L’Universo sull’orlo di un precipizio

Più osserviamo l’Universo e più ci appare strano. Oggi, fisici e astronomi sono impegnati ad affrontare tutta una serie di ostacoli per comprendere alcuni aspetti sull’origine e il contenuto dell’Universo. Qui di seguito, esaminiamo con l’aiuto di alcuni scienziati cinque problematiche che sembrano inspiegabili e ci chiediamo che cosa si cela dietro di essi.

Pubblicità

Una survey galattica per studiare l’accelerazione cosmica

Sappiamo che l’Universo si espande ad un ritmo accelerato. Tuttavia, ciò che causa tale espansione accelerata rimane ancora un mistero. La spiegazione più plausibile è che esista una strana forma di energia, detta “energia scura“, che guida l’espansione cosmica. Oggi, un nuovo strumento astronomico, chiamato Physics of the Accelerating Universe Camera (PAUCam), cercherà delle risposte esplorando l’Universo con un metodo innovativo. La camera, che registrerà la posizione di circa 50.000 galassie, potrebbe far luce anche sulla natura della materia scura e quindi sull’evoluzione cosmica.

Osservare una supernova con una nuova luce

La supernova 3C 58, osservata inizialmente nell’anno 1181 dagli astronomi cinesi e giapponesi, qui ripresa in banda X dal telescopio spaziale Chandra. Credit: NASA/CXC/SAO

Le supernovae di tipo Ia vengono considerate “candele standard” in quanto servono per determinare le distanze cosmologiche dell’Universo. La domanda è: questi oggetti esplodono allo stesso modo? Per rispondere a questa domanda, gli scienziati devono prima comprendere ciò che causa l’esplosione stellare. Di recente, uno studio realizzato da alcuni ricercatori del California Institute of Technology (Caltech) e del Weizmann Institute of Science fornisce un raro indizio del processo. I risultati sono pubblicati su Nature.

Planck sottopone a test la relatività di Einstein

Alcuni ricercatori hanno ricavato nuovi indizi sull’energia scura e la teoria della gravità di Einstein dopo aver analizzato i recenti dati della missione del satellite Planck dell’ESA. I risultati dimostrano che il modello standard della cosmologia (detto Lambda-CDM) rimane una descrizione eccellente dell’Universo. Inoltre, quando i dati di Planck vengono combinati con le osservazioni astronomiche, emergono una serie di divergenze. Studi successivi dovranno determinare se queste anomalie sono dovute alle incertezze delle misure o a delle correlazioni fisiche sconosciute, che potrebbero mettere in discussione la teoria della relatività. Dunque, l’analisi dei dati di Planck fornisce un maggior impeto per la ricerca relativa alle prossime missioni spaziali.

NGC 2441, echi luce da SN 1995E?

La supernova SN 1995E osservata da Hubble nella galassia a spirale NGC 2441. Credit: NASA/ESA/HST

NGC 2441 è una galassia a spirale brillante che si trova nella costellazione della Giraffa a 180 milioni di anni-luce. In questa galassia, il telescopio spaziale Hubble ha osservato una supernova alquanto intrigante, SN 1995E, che è visibile come un puntino in uno dei bracci a spirale. 

Hubble ‘scova’ la supernova più distante

Nota con la sigla SN UDS10Wil, o SN Wilson in onore del 28° Presidente degli Stati Uniti Woodrow Wilson, si tratta di un oggetto appartenente ad una classe particolare di esplosioni stellari, denominate supernovae di tipo Ia, che gli astronomi utilizzano come ‘candele standard’ per determinare le distanze cosmiche e l’espansione dell’Universo.

“Questo nuovo record di distanza ci permette di esplorare l’Universo delle origini e ci fornisce nuovi indizi su come si formano queste supernovae”, spiega David O. Jones della Johns Hopkins University in Baltimora. “Inoltre, da queste esplosioni stellari molto antiche possiamo ricavare una serie di informazioni indirette per comprendere l’evoluzione dell’Universo”. Oggi, uno dei problemi non ancora risolti riguarda la formazione di questa classe di oggetti. La scoperta dà credito ad una delle due teorie che tentano di spiegare il meccanismo che causa l’esplosione della stella. Nonostante i risultati siano preliminari, i dati suggeriscono che la supernova si sia originata dalla fusione di due nane bianche, lo stadio finale dell’evoluzione di una stella come il Sole. Le osservazioni di questi oggetti estremamente remoti fanno parte di un progetto scientifico, noto come CANDELS+CLASH Supernova Project. Iniziato nel 2010, si tratta di un programma di osservazioni a medio termine che vedranno il telescopio spaziale Hubble impegnato per tre anni allo scopo di monitorare le supernovae di tipo Ia estremamente distanti con l’obiettivo di determinare una eventuale variazione delle loro proprietà fisiche nel corso del tempo cosmico. Finora, CANDELS+CLASH ha rivelato più di 100 supernovae di tutti i tipi che si sono formate tra 2,4 e 10 miliardi di anni fa. I ricercatori sono stati in grado di identificarne otto come SN Ia che sono esplose più di 9 miliardi di anni fa, inclusa la SN UDS10Wil che, sebbene sia leggermente più vecchia di quella che manteneva il record precedente e cioè 9 miliardi di anni, permette di arretrare ancora più indietro la sua datazione di circa 350 milioni di anni. La ricerca di supernovae ai confini dell’Universo apre un nuovo modo di misurare l’espansione dello spazio dovuta all’energia scura. I dati raccolti dai ricercatori indicano una diminuzione netta del tasso di formazione delle SN Ia tra 7,5 miliardi di anni e oltre 10 miliardi di anni. Ciò vuol dire che il meccanismo principale che dà luogo alla formazione di questi oggetti è proprio la fusione di due nane bianche. Infatti, nel caso di una singola nana bianca, cioè quando la stella collassata si trova in un sistema binario e cattura materia dalla stella compagna formando un disco di accrescimento che causa l’esplosione della stella nel momento in cui viene superato un certo limite di massa, il tasso delle supernovae può diventare relativamente alto poiché alcuni sistemi di questo tipo possono raggiungere il momento dell’esplosione più rapidamente. Tuttavia, l’analisi dei dati favorisce l’altro sistema binario, cioè le due nane bianche, poiché durante le epoche primordiali della storia cosmica la maggior parte delle stelle sono ancora troppo giovani per diventare SN Ia. Riuscire poi a comprendere che cosa determini la formazione delle supernovae Ia ci permetterà di avere ulteriori indizi su quei processi che arricchiscono rapidamente lo spazio di elementi pesanti, come ad esempio il ferro. Le SN Ia producono, di fatto, circa metà del ferro presente nell’Universo, un elemento base importante per la formazione dei pianeti e della stessa vita.

HST: Hubble breaks record for furthest supernova

arXiv: The Discovery of the Most Distant Known Type Ia Supernova at Redshift 1.914

SN Iax, una nuova classe di supernovae

È stato da sempre ritenuto che le supernovae si originano in due modi diversi. Oggi, però, un gruppo di astronomi hanno scoperto un nuovo tipo di supernova a cui è stata attribuita la sigla SN Iax.

Storicamente, le supernovae sono state suddivise in due grandi categorie: quelle che si originano in seguito al collasso gravitazionale e quelle di tipo Ia. Le esplosioni stellari causate dal collasso gravitazionale del nucleo riguardano oggetti che hanno masse comprese tra 10 e 100 masse solari. Le supernovae di tipo Ia sono invece la conseguenza della distruzione completa di una nana bianca. Questo nuovo tipo di supernovae, denominate con la sigla SN Iax, sono molto più deboli e meno energetiche delle SN Ia. Anche se entrambe si originano in seguito alle esplosioni delle nane bianche, le SN Iax possono non distruggere completamente la stella. In altre parole, si tratta di una sorta di “mini supernovae” che hanno luogo nei sistemi stellari più giovani. Analizzando tutta una serie di dati, i ricercatori hanno concluso che le SN Iax derivano da un sistema stellare binario che contiene una nana bianca e una stella compagna che ha perso il suo strato più esterno di idrogeno ed è rimasta con un nucleo dominato da elio. In questo modo, la nana bianca si rifornisce di elio dalla vicina stella compagna. Dobbiamo dire che gli scienziati non sono al momento sicuri su ciò che determina la formazione di una SN Iax. Ci sono due teorie. La prima si basa sulla possibilità che lo strato più esterno di elio bruci inizialmente causando la formazione di un’onda d’urto che si dirige verso la nana bianca. La seconda ipotesi vuole, invece, che la nana bianca bruci prima a causa dell’influenza della sfera di elio. In ogni caso, pare che la nana bianca sopravviva all’esplosione nella maggior parte dei casi, cosa che invece non accade per le SN Ia dove la nana bianca viene completamente distrutta. Gli astronomi calcolano che le SN Iax siano circa un terzo rispetto alle SN Ia. La ragione di questo è dovuta al fatto che di quelle poche che sono state rivelate le più deboli sono circa un centesimo meno brillanti delle SN Ia. Nel futuro si spera che la missione spaziale del Large Synoptic Survey Telescope possa rivelare migliaia di SN Iax in modo da ottenere maggiori indizi su questa nuova classe di esplosioni stellari.

Carnegie Institution for Science: Astronomers Discover New Kind of Supernova

arXiv: Type Iax Supernovae: A New Class of Stellar Explosion