Abbiamo un’immagine di Antares

Avete presente le immagini del Sole?
Ecco, ma quanto sarebbe bello avere qualcosa del genere, pur minimo, anche per altre stelle? Tanto, moltissimo. Per questo gli astrofisici hanno preso di mira Antares.

Antares è una stella che si trova 170 parsec di distanza da noi; per confronto, la stella più vicina a noi, Proxima Centauri, si trova a poco più 1 parsec di distanza da noi.

Le stelle sono palle di gas che bruciano idrogeno al loro interno trasformandolo in elio. La fusione dell’idrogeno è la parte più lunga della vita di una stella. Per esempio, per il Sole tale fase dura una decina miliardi di anni. Tuttavia tale processo dipende dalla massa della stella. Antares è una stella che ha una massa una decina di volte più grande di quella del Sole.
Come si diceva in un film, una grossa massa comporta anche grosse responsabilità e quindi, ciò causa  condizioni di pressione e temperatura più eccitanti, nel senso che la fusione dell’idrogeno viaggia a ritmi più alti rispetto a una stella di piccola massa.

Con le stelle massive tutto diventa più grande, anche i nomi. Infatti, il Sole, quando finirà l’idrogeno diventerà una gigante rossa. Antares invece è già una supergigante rossa.
Ciò vuol dire che Antares si trova in una fase del suo ciclo vitale l’idrogeno nel nucleo è finito da un pezzo e altre combustioni hanno luogo, tipo quella dell’elio “appena” prodotto in carbonio e così via in altri elementi più pesanti. Il fatto di essere una stella rossa è poi legato alla temperatura superficiale della stella. Questo, detto in soldoni, perché la lunghezza d’onda della luce (cioè il suo “colore”) è legato all’energia della luce stessa (cioè alla sua “temperatura”) in maniera inversamente proporzionale: più è rossa la luce (più è grande la sua lunghezza d’onda), minore sarà l’energia (ovvero la temperatura).

Con le supergiganti rosse bisogna fare attenzione: sono enormi, spesso parte del materiale fugge via a causa di forti venti stellari, e inoltre siamo quasi agli sgoccioli della vita di una stella.
Insomma, le atmosfere di queste bestie stellari rosse sono molto complicate da interpretare. Provare a capire aspetti molto complicati delle atmosfere stellari di altre stelle oltre al Sole è dunque qualcosa di davvero affascinante; è come gettare lo sguardo su qualcosa che abbiamo avuto sempre sotto gli occhi, da millenni, eppure solo ora cominciamo a mettere a fuoco.

Quindi, gli astrofisici del Very Large Telescope Interferometer (VLTI) hanno ottenuto questa prima, straordinaria, meravigliosa mappa del gas che compone la superficie e l’atmosfera di Antares:

Una stella così non l’avete mai vista. Questa è Antares. ©ESO

Questa è l’immagine più dettagliata mai ottenuta prima di una stella che non sia il Sole. Grazie a mappe come questa gli astrofisici potranno studiare molto meglio cosa accade nelle atmosfere di altre stelle, magari non troppo lontane, ma almeno spezzando l’interessante monotonia scientifica del Sole.
Già, per esempio, si è notato, dalla mappa qui sopra, che su Antares ci sono parti di gas che vanno a velocità strane, o almeno inaspettate. Ma, dopotutto, ancora bisogna capire un po’ di cose anche se sicuramente sembra abbastanza convincente la discussione che, da soli, i moti convettivi non possono spiegare tali velocità. I moti convettivi, per chi non lo sapesse, sono quei moti responsabili, per esempio del moto dell’acqua quando bolle; ecco la stessa cosa avviene nelle stelle, c’è del gas che si muove tramite moti convettivi (ma non pensate di buttare la pasta su Antares, toglietevelo dalla testa).

Ma vediamo una cosa interessante ora. Come è stata realizzata questa immagine di Antares?
Hanno fatto così: invece di usare un telescopio soltanto, ne hanno utilizzati diversi. Questi telescopi (sono otto) formano quello che abbiamo nominato prima, il Very Large Telescope Interferometer.

Ma come funziona questa cosa? Come si combinano diversi telescopi per ottenere osservazioni migliori? E soprattutto, cosa migliora?
Questa cosa, innanzitutto, è una tecnica chiamata interferometria. Si tratta di una roba complicata da spiegare (poi magari lo faremo un giorno per bene) ma in due righe la faccenda funziona così: prendete, per esempio, due telescopi con uno specchio di un certo diametro e metteteli a una certa distanza. L’interferometria è una tecnica che li fa funzionare come se avessimo un unico grosso telescopio con un ipotetico specchio di diametro più grande dei singoli specchi dei telescopi.

La risoluzione, lo ricordo, è la capacità di riuscire a distinguere due sorgenti vicine e, di solito, è una misura fatta in termini angolari.
Faccio un esempio. Se due sorgenti sono distanti mezzo grado nel cielo, ma la risoluzione del vostro telescopio è di un grado, non c’è verso di vedere le due sorgenti separate; vedrete un unico punto luminoso che contiene la luce di entrambe le sorgenti senza la possibilità di distinguerle.
L’interferometria permette di ottenere una risoluzione migliore. Cioè, aumentando il diametro del telescopio aumenta la risoluzione e quindi anche la capacità di osservare meglio alcuni dettagli dell’oggetto che stiamo studiando.
Purtroppo questa cosa dipende anche dalla lunghezza d’onda con cui si osserva. Quando si ha a che fare con lunghezze d’onda molto grandi (tipo le onde radio), le operazioni di interferometria si fanno più agevolmente di quando si ha a che fare con lunghezze d’onda più piccole, tipo quelle della luce emessa dalle stelle.

Comunque, tralasciando le pur importantissime questioni tecniche, il punto è che alla fine l’interferometria per osservare una stella è stata utilizzata, con i risultati descritti finora.
Giusto per darvi un’idea delle prestazioni vi dico questa cosa. In generale possiamo misurare le dimensioni angolari apparenti di qualsiasi oggetto nel cielo, così come lo vediamo. Per esempio,  la Luna e il Sole hanno un diametro angolare di mezzo grado. La stessa cosa si può fare anche per le stelle. Solo che le stelle sono praticamente oggetti puntiformi, è molto complicato misurarne le dimensioni.

Eppure, sappiamo già che Antares ha un diametro angolare di circa 37 millesimi di secondo d’arco (un secondo d’arco è un tremilaseicentesimo di grado). Per poter osservare Antares, dunque, è necessaria una risoluzione più grande del diametro della stella, ovvero poter distinguere oggetti che sono distanti tra loro molto meno di 37 millesimi di secondo d’arco (vi ricordate la faccenda della bandiera americana sulla Luna?). Per fortuna il VLTI ha una risoluzione di circa 5 millesimi di secondo d’arco così si è potuto ottenere la prima (quasi) foto di un’altra stella della nostra Via Lattea.

Magari un giorno qualcuno rivedrà quella prima immagini di Antares e penserà, inevitabilmente, che solo a piccoli passi la scienza procede. Le immagini, dopotutto, non sono altro che un ricordo.

Fonti
Comunicato stampa ESO
Articolo scientifico

Avete mai visto la Via Lattea?

La cosa migliore da fare ad agosto, qualora si volessero vedere le Perseidi (volgarmente dette “stelle cadenti”), è trovare un posto buio, lontano dalle luci della città e mettere il naso all’insù.

In Molise questo si può fare praticamente ovunque: c’è un basso livello di urbanizzazione ma non siamo in un posto iper-isolato e comunque il meraviglioso cielo stellato è facile da godere.
In Molise il cielo è una meraviglia.

Da Fossalto (provincia di Campobasso) dunque ho provato a scattare qualche foto al cielo notturno con la mia reflex.
Premessa doverosa: sono assolutamente una schiappa. Ho scattato diverse foto, ma alla fine ne ho salvate soltanto tre (perché sono una schiappa). Avrei dovuto scattare diverse foto e poi metterle insieme, sarebbe stata la tecnica più idonea, ma vabbè, la prossima volta.
Speravo qualche meteora passasse per il pezzo di cielo che stavo fotografando, ma purtroppo non è accaduto. In compenso, ho visto diverse meteore, anche molto luminose.

Ma tralasciando le mie (poche) abilità da fotografo, volevo porvi una domanda:

Avete mai visto la Via Lattea, la Galassia in cui si trova il nostro sistema solare?

Sdraiato sul terrazzo dei miei nonni ho potuto ammirare il cielo denso di stelle come non facevo da tempo e per me è stata una grande emozione. Nella densità di stelle, naturalmente, era ben visibile proprio la Via Lattea vista di taglio.

Ora, io alla Via Lattea ci sono più che abituato. Sono nato in Molise, ci torno spesso e ogni volta mi godo lo spettacolo. Ecco dunque il motivo della mia prova da fotografo: volevo condividere con voi la bellezza del cielo stellato, molto spesso trascurato nel quotidiano.

Ecco qualche scatto (ho fatto il possibile e si poteva fare meglio, ok):

 

 

Bella la Via Lattea? Pensate che dal vivo è anche più bella rispetto alle mie foto. Se da casa vostra avete difficoltà nell’osservare la Via Lattea, probabilmente è perché la vostra zona è inquinata, troppo inquinata dall’illuminazione artificiale.
Questo è il problema dell’inquinamento luminoso.
Il cielo stellato è un bene molto prezioso per la nostra cultura, per noi esseri umani. Tutta la nostra storia è iniziata con qualche essere umano che ha alzato gli occhi al cielo e si è fatto domande. Non possiamo perdere questo patrimonio. Ovvio, il cielo non va da nessuna parte: ma le luci della città, sempre più forti e potenti, rischiano di far sparire ogni occasione buona per ammirare le stelle e riflettere. D’altra parte, il Molise è un’eccezione, vero, ma sappiamo benissimo che il motivo è la scarsa popolazione e lo scarso livello industriale della mia regione di nascita.

Ma non solo lo spettacolo del cielo stellato. Pensate alla bellezza dei nostri centri storici a volte iper-illuminati, all’effetto di una forte illuminazione artificiale notturna sul naturale ciclo biologico di animali, piante e esseri umani, sempre meno abituati alla sensazione del buio; un’eccessiva luce notturna potrebbe portare ad alcune disfunzioni come la minore produzione di una sostanza chiamata melatonina che, per chi non lo sapesse, ha proprietà anti-ossidanti ovvero permette la neutralizzazione dei famosi radicali liberi (che distruggono le strutture delle nostre cellule). Infatti la melatonina viene prodotta solo in assenza di luce da una ghiandola presente nel nostro cervello chiamata ghiandola pineale. E poi, la cosa più ovvia: ridurre l’inquinamento luminoso ci fa consumare meno energia. Questo da un lato ci fa spendere di meno in tasse per l’illuminazione pubblica e dall’altro ci permette di inquinare meno l’ambiente (visto che bisogna bruciare petrolio per avere la luce).

Quindi, come vedete, sembra proprio che la nostra società abbia deciso di mettere in secondo piano una volta per tutte la meraviglia del cielo notturno. E pensare che, in fondo, a volte basterebbe poco, solo rispettare le regole per i limiti imposti riguardo l’illuminazione urbana. Il menefreghismo, il benaltrismo e la procastinazione sono ciò che stanno rendendo il problema sempre più importante.

Ho scritto questo post e scattato queste foto per ricordare a tutti che, anche se non si tratta di una questione di vita o di morte, di arrivare a fine mese, comunque rappresenta un problema che ci tocca affrontare perché riguarda il nostro essere umani, la nostra storia culturare. Evitare di occuparsene, nel breve termine, probabilmente non importerà a nessuno. Ma nel lungo termine il problema potrebbe essere più importante di quello che siamo portati a pensare ora; ci potrebbero essere generazioni di ragazzi che vedranno il cielo stellato poche volte nella loro vita. Vista la storia dell’umanità, probabilmente questo non è un bene.

Ma, prima o poi, dovremo fare i conti anche con tale questione. Oppure, semplicemente, dovremo tutti andare in Molise una volta all’anno, almeno, per ricordarci come è fatto il cielo notturno.

Un anno di Dark Energy Survey

Questa settimana la Dark Energy Survey ha reso pubblici i dati del primo anno di osservazioni. Potevo non parlarne? Appunto, quindi eccoci qua.
La Dark Energy Survey (acronimo DES) è una collaborazione internazionale tra astrofisici che cerca di capirci qualcosa sull’energia oscura e in generale su come è fatto l’universo.

Cos’è l’energia oscura, in parole povere? La teoria della relatività generale di Einstein, così come fu concepita originariamente, prevedeva un universo in espansione rallentata. Infatti, le galassie che si espandono, lo fanno sempre più lentamente a causa della reciproca attrazione gravitazionale; in pratica è come se la gravità frenasse le galassie. Fin qui tutto, bene. Anzi no, perché nel 1998 fu scoperto che l’espansione dell’universo non è affatto rallentata, bensì accelerata. La “colpa” di questa accelerazione è stata affibbiata a quella sostanza di cui non sappiamo assolutamente nulla e che chiamamo “dark energy”, cioè energia oscura.

Quello che sappiamo, e lo sappiamo per esempio dalla radiazione cosmica di fondo a microonde e dalle supernovae, è che l’energia oscura consiste nel 70% circa di ciò che c’è nell’universo. Ovvero, viviamo in un universo di cui ignoriamo cosa sia la roba che maggiormente lo riempie.
Tutto ciò che vediamo con i nostri occhi e con i nostri telescopi sono stelle, materia che emette luce, detta anche materia barionica. Ecco, la materia barionica è soltanto un misero 5% di tutto quello che c’è nell’universo. Per inciso, poi, il resto (circa il 25%) è materia oscura, un’altra roba di cui sappiamo poco o nulla, come il Molise insomma.

Il punto è che comunque ci sono abbastanza ragioni per ritenere che la materia oscura sia comunque una forma di materia, magari qualche tipo di particella che ancora non abbiamo scoperto. Insomma, siamo abbastanza fiduciosi che prima o poi capiremo di che si tratta (dopo l’osservazione delle onde gravitazionali da parte di LIGO, qualcuno azzarda addirittura buchi neri primordiali…).

L’energia oscura invece no, non ne abbiamo la più pallida idea.

Sappiamo però tante cose. In questo modello di universo fatto di luce, materia barionica, materia oscura e energia oscura, le cose devono andare in un certo modo. Per esempio, la probabilità di trovare due galassie vicine deve dipendere per forza dall’abbondanza di materia e energia oscura, visto che queste due quantità sono determinanti per quanto riguarda l’espansione dell’universo.

Oppure il lensing gravitazionale. Ricordo di cosa si tratta: quando tra noi e le galassie lontane c’è della materia, l’immagine delle galassie lontane ci appariranno distorte, come quando si mette una lente tra i nostri occhi e un oggetto lontano. Ma non solo, immagini vicine avranno distorsioni in qualche modo correlate. Quindi, analogamente a ciò che si fa con la probabilità di trovare due galassie vicine, si può misurare, data l’immagine di una galassia distorta, qual è la probabilità di trovare, vicino a quella, l’immagine di un’altra galassia con un livello di distorsione simile.
Globalmente, tutto ciò dipende dal campo gravitazionale prodotto dalla materia che c’è tra noi e le galassie lontane. Ingenuamente, potremmo pensare che solo materia oscura entri in questo fenomeno. E invece no, pure l’energia oscura cambia le carte in tavola, visto che in fin dei conti determina il tasso di espansione dell’universo, e quindi il “livello di appiccicosità” delle galassie tra loro (scusate per l’esempio, come dire, romantico-adolescenziale).

Detto questo, torniamo a DES.
Come detto in apertura, la collaborazione DES ha reso pubblici i risultati delle osservazioni fatte durante il primo anno di raccolta dati. DES ha come strumento principale la Dark Energy Camera (DECam), un fantastico CCD, come quello delle macchine fotografiche ma molto più grosso e potente, montato sul telescopio Blanco di 4 metri di diametro che si trova sulle Ande in Cile. Eccolo qua, il telescopio Blanco:

DECam ha misurato correlazioni tra le posizioni e le distorsioni (delle immagini) di circa 26 milioni di galassie. Correlando, correlando (e abbiamo visto prima perché si correla), i risultati che sono venuti fuori e sono stati confrontati con vari modelli di universo in cui abbiamo, appunto, luce, materia barionica, materia oscura ed energia oscura. In particolare, i vari modelli hanno dei parametri, uno per esempio che dice quanta materia oscura c’è, uno per l’energia oscura, e così via. Tramite le misure, lavorando con un po’ mezzi statistici, si ottengono delle stime sul valore di questi parametri, con tanto di incertezze, ovviamente.

Cos’è venuto fuori? È venuto fuori che le incertezze ottenute con DES sono molto simili alle incertezze ottenute con osservazioni astrofisiche molto più navigate come la radiazione di fondo a microonde. Per quanto riguarda le stime dei valori dei parametri, qualche discrepanza c’è. Per esempio, per due parametri molto rappresentativi (cosa su cui sorvoliamo perché non è questo il punto che ci interessa ora) accade questo:

La chiazza blu rappresenta l’area dove potrebbero finire le stime dei due parametri indicati sugli assi con i dati di DES del primo anno; la chiazza verde mostra la stessa cosa per i dati di Planck, cioè con i dati della radiazione cosmica di fondo a microonde. La chiazza rossa, infine, mostra cosa Planck e DES possono fare insieme, mano nella mano (più o meno). Come vedete, l’area delle chiazze blu (solo DES) e verde (Planck) sono molto simili; questo mostra proprio quanto DES sia competitivo con Planck riguardo l’incertezza sulla stima dei parametri (ovviamente c’è tutta una questione tecnica di metodologia per la quale rimando all’articolo scientifico originale – link alla fine di questo post).

Quando si guarda questo grafico, oltre a notare le ovvie differenze, bisognerebbe anche ragionare come segue.
La radiazione cosmica di fondo è una luce che proviene da molto indietro nel tempo, circa 380 mila anni dopo il Big Bang. DES invece usa le galassie, quindi qualcosa di relativamente recente, sicuramente più recente della radiazione di fondo.
Inoltre, per studiare la radiazione di fondo, si deve usare le frequenze della luce a microonde osservata per risalire alla distribuzione di materia oscura nell’universo; con DES invece si osserva la materia barionica, cioè le galassie, e da quelle si risale alla distribuzione di materia oscura nell’universo. Poi, all’epoca della radiazione di fondo, le cose erano molto più semplici, la gravità non aveva ancora fatto collassare un bel niente e l’universo era molto omogeneo. L’universo che studia DES invece è pieno di ammassi di galassie, quindi strutture che hanno messo insieme le galassie; si tratta delle strutture formate più di recente nell’universo, visto che per averle abbiamo dovuto attendere la formazione prima delle stelle, poi delle galassie e infine degli ammassi, appunto.

Insomma, tutto sommato, il fatto che due esperimenti (Planck e DES) che usano dati abbastanza diversi offrano stime molto simili è un fatto parecchio interessante e incoraggiante. Certo, anche guardando altre osservazioni astrofisiche, le “tensioni” (cioè le discrepanze tra le stime dei parametri) restano, soprattutto per quanto riguarda la misura della costante di Hubble (per esempio, date un’occhiata all’ultimo paragrafo di questo post).

Per il momento, purtroppo, non abbiamo potuto scoprire nulla di più nè sull’energia oscura nè sulla materia oscura. DES andrà avanti a raccogliere ancora altri dati nei prossimi anni; i risultati del primo anno già mostrano che abbiamo tra le mani qualcosa di davvero potente per studiare l’universo, e le cose non possono fare altro che migliorare.

Questa è sicuramente l’epoca migliore per studiare astrofisica.
Ma, lasciatemelo dire, è anche probabilmente l’epoca migliore per scrivere un blog di astrofisica!

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Fonti
L’immagine della DECam è stata presa dal sito ufficiale di DES: https://www.darkenergysurvey.org/the-des-project/instrument/
Il grafico è stato preso dall’articolo scientifico originale della collaborazione DES (figura 10): http://www.darkenergysurvey.org/wp-content/uploads/2017/08/kp_for_submission.pdf