Come si autoregolano i buchi neri

I buchi neri sono fra gli oggetti più esotici che popolano l'universo. Il loro campo gravitazionale è tanto intenso da non consentire nemmeno alla luce di lasciare la loro superficie. Non essendo direttamente osservabili, i buchi neri sono studiati indirettamente osservando il comportamento della materia che, avvicinatasi pericolosamente, viene risucchiata lungo un percorso a spirale. Spiraleggiando e cadendo verso il buco nero la materia si riscalda ed emette intense radiazioni nella regione X dello spettro elettromagnetico. E' proprio osservando questa radiazione che è possibile ricavare le caratteristiche dei buchi neri. Questi, a seconda della loro massa, si dividono in buchi neri supermassicci e quelli di taglia stellare. I primi, le cui masse possono essere pari a milioni o anche miliardi di masse solari, si trovano generalmente al centro delle galassie. La loro presenza influisce in maniera determinante sull'evoluzione delle galassie e pare, anzi, esistere un legame diretto fra la massa del buco nero e quella della galassia che lo ospita. I buchi neri di taglia stellare, con masse fino a 25 masse solari, si formano a seguito dell'esplosione come supernovae di stelle massicce. Spesso si trovano all'interno di sistemi binari, legati gravitazionalemente a una stella compagna. In questi casi, il buco nero strappa alla stella materia che va a formare un disco di accrescimento. Da questo disco la materia precipita principalmente verso il buco nero, mentre un'altra parte vienne espulsa lungo due potenti getti in direzioni opposte. Recenti osservazioni in banda X del telescopio spaziale Chandra lasciano ritenere che per i buchi neri di taglia stellare agisca una sorta di meccanismo di autoregolamentazione della quantità di materia che sono in grado di divorare. Gli astronomi pensano che l'interazione fra i getti di materia e il vento stellare che si origina dal disco possano rendere conto delle periodiche variazioni osservate nel tasso di accrescimento del buco nero. All'aumentare dell'intensità del vento maggiori quantità di materia si allontanano dal disco diminuendo quella disponibile per l'accrescimento del buco nero, con conseguente diminuzione dell'intensità dei getti. Le osservazioni di Chandra hanno riguardato un micro quasar galattico, GRS 1915+105, che si trova in prossimità del piano galattico. Questo micro quasar è un sistema binario costituito da una stella e da un buco nero di 14 masse solari che risucchia materia che va a formare il disco di accrescimento prima di essere divorata.

Credit: NASA/CXC/Harvard/J. Neilsen ; ottico: Palomar DSS2

Tutti gli appuntamenti di "cielisereni.it"

L'inizio di primavera si presenta ricco di appuntamenti per "cielisereni.it", a riprova dell'interesse sempre crescente che le attività di didattica e divulgazione dell'astronomia stanno riscuotendo anche fuori dai confini regionali.
Si inizia domani 25 marzo con la replica, presso il Museo Interattivo dalle Scienze di Foggia, delle proiezioni pubbliche al planetario organizzate dalla Provincia di Foggia. In tutto sono sei le proiezioni previste, di cui tre al mattino riservate alle scuole e tre al pomeriggio aperte al pubblico previa prenotazione.
Il 31 marzo, poi, il planetario sarà ospitato dall'Istituto Comprensivo di Casola (NA) con proiezioni destinate ai 120 studenti della scuola media.
Si arriva così al 2 aprile con quello che può considerarsi l'evento principale del calendario di questo inizio stagione. In occasione dell'evento mondiale "100 ore di astronomia" inserito nell'ambito delle iniziative dell'Anno Internazionale dell'Astronomia, il Comune di Dugenta (BN) ha organizzato un'intera giornata dedicata all'astronomia. L'intera comunità dugentana e quanti visiteranno il paese saranno coinvolti in attività di divulgazione dell'astronomia che inizieranno al mattino con le proiezioni al planetario riservate alle scuole elementari e medie, proseguiranno al pomeriggio con proiezioni pubbliche (è necassaria la prenotazione) per concludersi di sera a partire dalle 19,30 con osservazioni al telescopio dalla piazza principale che sarà oscurata per l'occasione.
Il 6 aprile doppio appuntamento per il planetario: al mattino in una scuola elementare di Castellammare di Stabia e al pomeriggio a Pimonte (NA) presso il locale Istituto Comprensivo.
Si giunge così a fine aprile quando il planetario sarà ospitato dalla Scuola Media "Tasso" di Sorrento per una quattro giorni ricca di eventi che coinvolgeranno le 21 classi dell'istituto.
"Il successo che stiamo riscuotendo già in questi primi mesi di attività - afferma Giuseppe Munno, responsabile scientifico nonchè titolare di "cielisereni.it" - ci conferma la bontà delle nostre proposte di didattica e divulgazione dell'astronomia e ci spinge a progettare nuovi percorsi in grado di rispondere sempre meglio alle specifche esigenze didattiche delle scuole. E fra poco saranno lanciate nuove proposte di divulgazione che si rivolgono a Comuni, fiere, sagre, centri commerciali, agrituriasmo e villaggi vacanze. L'obiettivo è quello di avvicinare tutti a una disciplina meravigliosa quale è l'astronomia."

NGC 4194, la "medusa"

Si trova a circa 110 milioni di anni luce nella costellazione dell'Orsa Maggiore: è NGC 4194, una galassia nota col nomignolo di "Medusa". Il telescopio spaziale Chandra della NASA, che opera nella regione X dello spettro elettromagnetico, l'ha osservata in grande dettaglio mettendo in evidenza alcune rilevanti strutture al suo interno. NGC 4194 ha subito in un recente passato l'interazione con un'altra galassia i cui effeti sono chiaramente visibili in alto nell'immagine: nella "testa" della Medusa sono, infatti, presenti grandi strutture formate da scie di stelle strappate alla galassia dalle intense forze gravitazionali sperimentate durante l'incontro. La brillante sorgente blu visibile poco più sotto è, invece, un sistema binario X. In questi sistemi, una stella e un oggetto compatto come un buco nero orbitano l'uno intorno all'altro. Il buco nero è ciò che resta di una stella di grande massa dopo che, esaurito il combustibile nucleare, è esplosa come supernova. Il campo gravitazionale del buco nero strappa materia alla stella compagna. Questa materia precipita sul buco nero seguendo un percorso a spirale e, riscaldandosi, emette in banda X. L'immagine a destra è la composizione di riprese X effettuate da Chandra e di immagini ottenute nel visibile dal telescopio spaziale Hubble.

Credit: X-ray: NASA/CXC/Univ of Iowa/P.Kaaret et al.; Optical: NASA/ESA/STScI/Univ of Iowa/P.Kaaret et al.

Buchi neri in rotta di collisione

Due fra i due più potenti strumenti per l'osservazione astronomica hanno unito le loro forze per regalarci una splendida immagine di due nuclei galattici che, nel giro di pochi milioni di anni, si scontreranno. Hubble, che opera nel visibile, e Spitzer che scruta il cielo nella regione infrarossa dello spettro elettromagnetico, hanno infatti osservato NGC 6240, una galassia che si è formata a seguito dello scontro e successiva fusione di due galassie. Il processo di fusione è ancora in corso e porterà, nel giro di qualche milione di anni, allo scontro dei nuclei delle due galassie originarie. Ciascuno dei nuclei ospita un buco nero di massa pari a milioni di masse solari, e la loro velocità relative è di migliaia di chilometri al secondo. NGC 6240 dista circa 400 milioni di anni luce nella costellazione dell'Ofiuco. Mostra un elevato tasso di formazione stellare, conseguenza della fusione fra galassie da cui si è originata. Infatti, lo scontro fra galassie non è affatto un evento catastrofico come si potrebbe pensare in considerazione delle masse, delle velocità e delle forze in gioco. Le distanze fra le singole stelle sono, infatti, così grandi rispetto alle loro dimensioni che gli scontri fra stelle sono altamente improbabili. Al contrario, l'effetto di compressione che lo scontro ha sulle grandi regioni di gas diffuse nelle galassie ha come conseguenza l'innesco dei processi di formazione stellare con la nascita di nuove generazioni di stelle. Un altro effetto chiaramente visibile anche nell'immagine ottenuta dai telescopi spaziali è la formazione di lunghe scie di stelle strappate dalle intense forze gravitazionali che ciascuna delle galassie esercita sull'altra.

Credit: NASA/JPL-Caltech/STScI-ESA

Gocce d'acqua su Marte

Tra luglio e ottobre dello scorso anno la sonda Phoenix della NASA ha operato in prossimità della regione polare di Marte, conducendo numerosi esperimenti che hanno permesso di accertare la presenza di ghiaccio d'acqua e di altre sostanze sulla superficie del pianeta o subito al di sotto di un sottile strato di rocce e polveri. Esaminando però alcune immagini ottenute durante i mesi di operatività, gli astronomi hanno forse ottenuto per la prima volta la prova della presenza sul pianeta rosso di acqua allo stato liquido. A causa delle basse temperature marziane, gli astronomi ritenevano che sul pianeta l'acqua potesse esistere solo allo stato solido o di vapore derivante dalla sublimazione del ghiaccio. Eppure sulle "zampe" della sonda sono chiaramente visibili delle goccioline che si ritengono essere composte da acqua salata e fango. Se la scoperta troverà conferma, si tratta della prima evidenza osservativa della presenza di acqua allo stato liquido su Marte e, in generale, al di fuori della Terra. Una scoperta cruciale anche ai fini delle ricerche sulla possibile esistenza di vita extraterrestre.

Credit: NASA/JPL-Caltech/ University of Arizona/Max Planck Institute

Una coppia di galassie interagenti

Quella che gli astronomi dell'ESO sono riusciti a ottenere utilizzando il Very Large Telescope, che opera dal Cile, è forse una delle migliori immagini di galassie interagenti. Lo scontro e la fusione fra galassie è un fenomeno abbastanza comune, specie all'interno degli ammassi dove maggiore è la densità di galassie. Si tratta di un evento di proporzioni colossali che coinvolge masse pari a miliardi di masse solari e che si conclude con lo smembramento delle galassie. Tuttavia, le singole stelle di ciascuna delle galassie coinvolte difficilmente andranno incontro a eventi distruttivi. Le distanze che le separano sono, infatti, così grandi rispetto alle loro dimensioni che scontri frontali fra stelle sono altamente improbabili. Al contrario, la compressione fra le enormi nubi di gas contenute all'interno delle galassie innesca i processi che conducono alla formazione di nuove stelle. Così, l'interazione fra galassie, lungi dall'essere un evento distruttivo, rappresenta una fase in cui nuove generazioni di stelle possono nascere. Gli effetti più evidenti dello scontro fra galassie sono di natura gravitazionale: le intense forze mareali che ciascuna galassia esercita sull'altra fanno sì che le stelle si disperdano nello spazio intergalattico andando a formare delle scie e delle code dalle forme più strane e bizzarre. Le due galassie fotografate con il VLT sono note come Arp 261. Si tratta delle galassie interagenti classificate al numero 261 del catalogo compilato negli anni Sessanta dall'astronomo Halton Arp. Le due galassie distano circa 70 milioni di anni luce nella costellazione della Bilancia. Si tratta di due galassie nane di massa comparabile a quella della Grande Nube di Magellano. Nell'immagine sono chiaramente visibili sia gli effetti mareali sulle stelle che vengono disperse nello spazio sia le vaste regione di formazione stellare, entrambi fenomeni che, come detto, sono diretta conseguenza dell'interazione.

Credit: ESO

In un guscio di materia oscura

L'universo pare contenere molta più materia di quanta ne riusciamo a vedere. La constatazione non è recente. Già negli anni '30 del secolo scorso si iniziarano a raccogliere evidenze della presenza nell'universo di qualcosa che non riusciamo a vedere. Misurando le velocità delle stelle nelle galassie ci si accorse, infatti, che queste paiono muoversi a velocità molto maggiori di quanto non lascerebbe prevedere la misura della quantità di materia delle galassie fatta "contando" le stelle in esse contenute. Analogo risultato si ottenne dalla misura delle velocità delle galassie all'interno degli ammassi.Cosa poteva "spingere" le stelle e le galassie? Quale la natura di questa cosa misteriosa? Molte sono state le ipotesi avanzate per dar conto delle osservazioni: dalla presenza di numerosi oggetti compatti di bassa luminosità (pianeti, stelle di neutroni, buchi neri) e per questo non osservabili, alla modifica della legge di gravitazione universale in presenza di particolari condizioni. Da qualche decennio però prevale fra gli astronomi l'ipotesi della presenza nell'universo di grandi quantità di una misteriosa "materia oscura", una sostanza che pur presente in grandi quantità (circa il 20% del totale dei costituenti l'universo) non interagisce se non attraverso gli effetti gravitazionali che ha sulla materia ordinaria. Si tratta di un'ipotesi che, pur in presenza di alcune evidenze osservative, non riesce ancora a chiarire la vera natura della materia oscura che rappresenta oggi uno dei fronti di ricerca che più impegnano gli astronomi di tutto il mondo. Una recente osservazione condotta con il telescopio spaziale Hubble ha permesso a un gruppo di astronomi di avanzare un'ipotesi circa la presenza attorno a delle galassie nane di grandi quantità di materia oscura. Le galassie nane si trovano all'interno dell'ammasso del Perseo, a circa 250 milioni di anni luce. La loro forma quasi perfettamente sferica mal si concilia con altre due caratteristiche osservate: la loro piccola massa e la loro presenza proprio nel centro dell'ammasso, dove le intense forze gravitazionali esercitate dalle numerose galssie di grande massa non ne dovrebbero permettere l'esistenza. Il cannibalismo fra galassie, con le più grandi che deformano e poi inglobano le più piccole, è un fenomeno molto comune nel centro degli ammassi. Ecco allora che gli astronomi, per spiegare la forma sferica di queste galassie di piccola massa, hanno ipotizzato che in realtà esse possano essere avvolte da grandi quantità di materia oscura, che pur non rilevabile nelle osservazioni, ne fa aumentare la massa fino a garantirne la sopravvivenza. Insomma, queste galassie nane sarebbero immerse in un guscio di materia oscura che le ha protette dalla voracità delle galssie più grandi.

Credit: NASA, ESA, e C. Conselice e S. Penny (Un. di Nottingham)

Novità per il planetario di "cielisereni.it"

Si amplia ancor più l'offerta di cielisereni.it, un'organizzazione che opera esclusivamente nell'ambito della didattica e della divulgazione dell'astronomia. Da oggi, infatti, oltre alle attività di osservazione con i telescopi e alle lezioni di astronomia con video e ausili didattici, oltre alle proizioni guidate al planetario digitale che tanto successo hanno avuto tra quanti vi hanno assistito, cielisereni.it propone anche tre spettacolari film:

---- Buchi Neri ---- Astronaut ---- Oasi nello spazio ----

Si tratta di film prodotti dall'americana Spitz, normalmente proiettati nei più famosi planetari di tutto il mondo. I film sono stati tradotti in italiano a cura di cielisereni.it che ne ha acquistato i diritti di diffusione in Italia. Gli spettatori, comodamente seduti all'interno della cupola gonfiabile che, come sempre, viene installata direttamente presso scuole, musei, sedi di associazioni, centri comemrciali, alberghi e agriturismo, possono così assitere a uno spettacolo in grado di coniugare il rigore scientifico con la spettacolarità di una proiezione che li avvolge, immergendoli nell'infinita meraviglia dell'universo. Il sistema di diffusione sonora è il Dolby Sorround, per una qualità del suono senza uguali. Ogni proiezione viene seguita da un comento di un esperto operatore che risponderà anche a domande, dubbi e curiosità degli spettatori.

Con cielisereni.it l'universo è sempre più dove vuoi, quando vuoi!

Un doppio buco nero

Da tempo è noto che al centro delle galassie sono ospitati buchi neri supermassicci di massa pari a milioni di masse solari. La presenza dei buchi neri ha conseguenze rilevanti sull'evoluzione delle galassie e anzi pare esistere una relazione di proporzionalità fra la massa del buco nero e quello del bulge, la parte centrale della galassia. La presenza di un buco nero, altirmenti non direttamente rilevabile, si manifesta grazie all'intensa radiazione emessa dalla materia che risucchiata dall'intensa forza gravitazionale precipita sul buco nero lungo un percorso a spirale. L'emissione ha caratteristiche che dipendono fortemente non solo dalla massa ma anche dalla geometria con cui la materia precipita sul buco nero. Questa circostanza è stata utilizzata da un gruppo di astronomi americani per scoprire la prima coppia di buchi neri supermassicci in orbita l'uno attorno all'altro al centro di una galassia distante. Si tratta di due buchi neri di masse differenti: il primo ha massa pari a 20 milioni di masse solari, mentre il secondo è notevolmente più massiccio con massa pari a un miliardo di masse solari. I due mostri sono separati da una distanza di circa 4 mesi luce e gli astronomi sono riusciti a escludere l'ipotesi di una semplice vicinanza prospettica dalla misura del loro red shift che è risultato essere lo stesso per entrambi.

Credit: P. Marenfeld and NOAO/AURA/NSF.

Riuscito il lancio della sonda Kepler

Il lancio della sonda Kepler della NASA è perfettamente riuscito. Partita dalla base di Cape Canaveral, la sonda è entrata nell'orbita prevista e i tecnici del Jet Propulsion Laboratory sono già riusciti ad acquisirne i primi segnali che confermano la perfetta riuscita del lancio. La sonda è destinata a una missione che potrebbe rivoluzionare il quadro delle nostre conoscenze dell'universo. Grazie al suo telescopio, infatti, Kepler è in grado di scoprire pianeti extrasolari di taglia terrestre in orbita all'interno della fascia di abitabilità di altri sistemi planetari, lì dove è possibile la presenza di acqua liquida su una superficie rocciosa. Sono oltre 300 i pianeti extrasolari fino ad ora scoperti. Tutti però hanno masse molto grandi, confrontabili con quella di Giove, e sono in orbita a distanze molto ravvicinate con la loro stella. Ciò è dovuto a un effetto di selezione insito nel sistema di rilevazione utilizzato. Infatti, la grande maggioranza dei pianeti extrasolari noti è stata scoperta col metodo della misurazione delle velocità radiali. In pratica, gli astronomi misurano le variazioni nel moto delle stelle indotte dalla presenza di un pianeta. Tali variazioni sono tanto più grandi quanto maggiore è la massa del pianeta e quanto minore è il raggio della sua orbita. Gli strumenti fino ad oggi a disposizione hanno perciò consentito di scoprire solo pianeti di grande massa e molto vicini alle loro stelle. Si tratta di mondi del tutto inospitali, giganti gassosi la cui temperatura, a causa della vicinanza con la stella, è di centinaia di gradi centigradi. Oggi, con l'entrata in funzione degli strumenti a bordo di Kepler, il nostro quadro di conoscenze cambierà radicalmente. L'occhio del telescopio a bordo della sonda terrà sotto controllo oltre 100mila stelle in una ristretta regione compresa fra le costellazioni del Cigno e della Lira. Per ciascuna stella saranno misurate le eventuali diminuzioni di luminosità attribuibili al transito di un pianeta sul disco stellare. In questo modo, e grazie all'eccezionale sensibilità degli strumenti a bordo, sarà possibile scoprire anche eventuali pianeti di taglia terrestre posti a distanza dalla loro stella tale da consentire la presenza di acqua sulla superficie rocciosa. Un grande passo avanti verso per la ricerca della vita su altri mondi.
Credit: NASA/Jack Pfaller

Le sorprese dell'atmosfera di Plutone

Sfruttando l'occultazione di una stella da parte di Plutone gli astronomi dell'ESO sono riusciti a studiare con grande dettaglio la pur tenue atmosfera del pianeta nano. Era già noto che Plutone è avvolto in un'atmosfera composta da azoto e metano la cui densità è stimata essere circa 100mila volte inferiore a quella della Terra. Alla grande distanza di Plutone dal Sole le temperature sono molto basse. Con grande sorpresa degli astronomi, però, è risultato che mentre la superfice ha una temperatura di 220 °C sotto lo zero, la sua atmosfera ha temperature mediamente più "calde", superiori di circa 50 gradi rispetto a quelle al suolo. Le osservazioni, condotte con il Very Large Telescope dell'ESO, hanno permesso inoltre di accertare che anche nell'atmosfera di Plutone si verifica il fenomeno dell'inversione termica: la temperatura aumenta da 3 a 15 gradi per ogni chilometro di altezza. Per confronto, sulla Terra la temperatura atmosferica diminuisce di 6 gradi per ogni chilometro di altezza. La temperatura dell'atmosfera di Plutone più elevata rispetto a quella del suolo si spiega considerando che il pianeta nano percorre in 248 anni un'orbita caratterizzata da una forte eccentricità. Così, quando Plutone è più distante dal Sole l'atmosfera di azoto e metano congela e precipita al suolo. Viceversa, quando Plutone si avvicina al Sole, come sta facendo in questo periodo, il maggior riscaldamento del suolo fa sublimare i depositi ghiacciati che vanno così ad aumenatre la temperatura atmosferica.

Credit: ESO

A Foggia il planetario di "cielisereni.it"

Sarà impegnato a Foggia per due giorni il 3 e 4 marzo il planetario digitale itinerante di "cielisereni.it". Nell'ambito delle iniziative organizzate dalla Provincia di Foggia in occasione della settimana della ricerca scientifica sono state previste sei proiezioni al planetario che coinvolgeranno sia le scolaresche che i cittadini che avranno prenotato. Il planetario sarà installato presso il Museo Interattivo delle Scienze di Foggia.

L'ASTROFILO - da oggi in distribuzione gratuita

C'è un'ottima notizia per tutti gli appassionati di astronomia. Da oggi la rivista interamente telematica L'ASTROFILO è distribuita gratuitamente. Tutti possono scaricarla liberamente collegandosi al sito:
http://www.astropublishing.com/
L'iniziativa è stata presa in coincedenza dell'uscita del numero 4, ma sono scaricabili anche le prime tre uscite. L'ASTROFILO si propone come un'iniziativa rivolta a tutti ghli appassionati di astronomia siano essi dei principianti o già esperti. La scelta della distribuzione on line è stata dettata sia per ridurre i costi, così da consentirne addirittura la distribuzione gratuita, sia per ridurre l'impatto ambientale che l'uscita di una rivista ha in termini di consumo di carta e degli altri materiali di stampa. Chiunque collegandosi può liberamente stampare gli articoli di interesse limitando enormemente lo spreco di carta.