milionesimi di secondo all’anno, esattamente quanto previsto dalla teoria di Einstein. Insomma, si tratta solo dell’inizio di una serie di studi dettagliati di questo oggetto unico e gli astronomi lo utilizzeranno ancora per verificare le previsioni della relatività generale con una precisione sempre maggiore.

ESO: Record-breaking pulsar takes tests of general relativity into new territory
arXiv: A Massive Pulsar in a Compact Relativistic Binary

AMS-02, i primi risultati suggeriscono l’esistenza di un ‘oceano’ di materia scura

Il grafico illustra l’eccesso di positroni in funzione dell’energia delle particelle. I dati sono abbastanza bene descritti, anche se non confermati, dal modello che spiega la materia scura costituita dalle particelle WIMPs.
Credit: CERN

Il 29 Aprile 2011 è stata l’ultima missione dello Space Shuttle Endeavour (STS-134), la penultima del programma STS, che ha portato a bordo l’Alpha Magnetic Spectrometer (AMS), un rivelatore di particelle costruito appositamente per operare nello spazio agganciato alla Stazione Spaziale Internazionale (ISS). AMS è stato concepito per fornire le risposte ad alcune questioni fondamentali della fisica delle particelle ed in particolare allo studio dell’antimateria, della materia scura, dell’energia scura e dei raggi cosmici.

Dopo quasi due anni di osservazioni, i primi risultati, sebbene preliminari, suggeriscono che le ‘impronte digitali cosmiche’ le cui tracce sono presenti nei raggi cosmici sono il frutto dell’esistenza di materia scura, quella enigmatica e misteriosa componente di materia invisibile che caratterizza quasi il 27% del contenuto materia-energia dell’Universo (post). Naturalmente, il caso non è chiuso dato che queste prime evidenze potrebbero essere associate ad altre sorgenti di radiazione come, ad esempio, le pulsar. Il Premio Nobel Samuel Ting, che è responsabile del programma scientifico, è convinto che nei prossimi mesi avremo qualche dato più certo e che al momento non è ancora possibile risolvere questo ‘puzzle’ astrofisico. Ciò che risulta chiaro è il fatto che c’è qualcosa, in altre parole esiste un segnale evidente ma non sappiamo di che cosa si tratti. Il mistero della materia scura risale agli anni ’30 quando Fritz Zwicky ottenne le prime evidenze relative all’esistenza di un eccesso di materia invisibile negli ammassi di galassie. Da lì in poi fino ad arrivare ai più recenti esperimenti, sia con gli acceleratori di particelle che con speciali rivelatori sotterranei, non è mai stato ottenuto un risultato significativo che ci permetta di svelare il segreto della materia scura. Oggi, però, c’è un modo diverso di guardare alle rare collisioni delle particelle che avvengono nello spazio. Infatti, nel momento in cui due particelle di materia scura interagiscono e annichilano, ci si aspetta che esse lascino una sorta di “impronta” costituita da positroni, cioè le antiparticelle degli elettroni, ad elevate energie. E’ ciò che stanno cercando Ting ed il suo gruppo di ricercatori. La notizia è che sono state trovate alcune tracce interessanti ma potrebbero essere associate alle pulsar. Per capire allora a quale sorgente esse siano correlate occorrerà analizzare il grafico che riguarda il segnale emesso dai positroni: se la curva assume un determinato andamento potrebbe essere consistente con l’ipotesi delle WIMPs, che sono le particelle candidate per costituire la materia scura, altrimenti bisogna ricorrere alle pulsar. Dunque, questo comportamento potrebbe rappresentare per gli scienziati la discriminante. Infatti, una delle proprietà delle particelle WIMPs è che quando esse collidono si ha la produzione di una certa quantità di energia e la formazione di particelle subatomiche, secondo l’equazione di Einstein che esprime l’equivalenza tra la massa e l’energia (E = mc2). Questo processo è simile a quello che avviene quando un elettrone e un positrone collidono liberando una certa quantità di energia. Nel caso delle particelle WIMPs uno dei risultati del processo di autoannichilazione è proprio la creazione di elettroni e positroni. AMS-02 è stato concepito per rivelare queste particelle. I dati che sono stati raccolti dal rivelatore durante i primi 18 mesi di osservazioni si riferiscono a circa 25 miliardi di eventi rari che sono collegati ai raggi cosmici di cui circa 7 milioni sono nella forma di elettroni e positroni. Analizzando questi dati preliminari è stato trovato qualcosa di interessante: un eccesso di positroni rispetto a quanto ci si aspetta dal segnale di fondo dovuto alle sorgenti di radiazione ordinaria, già osservato da altri esperimenti ma ora misurato da AMS-02 con una precisione migliore. Tutto questo è consistente con quanto previsto nel caso in cui le particelle di materia scura siano di tipo WIMPs. Fantastico, anche se non possiamo concludere ancora nulla. Di fatto, ci potrebbero essere altre sorgenti, appunto come le pulsar, che si originano quando stelle massicce esplodono formando le stelle di neutroni in rapida rotazione. Questo processo dà luogo alla creazione di particelle di alta energia il cui segnale può assomigliare a quello dovuto alle WIMPs. Per completezza di informazione segnaliamo che c’è chi ritiene che questi risultati preliminari siano incorretti e fuorvianti (post). Comunque sia, staremo a vedere cosa accadrà nei prossimi mesi. AMS-02 continuerà ad osservare i raggi cosmici, dove si celano le tracce di questi segnali, fino al 2020. Insomma, si tratta di una storia affascinante, un giallo da risolvere che secondo Michael Turner, uno dei più grandi esperti del ‘settore scuro’ dell’Universo, potrebbe ben presto arrivare ad una conclusione.

AMS-02: First Result from the Alpha Magnetic Spectrometer Experiment

Physical Review Letters: The first results from the space-borne Alpha Magnetic Spectrometer confirm an unexplained excess of high-energy positrons in Earth-bound cosmic rays

Physical Review Letters: First Result from the Alpha Magnetic Spectrometer on the International Space Station:Precision Measurement of the Positron Fraction in Primary Cosmic Rays of 0.5–350 GeV

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

In uno studio recente l’astrofisico J. Craig Wheeler, esperto di esplosioni stellari, ha presentato una nuova idea che permetterebbe di identificare il progenitore di una classe importante di supernovae che sono state utilizzate come “candele standard” di luminosità per scoprire l’espansione accelerata dell’Universo.

Secondo Wheeler, il progenitore di una supernova di tipo Ia potrebbe essere associato ad un sistema binario composto da una stella nana bianca e da una stella più piccola chiamata nana di tipo spettrale M. Esistono due modelli che tentano di spiegare l’origine di questa particolare classe di supernovae. Uno è chiamato “modello a singola stella degenerata” dove il sistema binario è composto da una stella degenerata, cioè una stella ormai morta, una nana bianca, che ha come compagna una stella giovane. Nel corso del tempo, la nana bianca attrae il gas dalle regioni più esterne della stella compagna finchè essa raggiunge un limite di massa da diventare così densa al punto da innescare una immane esplosione termonucleare. L’altro modello, denominato “modello a sistema binario degenerato”, è composto da due nane bianche che si muovono in  orbita l’una attorno all’altra spiraleggiando finchè arrivano alla collisione e creano la supernova di tipo Ia. Ma c’è un problema: secondo Wheeler, i dati osservativi non supportano questi due modelli. Negli ultimi anni, i telescopi hanno permesso di restringere tutte le possibilità per costruire un modello evolutivo che descriva la curva di luce o lo spettro di una supernova di tipo Ia e capire che tipo di stella compagna possa far parte del sistema binario. Oggi sembra che il modello a singola stella degenere possa darci la risposta se consideriamo che la coppia stellare sia formata oltre che dalla nana bianca anche da una nana di tipo M, due classi di stelle tra le più comuni presenti nella Galassia. Dunque esistono tanti sistemi binari di questo tipo ma se da esse si originano le supernovae di tipo Ia, questo è da dimostrare. Ad ogni modo, questo nuovo scenario che Wheeler chiama “il sistema binario della vedova bianca” si differenzia da quello denominato “sistema binario della vedova nera” dove una stella di neutroni ‘divora’ la sua compagna. Nel nostro caso, il predatore è una nana bianca. Tra i tanti motivi che vanno a favore della nana M, abbiamo il fatto che queste stelle sono deboli, rosse, piccole e soprattutto sono magnetiche. “Le nane M emettono flare e presentano tutta una serie di fenomeni estremi” spiega Wheeler. Ora, se in un sistema binario formato da una nana bianca e da una nana M consideriamo i campi magnetici, i loro poli opposti si dovrebbero attrarre al punto da formare un sistema legato magneticamente in cui le due stelle orbitano mostrandosi sempre la stessa faccia e con i poli magnetici che puntano direttamente uno verso l’altro. In questo modo, la nana bianca attira ancora la materia dalla nana M anche se il materiale andrebbe a cadere su una singola regione della nana bianca rivolta verso la nana M, irradiando e attraendo sempre più massa, consumando sempre più la nana M al punto da provocare una eventuale esplosione stellare.

arXiv: White Dwarf/M Dwarf Binaries as Single Degenerate Progenitors of Type Ia Supernovae


J. Craig Wheeler (2012). White Dwarf/M Dwarf Binaries as Single Degenerate Progenitors of Type Ia
Supernovae Astrophysical Journal arXiv: 1209.1021v2

ResearchBlogging.org

SGR 0418, una magnetar enigmatica

Un gruppo di ricercatori ha osservato una attività insolita, violenta ed estremamente energetica, associata ad una pulsar dotata di un debole campo magnetico e che ruota “lentamente”. Dai dati analizzati dagli astrofisici si ritiene che la sorgente di energia possa essere celata all’interno della sua superficie. Dalla teoria sulle pulsar è noto che nelle magnetar il campo magnetico interno è di solito molto più intenso rispetto alla superficie, un processo che può deformare la crosta superficiale e che permette alle linee di forza del campo di propagarsi verso l’esterno. La diminuzione dell’intensità del campo magnetico porta così all’emissione di raggi-X grazie al processo che fa riscaldare la superficie della stella di neutroni con la conseguente accelerazione di particelle. I nuovi dati implicano che la stessa sorgente di energia potrebbe essere responsabile del meccanismo fisico anche nelle pulsar, diciamo, “più deboli”. Le osservazioni di SGR 0418, che sono state condotte con il satellite Chandra e Swift, indicherebbero la presenza di un forte campo magnetico all’interno di questa particolare classe di pulsar e risulterebbe alquanto diverso rispetto a quello superficiale.

[Press release: What Lies Beneath? Magnetar Enigma Deepens]

ArXiv: Is SGR 0418+5729 indeed a waning magnetar?

An INTEGRAL view of the high-energy sky (the first 10 years)

The 9th INTEGRAL workshop “An INTEGRAL view of the high-energy sky (the first 10 years)” will take place from 15 to 19 October 2012 in Paris, Bibliothèque Nationale de France (Bibliothèque François Mitterrand). The workshop will be sponsored by ESA, CNES and other French and European Institutions. During this week, and in particular on 17 October 2012, we will celebrate the 10th anniversary of the launch of the INTEGRAL mission. 

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X-ray Astronomy: towards the next 50 years!

This year we celebrate the 50th anniversary of the discovery of SCO X-1, the first extrasolar X-ray source, together with the first measure of the X-ray background by Giacconi, Gursky, Paolini, and Rossi. To mark this occasion, the Astronomical Observatory of Brera and the Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica Cosmica of INAF are organizing the conference “X-ray Astronomy: towards the next 50 years!”. The conference will be held in Milan, where Riccardo Giacconi got his first degree in Physics, at the Museum of Science and Technology from Oct 1st to Oct 5th, 2012. The meeting aims at providing an overall review of today’s X-ray astronomy, focusing on the most challenging open problems and stimulating future perspectives.  Continua a leggere X-ray Astronomy: towards the next 50 years!

Le 10 teorie più ‘creative’ della cosmologia moderna

La cosmologia studia l’Universo ma allo stesso tempo essa rappresenta una delle discipline più creative e bizzarre della scienza. I cosmologi spesso si ‘divertono’ ad introdurre delle ipotesi, modelli e teorie fantastiche e suggestive, nella maggior parte dei casi non verificabili sperimentalmente, che tentano comunque di dare una spiegazione scientifica sull’origine dell’Universo. Vediamo allora qui di seguito una breve presentazione delle 10 teorie più ‘creative’ della cosmologia moderna.

1. Brane in collisione

Il nostro Universo potrebbe essere racchiuso in una sorta di gigantesca membrana che fluttua in uno spazio multidimensionale e che ciclicamente va in rotta di collisione con la membrana di un universo parallelo? Secondo il modello del ‘mondo-brana’ della teoria delle stringhe, esistono altre dimensioni spaziali extra dello spazio che sono solamente raggiungibili dai gravitoni mentre noi siamo confinati nel nostro universo-brana caratterizzato dalle tre dimensioni a cui siamo abituati. Neil Turok dell’Università di Cambridge e Paul Steinhardt dell’Università di Princeton hanno provato a spiegare il Big Bang come conseguenza della collisione di due brane. Queste collisioni si ripetono e danno luogo ad un nuovo ‘big bang’ perciò, se il modello ciciclo è corretto, il nostro Universo e gli altri universi potrebbero essere eterni (vedasi Idee sull’Universo).

2. Universi che evolvono

Quando la materia viene compressa fino a raggiungere densità estreme al centro di un buco nero, essa può rimbalzare all’indietro e dar luogo ad un ‘nuovo universo neonato’. Qui, le leggi della fisica potrebbero essere differenti rispetto a quelle dell’universo da cui si origina e ciò determina una sorta di evoluzione di universi, una idea suggerita da Lee Smolin del Perimeter Institute. Gli universi in cui esistono tanti buchi neri produrranno tanti universi neonati e alla fine essi saranno la popolazione dominante del multiverso. Se poi viviamo in un universo tale da possedere leggi e costanti fisiche che ottimizzano la produzione dei buchi neri, questa rimane una domanda aperta.

3. Uno spaziotempo superfluido

Una delle teorie più avanzate della moderna cosmologia suggerisce che lo spaziotempo è in definitiva una sostanza superfluida che ‘scorre’, per così dire, con una viscosità nulla. Dunque, se l’Universo è dotato di un moto di rotazione, allora lo spaziotempo superfluido dovrebbe essere caratterizzato da vortici, secondo Pawel Mazur dell’Università della Carolina del Sud e George Chapline del Lawrence Livermore Laboratories. Questi vortici rappresenterebbero quei ‘siti cosmici’ dove si sono formate le prime strutture che hanno successivamente dato luogo alla formazione delle galassie. Mazur suggerisce che il nostro Universo sarebbe nato dal collasso gravitazionale di una stella dove la combinazione della materia stellare con lo spazio superfluido avrebbero dato luogo all’energia scura, quella misteriosa forza che sta causando una accelerazione all’espansione dell’Universo.

4. Il ‘nostro’ Universo

Perché il nostro Universo possiede le “giuste” leggi della fisica da permettere l’esistenza della vita? Se le costanti fisiche fossero poche non avremmo più stelle, o materia o e, forse, l’Universo durerebbe solo un battito di ciglia. Una risposta a questa domanda è il principio antropico: in altre parole, l’Universo che vediamo deve ospitare la vita altrimenti noi non saremmo qui ad osservarlo. Di recente, questa idea ha avuto molti consensi perché il modello dell’inflazione cosmica suggerisce che dovrebbero esistere una infinità di universi là fuori e la teoria delle stringhe indica che questi infiniti universi devono essere caratterizzati da altrettante infinite leggi fisiche. Bisogna, però, dire che molti cosmologi non accettano il principio cosmologico perchè da un lato non si tratta di vera e propria scienza e dall’altro non fornisce  previsioni che possono essere verificate sperimentalmente.

5. Una questione di gravità

La materia scura potrebbe non essere in definitiva una sostanza fisica ma legata ad un diverso comportamento della forza di gravità. La teoria MOND (MOdified Newtonian Dynamics), proposta da Mordehai Milgrom, suggerisce che la gravità non diventa più debole con l’aumentare della distanza così come vuole la legge della gravitazione universale. Questa sorta di ‘gravità potente’ potrebbe sostituirsi alla materia scura che tiene unite le galassie e gli ammassi di galassie visto che altrimenti si disperderebbero nello spazio. Una nuova formulazione della teoria MOND, consistente con le osservazioni, ha raccolto vari consensi da parte degli scienziati nonostante non descriva alcune proprietà della radiazione cosmica di fondo.

6. Un ‘fantasma’ cosmico

Tre misteri della cosmologia moderna potrebbero essere considerati come un tutt’uno. Dopo la revisione della teoria della relatività generale, un gruppo di fisici hanno trovato una strana sostanza che emerge dalla loro teoria: il cosiddetto “condensato fantasma”. Questa sostanza è in grado di produrre una forza gravitazionale repulsiva che guida, per così dire, l’inflazione cosmica per poi generare una accelerazione dello spazio che viene attribuita all’energia scura. In più, se questa sostanza si aggrega può formare la materia scura (vedasi Enigmi Astrofisici).

7. Un ‘piccolo’ universo

La mappa a ‘spot’ della radiazione cosmica di fondo presenta una peculiarità sorprendente: ci sono pochi ‘spot’ di grande dimensione. Una possibile spiegazione è data dal fatto che l’Universo potrebbe essere ‘piccolo’, così piccolo che, tornando all’epoca in cui si è originata la radiazione cosmica, non è stato in grado di trattenere, per così dire, questi enormi ‘blob’. Se ciò è vero, questo vuol dire che lo spazio si deve essere ‘riavvolto’, in qualche modo, su se stesso. Ma l’ipotesi più strana è che l’Universo abbia una forma a imbuto. La curvatura dello spazio piegata all’indietro potrebbe determinare la forma geometrica degli spot di piccole dimensioni facendogli assumere forme più ellittiche come quelle ossevate.

8. Più veloci della luce

Come mai regioni opposte dell’Universo mostrano lo stesso aspetto? E’ un vero e proprio enigma dato che le regioni più distanti dell’Universo osservabile oggi non dovrebbero essere state mai in contatto tra loro. Anche se andiamo all’inizio del tempo quando queste aree di cielo si trovavano molto vicine tra loro, si pensa che non ci sia stato abbastanza tempo per cui la luce, o forse qualcosa d’altro che ignoriamo, abbia viaggiato da una regione all’altra. E questo discorso vale anche per la distribuzione della temperatura e della densità. Si pensa che una soluzione è che la luce si sia propagata molto più velocemente, anche se per ammettere una tale ipotesi dovremmo rovesciare la teoria della relatività.

9. Neutrini sterili  

La materia scura potrebbe essere costituita dalle particelle più elusive che siano mai state immaginate: i neutrini sterili. Si tratta di particelle ipotetiche, più pesanti, insomma una specie di cugini dei normali neutrini che dovrebbero interagire con la materia solo attraverso effetti di tipo gravitazionale, un processo che li rende essenzialmente difficili da rivelare. Nonostante ciò, i neutrini sterili potrebbero avere le giuste proprietà per formare la cosiddetta materia scura “tiepida” e muoversi con velocità dell’ordine di qualche chilometro al secondo. Queste particelle esotiche potrebbero poi aiutare, per così dire, la formazione delle stelle e dei buchi neri nell’Universo primordiale e potrebbero essere la causa che spinge le stelle di neutroni a girovagare attorno alla nostra galassia.

10. Come nel film..Matrix 

Forse, il nostro Universo non è reale. Il filosofo Nick Bostrom ha suggerito una ipotesi in base alla quale noi viviamo all’interno di una simulazione creata al computer. Insomma, gli universi sarebbero delle simulazioni e dunque noi siamo abbastanza fortunati a vivere all’interno di una di esse. Ma allora, tutte le stranezze cosmologiche, come la materia scura o l’energia scura, sono semplicemente degli artefatti creati apposta per mascherare alcune inconsistenze che sono presenti nella simulazione.

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