C’è materia oscura nel Sistema Solare?

Se potessimo avere una specialissima fotocamera e fare una foto di gruppo delle varie componenti dell’universo, quello che vedremmo sarebbe una felicissima e straripante energia oscura che gratta la testa della materia oscura. La materia ordinaria, quella di cui siamo fatti tutti noi, i pianeti e le stelle, sarebbe ranicchiata in un angolo mogia mogia, anche se luminosa più degli altri personaggi nella foto di gruppo.
Naturalmente, se traduciamo tutto ciò detto qui sopra in termini di esperimenti e di scienza, allora di specialissime fotocamere ne abbiamo più di una. Possiamo capire cosa c’è nell’universo studiando la radiazione cosmica di fondo (che, di per sè, è una gran bella foto dell’universo primordiale), poi misurando le distanze o anche andando a vedere le distorsioni delle immagini delle galassie lontane (il lensing gravitazionale, insomma).

Comunque la mettiamo il discorso è sempre lo stesso: la materia ordinaria (detta anche barionica) rappresenta solo il circa 5% di ciò che c’è nell’universo. Il 27% è materia oscura (boh!) e il resto è energia oscura (di nuovo boh, anzi un boh più grosso stavolta).
Ora, l’energia oscura lasciamola perdere. Cioè, non ne sappiamo niente, sappiamo solo che l’universo accelera la sua espansione e che questo può essere ricondotto alla presenza di una componente particolare che gli scienziati chiamano energia oscura. Un rompicapo pazzesco. Se volete farvi un’idea sull’argomento, allora dovete guardate questo breve video.
Occupiamoci invece della materia oscura.

Ammasso di galassie Abell 1689. In viola la distribuzione di materia oscura ricavata da osservazioni di lensing gravitazionale [Crediti: NASA, ESA, E. Jullo (JPL/LAM), P. Natarajan (Yale) & J-P. Kneib (LAM)]

Beh, tanto per essere chiari: non sappiamo una cippa neanche della materia oscura. Abbiamo qualche indicazione riguardo cosa non può essere e, soprattutto, sappiamo che ci deve essere per tutta una serie di motivi.

Per esempio, sappiamo che la nostra galassia deve essere piena di materia oscura, e sappiamo che la materia oscura interagisce con la materia barionica solo tramite gravità. Per questo, infatti, la materia oscura si chiama così: è invisibile e non emette alcuna luce.
Una domanda molto, ma molto intelligente sarebbe: ma se la Via Lattea è piena di materia oscura, allora pure il Sistema Solare dovrebbe esserne pieno? Non solo, magari va pure a finire che, durante il suo moto nella Via Lattea, il Sistema Solare ne agganci una certa quantità man mano che orbita attorno al centro della Galassia.
Comunque, oggi parleremo proprio di questo argomento, la materia oscura nel Sistema Solare.

Se la materia oscura agisce tramite interazione gravitazionale con la materia barionica, allora la presenza di materia oscura nel Sistema Solare deve influenzare il moto di pianeti, satelliti e chi più ne ha più ne metta. Questo effetto aggiuntivo, ovviamente, dipenderà dalla densità di materia oscura: più materia oscura abbiamo nel Sistema Solare, maggiore sarà l’effetto sul moto dei pianeti e dei satelliti. Quindi, in parole povere: c’è una massa in più, la materia oscura, e il moto dei pianeti, che è dovuto alla gravità cambia, in quanto la gravità dipende dalla massa del sistema in gioco.
Semplice. Lineare.

E ora andiamo alle complicazioni. Per esempio, il Sole perde massa tutti i giorni. No, non è dovuto al suo fare “jogging” orbitando attorno al centro della Galassia (si scherza, eh); la ragione è dovuta al cosiddetto vento solare, ovvero il continuo flusso di particelle che abbandona il Sole perché sparate nello spazio a velocità pazzesche, qualche centinaio di km/s minimo. Cosa voglio dire? Voglio dire che anche il vento solare permea il Sistema Solare. E il vento solare ha una sua massa, essendo fatto di particelle di materia ordinaria. Sorge spontaneo chiedersi: questo vento solare ha più o meno massa dell’eventuale materia oscura che c’è nel Sistema Solare? Ne ha meno, molta meno. Praticamente è l’effetto gravitazionale del vento solare è trascurabile. Possiamo dunque concentrarci sulla materia oscura.

A questo punto il problema diventa scientifico nel vero senso della parola: ovvero capire tramite un esperimento quando le nostre misure siano sensibili ad una certa componente.
Questa è la scienza.
Per quanto detto finora, la domanda che fa da titolo a questo post va leggermente modificata e dovrebbe essere: c’è abbastanza materia oscura nel Sistema Solare tale da poter essere osservata?
Ecco, ora ha tutto più senso.

E la risposta, qual è? La risposta è: purtroppo no. Ovvero, possiamo fare tutti i conti che vogliamo ma la materia oscura che ci aspettiamo di avere nel nostro Sistema Solare è davvero troppo poca per poter essere osservata.
Quando dico “tutti i conti che vogliamo” intendo i conti fatti in questo articolo scientifico. Gli autori hanno raccolto una vagonata di dati che hanno trovato in giro riguardo il moto di pianeti e satelliti e hanno cominciato a porre dei limiti su quale potrebbe essere un eventuale valore per la densità di materia oscura nel Sistema Solare, tale da modificare i parametri orbitali proprio di pianeti e satelliti. E niente, è venuto fuori che, appunto, al momento non ce la possiamo proprio fare ad osservare la materia oscura nel Sistema Solare. Sempre per essere chiari, quando dico che “non ce la possiamo fare” intendo che gli errori sperimentali associati a tale misura sono più grandi del valore stesso che vogliamo misurare.

Questo è il verdetto della scienza, per ora. Però no, dai su, ora non fate così, non mettetevi a piangere o a strapparvi i capelli. Siamo esseri umani, abbiamo i nostri limiti. Per dire di aver fatto una scoperta del genere bisogna avere un ottimo controllo su tutti i possibili errori e inoltre anche avere una sensibilità straordinaria delle misure che andiamo a fare. Un giorno magari ce la faremo e saremo tutti contenti. Inoltre riuscire a misurare la densità di una componente inafferabile come la materia oscura nel Sistema Solare, cioè praticamente nel giardinetto di casa nostra, sarebbe davvero molto utile per provare a capire meglio cosa sia questa materia oscura.


Referenze
Constraints on Dark Matter in the Solar System: http://arxiv.org/abs/1306.5534
Dark Matter in the Solar System: http://arxiv.org/abs/0806.3767

La linea della neve e la formazione dei pianeti

La notizia è che gli astrofisici, grazie alla rete di radiotelescopi ALMA, sono riusciti ad osservare per la prima volta la linea della neve dell’acqua dentro un disco protoplanetario (cioé che magari formerà pianeti) attorno la stella V883 Orionis. 
Tranquilli, calmi, ora vi spiego tutto per bene, facciamo un passo alla volta. 
Un bel respiro profondo e partiamo.
 
Cos’è ALMA?
ALMA sta per Atacama Large Millimeter/submillimeter Array. Si tratta di una rete di radiotelescopi costruita nel deserto di Atacama, Cile, a 5000 metri d’altezza ed è una collaborazione fra l’Europa, la U.S. National Science Foundation (NSF) e gli Istituti Nazionali di Scienze Naturali del Giappone (NINS),  in cooperazione con la repubblica del Cile. ALMA è stato fondato dall’ESO per conto dei suoi stati membri, dall’NSF in cooperazione con il National Research Council del Canada (NRC) e il National Science Council di Taiwan (NSC) e dal NINS in cooperazione con l’Accademia Sinica di Taiwan (AS) e l’Istituto di Astronomia e Scienze Spaziali della Corea (KASI). Ecco una foto:
© ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)
 
L’osservatorio è composto da 66 antenne, che si possono muovere per provare ad ottenere diverse configurazioni che portano a differenti risoluzioni nell’immagine. Direte voi: c’era bisogno di andare fino a 5000 metri per costruire queste antenne? Ebbene sì, perché l’obiettivo di ALMA è quello di studiare la luce con lunghezza d’onda dell’ordine del millimetro o anche più piccola, precisamente tra 0.32 e 3.6 millimetri. Per fare ciò, bisogna andare in un posto dove l’atmosfera è il più secca possibile, priva di vapore acqueo che scherma la radiazione che si vuole studiare.
 
La radiazione submillimetrica proviene da regione abbastanza fredde dell’universo, tipo nubi molecolari che fanno parte di dischi protoplanetari come abbiamo discusso sopra. Se si guardano queste regioni dell’universo con i telescopi ottici, praticamente non si vede nulla. Ci vogliono i telescopi giusti, cioè quelli di ALMA.
 
Cos’è la linea della neve dell’acqua?

Dunque, nei pressi della stella, nel disco si può trovare acqua allo stato di gas; man mano che ci si allontana dalla stella, nel disco le temperature si fanno via via più basse e anche la pressione diventa minore e quindi, ad una certa distanza, abbiamo che l’acqua passa direttamente da gas a ghiaccio. La zona che separa questa transizione nel disco è chiamata la linea della neve dell’acqua. Sarebbe praticamente la linea scura della foto qui sotto. Questa immagine è proprio la stella V883 Orionis ripresa da ALMA con tanto di linea della neve dell’acqua: spettacolare!

 
@ESO/ALMA
Anche altri elementi come il monossido di carbonio e il metano hanno la loro linea della neve e sono già state osservate in passato con ALMA. Il problema della linea della neve dell’acqua è che l’acqua ghiaccia a temperature più alte e quindi più vicino alla stella, rendendo l’osservazione di tale linea difficile.
 
Come mai siamo riusciti ad osservare la linea della neve dell’acqua allora? 
Ecco, quello che è successo è che la stella V883 Orionis ha aumentato improvvisamente la sua luminosità. Questo ha provocato una aumento di temperatura di tutto il disco, spostando praticamente la linea della neve dell’acqua più verso l’esterno. E quindi gli “occhi” rapaci di ALMA sono riusciti ad osservarla. Per visualizzare la cosa, guardate questa realizzazione artistica qui sotto:
 
©ESO
 
 
Un momento: ma perché V883 Orionis ha aumentato la sua luminosità? Perché del materiale del disco è caduto sulla stella provocando un’esplosione. Questo fenomeno è tipico di alcune stelle che sono classificate proprio FU Orionis.
Proprio per questo, non bisogna dimenticarsi che stiamo parlando di una stella particolare. Non è chiaro ancora come la linea della neve sia legata all’evoluzione di partenza, ma sicuramente questa prima osservazione della linea della neve dell’acqua offre un ottimo punto di partenza per le future ricerche.
 
La linea della neve è un argomento fondamentale nella teoria della formazione dei pianeti. Infatti, i pianeti rocciosi come la Terra si pensa si formino dentro tale linea; invece i pianeti gassosi sono ritenuti formarsi oltre, dove la presenza di ghiaccio favorisce l’agglomerarsi di grosse quantità di materiale e quindi formare pianeti più grandi.
Infatti, per esempio, nel Sistema Solare, la linea della neve dell’acqua si trova proprio tra Marte e Giove, ovvero dove si dividono i pianeti rocciosi da quelli gassosi.
Quindi, praticamente, grazie ad ALMA siamo riusciti a vedere le fasi iniziali dettagliate di un sistema planetario in formazione. Preparate i popcorn, siamo solo all’inizio.
Link all’articolo scientifico:
Imaging the water snow-line during a protostellar outburst, Cieza et al., 2016

Trovato un pianeta che orbita attorno a tre soli

Gli scienziati dell’ESO Very Large Telescope in Cile hanno trovato un pianeta, chiamato HD131399Ab, che orbita attorno a tre stelle! Cioè, capite che vuol dire: nel cielo ci sono tre stelle ogni giorno. Per come è fatto il sistema quindi ogni giorno ci sono tre albe e tre tramonti in sequenza. Addirittura, man mano che il pianeta si muove sulla sua orbita, arriva un punto in cui, allo stesso tempo, una sole sorge e l’altro tramonta, aumentando il grado di romanticismo e poesia a livelli quasi stucchevoli, oserei dire!
 
Ma è solo questo? Ci sono altri motivi che vanno ben oltre il romanticismo più sfrenato e sono motivi che, con gli occhi dello scienziato/a, assumono un sapore dolcissimo.
 
Cominciamo con il dire qualcosa sullo strumento utilizzato per scoprire HD131399Ab. Si chiama SPHERE ed è uno strumento molto sensibile alla luce infrarossa, quella che praticamente viene emessa dai pianeti per il solo fatto di esseri corpi con una certa temperatura. SPHERE è fatto apposta per scovare grossi pianeti, grazie ad un sistema che permette di isolare il pianeta visivamente dalla luce della stella attorno a cui esso orbita.
Insomma SPHERE non solo ci ha fatto scoprire il pianeta, ma ne ha scattato proprio una foto. Cioé, non so se mi spiego: abbiamo un’immagine di un pianeta a 320 anni luce da noi!
Eccola qua:
Fonte: ©ESO
Dunque, come vedete dalla foto scattata da SPHERE, il sistema è fatto così: il pianeta HD131399Ab orbita attorno alla stella HD131399A, che è anche la più brillante del gruppo, e il tutto poi orbita attorno al duo HD131399B e HD131399C. Dalla foto sembra complicato capirlo, ma c’è un video illustrativo dell’ESO che mostra questa danza gravitazionale in gran dettaglio:

 

Che roba, eh! Ma andiamo avanti con le caratteristiche del pianeta. Abbiamo già detto che si trova a 320 anni luce di distanza. Inoltre sappiamo che si tratta di un pianeta molto giovane; dovrebbe avere un’età di circa 16 milioni di anni (per confronto, la Terra ha 4 miliardi e mezzo di anni più o meno!). Per quanto riguarda la massa, il pianeta
HD131399Ab è grande come quattro Giove messi insieme, un pianetone insomma. Temperatura? Gradevole, siamo sui 580 gradi. Portate il condizionatore se andate in vacanza da quelle parti (giusto per dirvi che ci sono pianeti peggiori).
Ora torniamo alla faccenda dei tre soli: in principio, secondo le nostre teorie sui sistemi planetari, non è che sia facilissimo trovare un pianeta che orbiti intorno a tre stelle. Per rendere l’idea, verrebbe quasi da gridare “miracolo”, e ho detto tutto. Il fatto è che un sistema del genere non è proprio stabilissimo. Ovvero, basta cambiare le condizioni di un pelo di formica ed ecco che il pianeta viene preso a calci (gravitazionali, eh) e spedito via nello spazio da solo. E quindi ecco che, per capire se il sistema scoperto è un sistema stabile o meno, si dovranno fare successive osservazioni nei prossimi mesi e anni.

Insomma, la domandona è: come ha fatto un pianeta a finire in un sistema con tre soli? E quanto probabile è riuscire ad osservare cose del genere? Il fatto che siamo riusciti ad osservarne uno vuol dire che forse dobbiamo un attimo riconsiderare le nostre teorie. O magari, semplicemente, vuol dire che abbiamo avuto una “fortuna con la C maiuscola” pazzesca.
Le future osservazioni con SPHERE e con ESO VLT forse potranno darci una risposta. 

Ci chiediamo sempre se c’è vita nell’universo e facciamo bene. Ora in qualche decennio siamo arrivati a scoprire più di mille pianeti solo in uno spicchio della nostra galassia e, di una manciata, siamo anche riusciti a farne una foto mentre ci sorridono abbastanza soddisfatti. I nostri bisnonni avrebbero pagato per vivere in un’epoca così, ne sono certo. Noi ci siamo dentro, ma a volte lasciamo scivolare queste scoperte sensazionali come se fossero normali. No, non lo sono. Sono il frutto di decenni di lavoro e di studio, sono il risultato di un impegno straordinario degli esseri umani per capire come caspita è fatto il nostro universo. Questo è un momento straordinario per la ricerca e per questo sono qui a scrivere questo post, perché spero di rendervi partecipi di questa consapevolezza che piano piano (purtroppo ci vuole tempo, ovviamente) stiamo togliendo i teli pieni di polvere a parecchi mobili del nostro universo. Un qualcosa di meraviglioso, assolutamente meraviglioso.


Fonte: http://www.eso.org/public/news/eso1624/?lang