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Spitzer osserva i ‘confini’ dell’Universo

Secondo il modello cosmologico standard, meno di un miliardo di anni dopo il Big Bang si formarono le prime galassie. Nessuno sa quando e come sia avvenuto questo processo. Per queste ragioni, gli astronomi non sono in grado di stabilire esattamente la storia cosmica della Via Lattea e delle sue stelle anche se sono stati fatti vari tentativi per capire, almeno in maniera approssimativa, come sono andate le cose. Nel 1996, il telescopio spaziale Hubble venne puntato per una decina di giorni verso una regione molto buia del cielo in modo da acquisire una fotografia a lunga esposizione dello spazio più remoto. L’immagine che è stata ottenuta, denominata Hubble Deep Field (HDF), ci ha rivelato che le galassie esistevano già quando l’Universo aveva una età di circa 700 milioni di anni. Da allora, gli astronomi hanno cercato di capire che cosa sono esattamente questi oggetti studiandone la loro morfologia ed evoluzione e se essi assomigliano, in qualche modo, alla nostra galassia così come si trova oggi o come era durante le epoche primordiali della storia cosmica.

Un gruppo di ricercatori del Smithsonian Center for Astrophysics hanno terminato una survey profonda ed incontaminata dell’Universo distante grazie ad una serie di osservazioni condotte con la Infrared Array Camera installata a bordo del telescopio spaziale Spitzer. La survey profonda del cielo ha permesso di esplorare le regioni più remote del cosmo con una tale profondità e un campo di vista mai raggiunti prima, quasi sei volte l’area del cielo che sottende la Luna piena, perciò decisamente maggiore rispetto all’immagine originale ottenuta da Hubble. Gli scienziati hanno rivelato galassie così piccole la cui massa è equivalente al 15% di quella della Via Lattea e la cui luce ha viaggiato per circa 12,7 miliardi di anni. All’interno del campo di vista della survey si contano più di 300 mila galassie. Questi nuovi dati permettono di ricavare nuovi indizi su quattro punti: 1) l’evoluzione delle galassie su questo lungo arco di tempo; 2) la rivelazione di galassie attive contenenti buchi neri supermassicci; 3) la variabilità di questi nuclei galattici; 4) lo studio dell’emissione infrarossa distribuita ‘tra’ queste sorgenti, quella che tecnicamente viene chiamata la componente diffusa. Infine, da queste osservazioni si è trovato che quasi il 50% del contributo della luce cosmica nella banda dell’infrarosso è associato alle galassie distanti mentre il resto proviene dalla componente diffusa di fondo la cui origine non è ancora nota e, forse, potrebbe essere dovuta ad un insieme di galassie più piccole.

SAO: The Distant Cosmos as Seen in the Infrared

Survey Page: SEDS

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Measuring the Universe More Accurately Than Ever Before

After nearly a decade of careful observations an international team of astronomers has measured the distance to our neighbouring galaxy, the Large Magellanic Cloud, more accurately than ever before. This new measurement also improves our knowledge of the rate of expansion of the Universe, the Hubble constant, and is a crucial step towards understanding the nature of the mysterious dark energy that is causing the expansion to accelerate. The team used telescopes at ESO’s La Silla Observatory in Chile as well as others around the globe. These results appear in the 7 March 2013 issue of the journal Nature.

Astronomers survey the scale of the Universe by first measuring the distances to close-by objects and then using them as standard candles to pin down distances further and further out into the cosmos. But this chain is only as accurate as its weakest link. Up to now finding an accurate distance to the Large Magellanic Cloud (LMC), one of the nearest galaxies to the Milky Way, has proved elusive. As stars in this galaxy are used to fix the distance scale for more remote galaxies, it is crucially important. But careful observations of a rare class of double star have now allowed a team of astronomers to deduce a much more precise value for the LMC distance: 163 000 light-years. “I am very excited because astronomers have been trying for a hundred years to accurately measure the distance to the Large Magellanic Cloud, and it has proved to be extremely difficult,” says Wolfgang Gieren (Universidad de Concepción, Chile) and one of the leaders of the team. “Now we have solved this problem by demonstrably having a result accurate to 2%.” The improvement in the measurement of the distance to the Large Magellanic Cloud also gives better distances for many Cepheid variable stars. These bright pulsating stars are used as standard candles to measure distances out to more remote galaxies and to determine the expansion rate of the Universe, the Hubble constant. This in turn is the basis for surveying the Universe out to the most distant galaxies that can be seen with current telescopes. So the more accurate distance to the Large Magellanic Cloud immediately reduces the inaccuracy in current measurements of cosmological distances. The astronomers worked out the distance to the Large Magellanic Cloud by observing rare close pairs of stars, known as eclipsing binaries. As these stars orbit each other they pass in front of each other. When this happens, as seen from Earth, the total brightness drops, both when one star passes in front of the other and, by a different amount, when it passes behind. By tracking these changes in brightness very carefully, and also measuring the stars’ orbital speeds, it is possible to work out how big the stars are, their masses and other information about their orbits. When this is combined with careful measurements of the total brightness and colours of the stars remarkably accurate distances can be found. This method has been used before, but with hot stars. However, certain assumptions have to be made in this case and such distances are not as accurate as is desirable. But now, for the first time, eight extremely rare eclipsing binaries where both stars are cooler red giant stars have been identified. These stars have been studied very carefully and yield much more accurate distance values — accurate to about 2%. “ESO provided the perfect suite of telescopes and instruments for the observations needed for this project: HARPS for extremely accurate radial velocities of relatively faint stars, and SOFI for precise measurements of how bright the stars appeared in the infrared,” adds Grzegorz Pietrzyński (Universidad de Concepción, Chile and Warsaw University Observatory, Poland), lead author of the new paper in Nature. “We are working to improve our method still further and hope to have a 1% LMC distance in a very few years from now. This has far-reaching consequences not only for cosmology, but for many fields of astrophysics,” concludes Dariusz Graczyk, the second author on the new Nature paper.

ESO: Measuring the Universe More Accurately Than Ever Before
Research paper in Nature: An eclipsing binary distance to the Large Magellanic Cloud accurate to 2 per cent

Dalle stelle ‘morenti’ probabili indizi sulla vita extraterrestre

È quanto emerge da uno studio recente in base al quale anche le stelle che si trovano nella fase finale della loro evoluzione potrebbero ancora ospitare dei pianeti sui quali la vita, se esiste, dovrebbe essere rivelata con le future osservazioni spaziali entro i prossimi dieci anni. Queste considerazioni incoraggianti derivano da una serie di studi sui pianeti di tipo terrestre che orbitano attorno alle nane bianche. I ricercatori hanno concluso che si potrebbe rivelare l’ossigeno presente nelle atmosfere planetarie molto più facilmente rispetto al caso dei pianeti che orbitano, invece, attorno alle stelle di tipo solare.

“Nella ricerca di segnali biologici di tipo extraterrestre, le prime stelle che dovremmo studiare sono le nane bianche”, spiega Avi Loeb del Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) e direttore dell’Institute for Theory and Computation. Quando una stella come il Sole termina il suo ciclo vitale, spazza nel mezzo interstellare i suoi strati più esterni lasciandosi dietro un nucleo denso, caldo e collassato che viene chiamato nana bianca. Queste stelle morenti hanno le dimensioni della Terra. La stella si raffredda lentamente e si indebolisce nel corso tempo anche se può trattenere ancora a lungo del calore residuo per riscaldare, per così dire, un pianeta vicino anche per miliardi di anni. Dato che una nana bianca è molto più piccola e più debole del Sole, un pianeta dovrebbe trovarsi molto vicino alla stella affinchè l’acqua si trovi sulla superficie allo stato liquido e perciò il pianeta sia abitabile. Inoltre, questo pianeta dovrebbe orbitare attorno alla stella una volta ogni 10 ore e trovarsi ad una distanza di circa 1,5 milioni di chilometri. Prima che la stella diventi una nana bianca, essa passa attraverso la fase di gigante rossa inglobando e distruggendo qualsiasi pianeta che si trovi vicino al suo raggio d’azione. Di conseguenza, un pianeta potrebbe arrivare nella zona abitabile (post) dopo che la stella sia evoluta nella fase di nana bianca. Questo pianeta potrebbe comunque formarsi nuovamente dall’accrescimento di polveri e gas, cioè sarebbe un pianeta di ‘seconda generazione’, oppure potrebbe migrare verso l’interno dalle regioni più distanti. Insomma, se esistono pianeti nella zona abitabile delle nane bianche dovremmo prima o poi trovarli. L’abbondanza di elementi pesanti sulla superficie delle nane bianche implica che una frazione significativa di queste stelle collassate possiede pianeti rocciosi. Loeb e il suo collega Dan Maoz dell’Università di Tel Aviv stimano che una survey delle 500 nane bianche più vicine potrebbe darci alcuni indizi sulla presenza di una o più terre abitabili. Il miglior metodo per rivelare questi pianeti consiste nella ricerca del transito quando la luce di una stella si indebolisce nel momento in cui un pianeta passa davanti al disco stellare. Dato che una nana bianca ha circa le dimensioni della Terra, un pianeta di tipo terrestre dovrebbe bloccare una maggiore frazione di luce e produrre così un segnale caratteristico della sua presenza. Ancora più importante è il fatto che gli astronomi sono in grado di studiare le atmosfere dei pianeti che transitano davanti al disco della propria stella. Quando la luce della nana bianca brilla attraverso l’anello di luce che circonda il disco planetario, l’atmosfera assorbe parte della radiazione. Durante questo momento della fase del transito si producono delle ‘impronte chimiche’ da cui è possibile capire se l’atmosfera contiene vapore acqueo o addirittura ‘segni di vita’ dati dalla presenza di ossigeno. Sulla Terra, l’atmosfera viene continuamente rifornita di ossigeno attraverso la fotosintesi dovuta alle piante. Se un giorno tutte le forme di vita cessassero di esistere sulla Terra, la nostra atmosfera diventerebbe rapidamente priva di ossigeno che si dissolverebbe negli oceani e ossiderebbe la superficie terrestre. Il telescopio spaziale James Webb (JWST), che sarà lanciato in orbita entro la fine di questo decennio, promette di essere un buon strumento per rivelare la presenza di gas nelle atmosfere di questi mondi alieni. Loeb e Maoz hanno simulato uno spettro sintetico sulla base di ciò che JWST potrebbe vedere analizzando l’atmosfera di un pianeta extrasolare che orbita attorno ad una nana bianca. I dati suggeriscono che sia l’ossigeno che il vapore acqueo potrebbero essere rivelati con sole poche ore di osservazione. Ma un altro studio recente mostra che il pianeta abitabile più vicino è molto probabile che si trovi ad orbitare attorno ad una nana rossa. Infatti, secondo Courtney Dressing e David Charbonneau del Dipartimento di Astronomia di Harvard dato che la nana rossa, nonostante sia più piccola e più debole del Sole, è molto più brillante e più grande di una nana bianca, il suo alone di luce potrebbe sovrastare il debole segnale dell’atmosfera di un pianeta che orbita attorno alla stella. Il telescopio spaziale JWST sarebbe perciò costretto ad osservare centinaia di ore di transito e sperare di catturare la composizione chimica dell’atmosfera planetaria. Comunque sia, Loeb rimane convinto che il pianeta più vicino e per il quale possiamo essere in grado di verificare l’esistenza di vita si troverà attorno ad una nana bianca.

Harvard University: Future Evidence for Extraterrestrial Life Might Come from Dying Stars

arXiv: Detecting bio-markers in habitable-zone earths transiting white dwarfs

Una lista di avvenimenti importanti del 2012

Quella che segue è una selezione di fatti e avvenimenti che hanno caratterizzato la ricerca nel campo della fisica e dell’astronomia durante il 2012. L’ordine non segue necessariamente la cronologia.

Galassie nane e formazione stellare

NASA/ESA/A. van der Wel (Max Planck Institute for Astronomy)/H. Ferguson and A. Koekemoer (Space Telescope Science Institute)/The CANDELS team

Le galassie nane vissute tra i 9 e 10 miliardi di anni fa hanno subito un violento incremento di formazione stellare il che implica che molte, se non la maggior parte, delle stelle in queste galassie si formano allo stesso modo di quelle presenti nell’Universo di oggi.

Galassie nane, laboratori ideali per comprendere l’evoluzione dell’Universo

Curiosity arriva su Marte

NASA/JPL-Caltech/MSSS

Quei famosi sette minuti di terrore del Mars Science Laboratory diventano una conquista della tecnologia terrestre tra il 5 e il 6 Agosto una volta che il rover Curiosity discende senza problemi sulla superficie del pianeta rosso.


Spiato il getto di un super buco nero

J.A. Biretta, W.B. Sparks, F.D. Macchetto, E.S. Perlman (STScI)

Grazie ad una serie di osservazioni radio da terra, gli astronomi riescono ad osservare la parte basilare del getto nella galassia M87.

M87, le prime misure dirette del disco di accrescimento attorno al buco nero
M87, un buco nero della categoria ‘super massimi’

Esopianeti appartenenti a sistemi binari

Credit: Lynette Cook

Gli astronomi hanno rivelato nuovi mondi in orbita attorno a stelle binarie, alcuni in orbita attorno a stelle che non presentano elementi pesanti, altri invece sono sopravvissuti alla fase di gigante rossa.

Una nuova classe di sistemi planetari

L’origine delle supernovae

Credit: Astronomy: Roen Kelly

Una supernova di tipo Ia può originarsi da due meccanismi diversi e durante il 2012 sono emerse altre domande che hanno posto il punto sul problema energetico. Una conseguenza importante è che questa classe di supernovae è stata utilizzata per determinare il tasso di espansione dell’Universo.

Un tipo di supernova, due sorgenti diverse
Nuovi indizi sull’origine dei ‘calibratori’ di distanze cosmologiche
Il modello della ‘vedova bianca’ per spiegare la formazione delle supernovae di tipo Ia
 

LHC osserva una nuova particella consistente con il bosone di Higgs

Una delle tante collisioni protoni-protoni presso il rivelatore CMS.

Due rivelatori, ATLAS e CMS, trovano una nuova particella che sembra avere alcune proprietà consistenti con il bosone di Higgs, l’ultimo tassello mancante del modello standard che spiega la fenomenologia delle particelle elementari e le loro interazioni fondamentali.

 
L’importanza di essere, o non essere, il bosone di Higgs
LHC, che cosa hanno osservato ATLAS e CMS?

Le particelle di Majorana

Due particelle di Majorana (le due palline in arancione) si formano alle estremità di un ‘nanocavo’.

Si tratta di fermioni, particelle che sono anche le rispettive antiparticelle di se stesse. Furono proposte nel 1937 da Ettore Majorana. Oggi, i fisici ritengono che queste particelle potrebbero essere presenti in alcuni materiali che possiedono particolari proprietà topologiche, come ad esempio i materiali superconduttori o semiconduttori.

Il mistero delle particelle di Majorana

Asimmetria del tempo quantistico

Il rivelatore BaBar.

Grazie all’esperimento BaBar, i fisici hanno osservato la prima evidenza diretta della violazione della simmetria per inversione temporale misurando il tasso a cui il mesone B0 modifica gli stati quantistici. Si tratta di una verifica sperimentale diretta nel campo della fisica quantistica.

L’esperimento BaBar conferma l’asimmetria del tempo quantistico

Il moto degli ammassi di galassie

Gli ammassi di galassie ci forniscono tutta una serie di informazioni su come si è formato l’Universo non solo ma ci permettono di avere indizi fondamentali sull’origine e la natura della materia scura e dell’energia scura. Circa 40 anni fa, i fisici russi Rashid Sunyaev and Yakov Zel’dovich calcolarono che il moto degli ammassi di galassie poteva essere osservato misurando una lieve variazione di temperatura nella radiazione cosmica di fondo. Oggi, queste misure sono state riottenute con maggiore precisione grazie ad una serie di osservazioni realizzate con l’Atacama Cosmology Telescope (ACT) e la survey Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS).

Evidenze di un misterioso ‘flusso collettivo’ degli ammassi di galassie nell’Universo distante

The TAIPAN Survey: Toward the Next Generation of Spectroscopic All-Sky Surveys

The TAIPAN Survey: Toward the Next Generation of Spectroscopic All-Sky Surveys – The workshop is designed to bring together experts and researchers to discuss the science prospects and goals of the proposed TAIPAN survey.  Continua a leggere The TAIPAN Survey: Toward the Next Generation of Spectroscopic All-Sky Surveys

Dalle stelle giovani nuovi indizi per la ricerca di esopianeti

La ricerca di mondi alieni attorno ad altre stelle sta mostrando come i pianeti extrasolari siano presenti numerosi nella Via Lattea e ciò permette agli astronomi di avere diverse indicazioni su come condurre le osservazioni per scoprire nuovi esopianeti .

Evgenya Shkolnik, un astronomo presso l’osservatorio Lowell, e il suo gruppo di ricerca hanno pubblicato un articolo nel quale forniscono una serie di metodi per dare la caccia ai pianeti di altre stelle. Esaminando nuovi dati e quelli già esistenti sia sulle stelle che sulle nane brune, che hanno una età inferiore a 300 milioni di anni, gli autori hanno individuato 144 sistemi stellari, di cui 20 sono candidati molto interessanti. Questa lista dei candidati viene monitorata con una campagna di osservazioni denominata Gemini’s NICI Planet-Finding Campaign e con la survey Planets Around Low-Mass Stars (PALMS) survey, guidate da Michael Liu astronomo presso l’Istituto di Astronomia dell’Università delle Hawaii. Analizzando gli spettri e i moti delle stelle, Shkolnik ei suoi collaboratori sono stati in grado di derivare l’età di ogni singola stella. Dal momento che stelle di piccola massa sono piccole e deboli, esse possono essere considerate dei buoni candidati dove si spera si possano rivelare i pianeti. Non solo, ma le stelle giovani rendono ancora più semplice l’obiettivo della ricerca in quanto ci si aspetta che i pianeti siano in formazione e perciò sono ancora caldi e luminosi. Per ricavare questa lista di candidati, i ricercatori hanno passato al setaccio, per così dire, i dati di circa 8700 stelle che sono distribuite in un raggio di 100 anni-luce rispetto al Sole. Dunque, dal momento che stelle di piccola massa sono quelle più comuni, ci aspettiamo che la maggior parte dei pianeti si trovino in questi sistemi stellari. L’individuazione delle versioni giovani di queste stelle risulta di fondamentale importanza per capire il censimento galattico dei pianeti extrasolari. “Queste stelle giovani ci indicano la via. E se esisteranno pianeti di tipo Giove quasi sicuramente li troveremo“, conclude Shkolnik.

[Press release: Lowell astronomer, collaborators point the way for exoplanet search]

arXiv: Identifying the young low-mass stars within 25 pc. II. Distances, kinematics and group membership

I quasar per lo studio dell’energia scura

Il progetto BOSS, che sta per Baryon Oscillation Spectroscopic Survey, copre un enorme volume di spazio ed è stato concepito per misurare gli effetti dell’energia scura sull’evoluzione dell’Universo. Si tratta del più grande programma scientifico della terza survey denominata Sloan Digital Sky Survey (SDSS-III) che ha appena annunciato il primo risultato importante relativo ad una nuova tecnica di mappatura che si basa sull’analisi degli spettri di più di 48.000 quasar i più distanti dei quali si trovano a circa 11,5 miliardi di anni-luce.

Nessuna tecnica per lo studio dell’energia scura ha permesso di esplorare questa epoca così antica risalente alle fasi primordiali della storia cosmica durante le quali la materia era ancora abbastanza densa  da rallentare l’espansione dell’Universo, mentre invece l’influenza dell’energia scura non si era ancora fatta sentire“, spiega David Schlegel investigatore principale del programma BOSS. “Oggi, l’espansione dello spazio sta accelerando perché l’Universo è dominato dall’energia scura. Il modo con cui l’Universo è passato dalla fase di decelerazione a quella di accelerazione rimane ancora uno dei misteri della moderna cosmologia” (vedasi Enigmi Astrofisci). BOSS permette di studiare gli effetti dovuti all’energia scura andando ad analizzare le oscillazioni acustiche dovute alla materia barionica (Barionic Acoustic Oscillations, BAO), la grande rete cosmica che mostra le variazioni della distribuzione delle galassie visibili e delle nubi di gas intergalattico, difficili da osservare, che sono altrettanto importanti per la studio della materia scura. Le spaziature regolari dei picchi della densità di materia hanno origine dalle variazioni di densità primordiali, i cui resti sono visibili oggi nella radiazione cosmica di fondo. Queste spaziature offrono una sorta di ‘righello cosmico’ per calibrare il tasso di espansione dell’Universo laddove le oscillazioni acustiche di origine barionica possono essere misurate. Utilizzando il telescopio della Sloan Foundation presso l’osservatorio astronomico di Apache Point nel New Mexico, BOSS ha iniziato una duplice campagna di osservazioni spettroscopiche per studiare le oscillazioni acustiche barioniche. La prima priorità è stata quella di esaminare le galassie normali luminose che hanno redshift fino a 0,8, equivalente ad una distanza di circa sette miliardi di anni-luce, i cui primi risultati del campione che comprendeva oltre 300.000 galassie sono stati annunciati nel marzo 2012. Ma per studiare il contributo delle oscillazioni acustiche barioniche dovuto alle galassie che hanno redshift abbastanza elevati non è sufficiente un telescopio di 2,5 metri. Dunque, il secondo obiettivo di BOSS sono stati i quasar. “I quasar sono gli oggetti più luminosi del cielo, e quindi rappresentano l’unico modo credibile per misurare spettri fino a redshift 2.0 e oltre“, dice Schlegel. “A questi redshift così elevati ci sono almeno cento volte più galassie rispetto ai quasar, ma sono troppo deboli per studiare le oscillazioni acustiche barioniche“.

Tuttavia, i quasar sono troppo scarsi per misurare direttamente le oscillazioni acustiche, ma c’è un altro modo per rivelarli a redshift elevati. Dato che la radiazione emessa da un quasar passa attraverso le nubi di gas intergalattico nel suo percorso prima di raggiungere i nostri strumenti, il suo spettro presenterà un gran numero di righe di assorbimento dell’idrogeno, note come Lyman-alfa forest. Idealmente, ogni riga di assorbimento nello spettro di un singolo quasar ci dà delle indicazioni sulla variazione della densità del gas che interviene lungo la linea di vista. Considerando un certo numero abbastanza elevato di quasar, che coprono allo stesso tempo una ampia zona di cielo, è possibile mappare in 3D la distribuzione delle nubi di gas. Questa idea è stata avanzata agli inizi degli anni 2000 da Patrick McDonald, all’epoca presso l’Istituto Canadese di Astrofisica Teorica, e da Martin White, entrambi ora alla Physics Division dei Laboratori Berkeley. “Quando ho presentato l’idea a una conferenza di cosmologia, nel 2003, hanno pensato che fossi pazzo“, dice White, che è anche un professore di fisica e astronomia presso la University of California a Berkeley e presidente dei progetti di survey che utilizzano BOSS. “Nove anni più tardi, BOSS ha dimostrato che si tratta di una tecnica incredibilmente potente. Infatti è andato al di là dei nostri sogni più folli“. Il primo risultato della Lyman-alpha forest, cioè la prima mappa delle oscillazioni acustiche barioniche in questa fase primordiale dell’evoluzione dell’Universo, si basa solo su un terzo del volume di spazio che sarà esplorato da BOSS e comprende 60.369 quasar già confermati dall’analisi degli spettri. Per semplificare la ricerca delle oscillazioni acustiche, molti di questi oggetti sono stati scartati a causa di una serie di contaminazioni che alterano il segnale che si vuole cercare perciò alla fine sono stati considerati solo 48.129 quasar. Già nel 2011, un team guidato da Anže Slosar del Brookhaven National Laboratory aveva dimostrato la fattibilità dell’esperimento per misurare la variazione di densità del gas idrogeno intergalattico su distanze cosmologiche utilizzando solo un campione di 14.000, un dato sufficiente per stabilire una prova concreta al livello teorico. Una volta eseguita l’elaborazione dei dati e avere generato falsi spettri, le analisi della Lyman-alfa forest di oltre 48.000 quasar hanno dato risultati simili. Dunque, applicando questi dati numerici agli spettri veri dei quasar è stato possibile ottenere un quadro della distribuzione di densità del gas che ci permette di avere un prima idea sull’andamento delle oscillazioni acustiche in questa regione dello spazio precedentemente inesplorata. “Stiamo osservando indietro nel tempo quando l’espansione dell’Universo era dominata dalla decelerazione dovuta alla materia scura e l’energia scura era difficile da rivelare. Il passaggio dalla decelerazione all’espansione è stato molto netto e ora viviamo in una epoca dominata dall’energia scura. Una delle grandi domande aperte in cosmologia è: perché adesso? ” E’ una domanda a cui BOSS cercherà di rispondere man mano che raccoglierà la luce di più di un milione e mezzo di galassie e più di 160.000 quasar prima che la survey SDSS-III sarà completata. Nel frattempo, possiamo affermare che la tecnica di analisi della foresta Lyman-alfa ha aperto una nuova visione dell’Universo primordiale che in futuro potrà essere completata con indagini più potenti come quella già proposta e denominata BigBOSS.

[Press release: BOSS Quasars Unveil a New Era in the Expansion History of the Universe]

arXiv: Baryon Acoustic Oscillations in the Ly-α forest of BOSS quasars

Nuovi indizi sull’evoluzione delle galassie

Uno studio recente relativo ad un insieme di centinaia di galassie osservate con i telescopi Keck nelle Hawaii e con il telescopio spaziale Hubble ha permesso di rivelare un andamento inaspettato che risale a circa 8 miliardi di anni fa.

“Gli astronomi erano convinti che le galassie a disco distribuite nell’Universo locale avessero raggiunto la loro forma attuale circa 8 miliardi di anni fa” spiega Susan Kassin astronomo presso il Goddard Space Flight Center della NASA. “L’andamento che osserviamo mostra l’opposto per cui le galassie si sono trasformate durante questo periodo”. Le galassie in cui si stanno formando nuove stelle assumono la forma di sistemi a forma di disco ben organizzati, come ad esempio la galassia di Andromeda o la Via Lattea, in cui i moti di rotazione della galassia dominano su quelli caotici interni. Le galassie blu più lontane tendono ad essere molto diverse, mostrano cioè moti caotici in tutte le direzioni. Da ciò pare emergere l’esistenza di una precisa sequenza verso l’apparire di una situazione meno caotica con il passare del tempo dato che i moti di rotazione aumentano e quelli caotici diminuiscono e ciò porta gradualmente le galassie a formare i sistemi a disco che possiamo ammirare nell’Universo locale. Inoltre, le galassie blu, dove stanno formandosi nuove stelle, mostrano moti meno caotici e moti di rotazione ancora più elevati man mano che si avvicinano alle epoche attuali. Questo andamento è vero per tutte le galassie di qualsiasi massa anche se i sistemi più massicci mostrano il livello più alto di organizzazione. In altre parole, le galassie blu più distanti si stanno gradualmente trasformando nelle galassie a disco come la nostra Galassia. I ricercatori hanno studiato un campione di 544 galassie blu dalla survey Deep Extragalactic Evolutionary Probe 2 (DEEP2) Redshift Survey, un progetto scientifico che coinvolge il telescopio spaziale Hubble e i due telescopi gemelli di 10m dell’osservatorio Keck nelle Hawaii, che sono distribuite tra 2-8 miliardi di anni-luce e hanno masse comprese tra 0,3-100% la massa della Via Lattea. E’ probabile che anche la nostra Galassia abbia subito la stessa evoluzione delle galassie osservate nella survey DEEP2 e abbia assunto il suo stato attuale circa 5 miliardi di anni fa quando si formò il Sistema Solare. Si ritiene che nel corso degli ultimi 8 miliardi di anni, il numero di interazioni tra le galassie (merging) diminuì drasticamente così come il tasso di formazione stellare e delle supernovae, tutti fattori che avrebbero influito sull’andamento osservato dell’evoluzione galattica. Ora che gli astronomi hanno potuto derivato questo andamento, il passo successivo sarà quello di affinare i modelli evolutivi in modo da descrivere la storia evolutiva delle galassie.

ArXiv: The Epoch of Disk Settling: z~1 to Now

[Press release: Astronomers Uncover A Surprising Trend in Galaxy Evolution]


I buchi neri giganti dell’Universo delle origini

ULASJ1234+0907

Un gruppo di ricercatori dell’Università di Cambridge hanno utilizzato le immagini nella banda dell’infrarosso di alcune survey del cielo condotte con il telescopio UK Infrared Telescope (UKIRT) situato nelle Hawaii per esplorare una nuova popolazione di buchi neri supermassicci che stanno evolvendo molto rapidamente e che risiedono nelle galassie più distanti. Questi oggetti non sono stati rivelati in precedenza dato che si trovano immersi all’interno di spessi strati di polvere e gas. I nuovi dati indicano che i buchi neri stanno emettendo una enorme quantità di energia grazie ad una serie di interazioni violente con la galassia ospite. L’oggetto più estremo, denominato con la sigla ULAS J1234+0907, è situato a circa 11 miliardi di anni-luce nella direzione della costellazione della Vergine. Il buco nero ha una massa di oltre 10 miliardi di masse solari, 10 mila volte superiore a quella del buco nero della Via Lattea, e si tratta di uno dei più grandi finora rivelati. I ricercatori ritengono che ci potrebbero essere almeno 400 buchi neri supermassicci di queste dimensioni appartenenti alle epoche primordiali della storia cosmica. Questi “mostri del cielo”, che risiedono principalmente nei nuclei delle galassie più massicce, vengono alimentati dalle violente collisioni che avvengono con altre galassie determinando la formazione di nuove stelle e fornendo “cibo” per i buchi neri. Queste violente collisioni producono un inviluppo di polvere e gas che avvolge i buchi neri per un breve periodo di tempo durante il quale essi vengono alimentati.

Markarian 231

Per fare un confronto con ULAS J1234+0907 nell’Universo locale, l’esempio più spettacolare è il buco nero della galassia Markarian 231 che si trova a circa 600 milioni di anni-luce. Le osservazioni realizzate con il telescopio spaziale Hubble hanno messo in evidenza il fatto che la galassia subì un impatto violento con un’altra galassia nel recente passato. ULAS J1234+0907 è la versione estrema di Markarian 231 e indica che le condizioni fisiche presenti nell’Universo delle origini erano molto più turbolente ed inospitali rispetto a quelle che esistono oggi.

ArXiv: Heavily Reddened Quasars at z~2 in the UKIDSS Large Area Survey: A Transitional Phase in AGN Evolution