Categoria: Astrofisica per tutti Pagina 2 di 21

Una galassia ad anello (non) è per sempre

Questa galassia fu scoperta nel 1950 da Arthur Hoag. All’inizio non si capiva bene se fosse una galassia o se fossero due. Certo è che c’è una zona rossiccia al centro fatta di stelle vecchie (e rosse), un anello pieno di gas e polveri in cui si formano stelle nuove (anche giovani e blu), uno spazio in mezzo in cui c’è poco o nulla.

Se vi state chiedendo come si sia formata questa galassia, ho la risposta: boh!
Nessuno lo sa. Riteniamoci già abbastanza fortunati perché vediamo là galassia di faccia e non di taglio, altrimenti non avremmo mai potuto godere dello spettacolo di questo oggetto così peculiare.

Ma c’è di più: nell’immagine, a circa ore sette, in basso a sinistra nello spazio tra il centro giallo e l’anello blu, avete visto che cosa c’è? Proprio così: un’altra galassia ad anello, pure quella vista di faccia.

L’universo è pazzesco, c’è poco da fare.


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Una galassia e i fiori di zucca

Questa foto astrofisica è pazzesca. Anzi no: questa foto è come un fiore di zucca, con tutte quelle bellissime sfumature di colore. Qui, nella foto, ciascun colore ci parla di differenti fenomeni fisici in atto.

La galassia si chiama M101 e ciò che vedete, in realtà, è una sovrapposizione di diverse immagini ottenute con telescopi diversi.
La parte giallorossa è stata ottenuta con i telescopi spaziali Hubble e Spitzer, che misurano la luce rossa e infrarossa. Le stelle meno calde (3000 °C- 5000 °C), piccole e più avanti con l’età (qualche miliardo di anni) hanno questo colore.
La parte blu è stata ottenuta con i dati del Galaxy Evolution Explorer, che misura la luce blu-ultravioletta. Le stelle molto calde (anche più di 20 mila °C), molto grandi e giovani (qualche centinaio di milione di anni) hanno questo colore.
Poi c’è la parte più scoppiettante, in viola. Sono i dati del telescopio spaziale Chandra, che misura i raggi-X da fenomeni tipo stelle di neutroni, buchi neri e grosse stelle che esplodono. La cosa più interessante è che la distribuzione dell’emissione di raggi-X segue la struttura dei bracci di spirale; questa cosa non deve sorprendere, perché nei bracci abbiamo detto che si formano le stelle più grosse e calde, che sono quelle che esplodono in supernovae e formano poi proprio stelle di neutroni o buchi neri.

Vedete, se osservassimo una galassia solo con la luce visibile anche ai nostri occhi allora ci perderemmo una grandissima quantità di informazioni. Ma il punto non è solo la perdita di informazioni, quanto piuttosto il quadro d’insieme che salta fuori e che dà un senso più compiuto a tutta la fisica in gioco nelle galassie.

Ah, dimenticavo: tutto questo ragionamento l’abbiamo fatto, senza alzare gli occhi dallo smartphone o dal computer, riguardo una galassia a circa 25 milioni di anni luce da noi. La foto che vedete mostra quindi com’era la galassia 25 milioni di anni fa, quando sulla Terra ancora nessuno aveva mai neanche provato non dico a riempirli con la mozzarella, ma proprio neanche provato mai a friggerli, i fiori di zucca. Che brutti tempi quelli, signora mia, non mi ci faccia neanche pensare.


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Un universo in crisi alla prima curva

Valentino Rossi è uno dei motociclisti più forti in curva che io abbia mai visto: riesce a recuperare terreno nei confronti dei suoi avversari proprio grazie alla sua incredibile capacità di staccare all’ultimissimo secondo prima di virare.

Lo studio dell’universo è proprio come un gran premio di motociclismo: tutti sperano ci sia un’ultima curva e poi il rettilineo finale, invece le curve non finiscono mai. Non solo: le curve arrivano anche a seminare discrepanze in un mondo già pieno di discrepanze di suo. Che poi il problema non è mica avere le discrepanze, anzi. Il problema è proprio capire perché queste discrepanze non si riescono a capire.

I like the smell of curvature in the morning

Il 5 novembre 2019 è uscito un articolo di Eleonora Di Valentino, Alessandro Melchiorri e Joseph Silk in cui si sono analizzati (di nuovo) i dati della radiazione cosmica di fondo raccolti dal satellite ESA Planck. Il titolo dice già molto: “Planck evidence for a closed universe and a possible crisis for cosmology“. Ahia.

ArXiv:1911.02087

Ma come, l’universo non era piatto? Questo è ciò che ci racconta il modello standard della cosmogia, il modello LCDM (Lambda Cold Dark Matter, cioè quello con energia e materia oscura). Questo modello è fatto di parametri che vanno incrociati con i dati per ottenere le migliori stime possibili dei parametri stessi.

E poi, perché è così importante che l’universo sia piatto? La storia è un po’ lunga e, verosimilmente, iniziata 13,7 miliardi di anni fa: all’epoca l’universo dovrebbe aver avuto una fase di espansione accelerata chiamata inflazione. Il condizionale è d’obbligo, visto che non abbiamo al momento avuto modo di verificare ciò. Tuttavia l’inflazione è una teoria fenomenologica, cioè spiega qualcosa che effettivamente osserviamo nei dati della radiazione di fondo (per esempio, la piattezza dell’universo).

Capite subito quindi che se l’universo non fosse piatto ma curvo, allora anche l’inflazione sarebbe un po’ da rivedere, non solo il modello standard LCDM. Insomma, un vero e proprio casino. Ma è davvero così brutta la situazione descritta dall’articolo di Di Valentino, Melchiorri, Silk? La risposta è nì. Vediamo perché.

L’analisi di Di Valentino et al. ha messo a confronto un modello simulato piatto di universo (quindi un modello vincolato) con un modello in cui i parametri LCDM sono stati invece lasciati liberi di variare rispetto ai dati della radiazione cosmica di fondo. Il risultato è stato questo qua.

In orizzontale c’è il parametro che indica quanto l’universo è curvo; in verticale c’è la probabilità (rispetto alla probabilità massima) che un dato valore di curvatura (letto in orizzontale) sia misurato. La curva blu si riferisce al modello piatto simulato (e infatti si ha un valore in verticale uguale a 1 in corrispondenza di curvatura uguale a 0); le altre curve si riferiscono alla nuova analisi di Di Valentino et al. dei dati di Planck 2018 con parametri liberi. La curva verde si riferisce all’analisi con parametri liberi dei dati di Planck 2015: come vedete i dati di Planck hanno sempre preferito un modello di universo curvo. (Crediti: ArXiv:1911.02087)

Nella didascalia ho spiegato tutto, in particolare il punto finale: i dati di Planck preferiscono modelli di universo con curvatura non nulla. Certo, stiamo parlando di una curvatura pari a -0,04 anziché 0; ma ciò che più importa non è il picco dei singoli grafici, bensì quanto siano larghi e, come vedete, sono abbastanza distanti (qualunque cosa voglia dire statisticamente, per ora non ce ne preoccupiamo) da dire che forse un problema esiste.

Meglio curvo che piatto?

Ma allora perché non prendiamo semplicemente atto che l’universo è curvo secondo la radiazione di fondo? Innanzitutto, gli stessi autori Di Valentino et al. fanno notare che potrebbe esserci qualcosa di errato nei dati, non si sa mai, e questa cosa va investigata più in dettaglio.

Inoltre, c’è un’altra grossa discrepanza in cosmologia e che preoccupa parecchio gli astrofisici: la stima del valore della costante di Hubble. Se prendiamo diverse osservazioni indipendenti (quindi non soltanto la radiazione di fondo, ma anche per esempio le supernovae di tipo Ia) saltano fuori diverse stime della costante di Hubble. Tenendo però per buono che valga il modello LCDM. Dato il lavoro di Di Valentino et al. si potrebbe pensare che magari bisogna usare un modello di universo curvo e non piatto come invece è il LCDM. Proprio gli stessi Di Valentino et al. hanno provato a battere questa strada e il risultato è stato questo.

Combinando diverse osservazioni indipendenti e assumendo un universo curvo non si risolve la discrepanza della stima dell costante di Hubble (H0). Anzi, quasi peggiora la situazione. (Crediti: ArXiv:1911.02087)

Come vedete, la discrepanza resta: non sappiamo se l’universo sia davvero curvo, ma anche se fosse, non è questa la soluzione al problema generale della combinazione di tutte le osservazioni cosmologiche attualmente a disposizione. Il mistero non solo resta, ma si infittisce pure.

Curvo all’improvviso o mai stato piatto?

Io lo so però che cosa vi state chiedendo: ma se già dal 2015 e poi nel 2018 i dati di Planck indicavano un universo (leggermente) curvo, perché continuiamo a parlare di universo piatto da anni? Vediamo che cosa c’era scritto nell’articolo del 2018 della Planck Collaboration:

Fonte: ArXiv:1806209

I numeretti ai lati indicano le barre di errore minime associate alla stima (che in questo caso è di una curvatura di -0,056). Ma allora è vero, sapevamo già tutto anni fa! Piano, andiamo avanti.

Fonte: ArXiv:1806209

Ci sono molte informazioni in questo spicchio di articolo, ma il succo è questo: la colpa è del lensing gravitazionale della radiazione cosmica di fondo. Cioè, la luce della radiazione cosmica, per arrivare sino a noi, attraversa tutto l’universo. E, nel farlo, incontra la materia, la quale curva lo spaziotempo. Quindi la luce della radiazione di fondo non viaggia diritta ma curva. Risultato: le strutture che vediamo nella radiazione di fondo sono deformate e/o ingrandite.

Non ci sono bicchieri nell’universo (oltre che sulla Terra), ma più o meno questo è l’effetto (esagerato, chiaro!).

Guardate la foto qui sopra: man mano che ci allontaniamo dal centro del bicchiere l’effetto di distorsione diminuisce. Infatti, il lensing gravitazionale della radiazione di fondo è particolarmente importante su piccole scale. Proprio qui, su piccole scale, è importante confrontare il modello teorico con i dati. Le analisi di Planck 2015 e 2018 trovano valori negativi per il parametro di curvatura quando si cerca più è alto l’effetto del lensing sulla radiazione di fondo.

I problemi però qui sono due: primo, i modelli devono funzionare bene anche su grandi scale; secondo, tutto deve essere confortato anche da altri tipi di osservazioni cosmologiche.

Infatti, proprio nell’articolo di analisi di Planck 2018 c’è questo grafico che mostra come, nonostante qualche pagina prima si fosse trovata una stima negativa per la curvatura, l’unione dei dati della radiazione di fondo con altre osservazioni spinge per una stima del parametro di curvatura che corrisponde a un universo piatto.

Diversi parametri a confronto (tra cui la curvatura, sull’asse orizzontale) combinando diverse osservazioni: radiazione di fondo, lensing, BAO (oscillazioni acustiche dei barioni). Come vedete, l’apporto dei dati BAO spinge fortemente per una curvatura uguale a zero.
Fonte: ArXiv:1806209

Quindi, alla fine, se non ci sono troppe discrepanze, allora possiamo dirci tutti d’accordo su un universo piatto, malgrado le preferenze dei dati di Planck? Diciamo che questa è la cosa più semplice da fare. Invece, direi giustamente, Di Valentino, Melchiorri, Silk hanno provato a scavare più a fondo e la loro ri-analisi dei dati ha infatti portato ad affermare con maggiore forza questo aspetto peculiare dei dati di Planck. Aspetto che magari nasconde qualcosa di nuovo da capire e che non deve essere messo sotto al tappeto, a quanto pare.

Sogno o ho bisogno di nuovi dati?

Ultima cosa da dire: è se tutta questa storia della curvatura fosse solo una fluttuazione statistica? Leggiamo direttamente la risposta data da Melchiorri a Marco Malaspina di Media INAF.

Insomma, meglio tenere gli occhi aperti su questa storia, come dice anche l’astrofisico Peter Coles nel suo blog.

E quali sono le future missioni che potrebbero aiutare a capire meglio? Sicuramente il telescopio spaziale Euclid, la missione ESA che ha come obiettivo proprio misurare la curvatura dell’universo, e poi anche da terra il Simons Observatory, il radio telescopio fatto appositamente per studiare la radiazione di fondo e situato nel deserto di Atacama in Cile.

Insomma, la crisi c’è e lo sapevamo già. È chiaro che risultati come questo gettino un po’ di panico nella comunità astrofisica. L’astrofisica vive continuamente fasi di questo tipo: l’importante è tenere la mente aperta a qualsiasi evoluzione. Non sempre è facile, gli astrofisici sono persone, discutono a volte anche intensamente su posizioni in bilico. Spesso gli attriti nascono anche dalla lotta verso fondi economici e posizioni di prestigio. Tuttavia, confido che il dibattito scientifico su questo tema della curvatura (e della costante di Hubble) porterà a un nuovo eccitante modo di vedere l’universo.


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La stella Betelgeuse sta per esplodere?

Risposta breve: sì. Risposta meno breve: sì, ma non sappiamo quando.

Ma c’è anche una risposta lunga, che consiste in questo post. Spero che riusciate a leggerlo in tempo prima che esploda tutto.

Parliamo di Betelgeuse, un attimo

Betelgeuse è una stella che si trova a circa 600 anni luce da noi. Visivamente si trova nella costellazione di Orione, in alto a sinistra.

Per la precisione, Betelgeuse è una stella gigante rossa. Non è stato sempre così: Betelgeuse è una stella che dovrebbe avere una massa tra le 10 e le 20 volte la massa del Sole. Questo è il primo dato importante: infatti, se una stella ha una massa di almeno 8 volte la massa del Sole, farà una fine esplosiva, diventerà una supernova. È ciò che ci aspettiamo per Betelgeuse. Ecco quindi perché la risposta breve alla domanda del titolo di questo post è sì.

Betelgeuse esploderà, ma no, non sappiamo quando accadrà. Ciò che possiamo fare è creare un modello di evoluzione stellare per Betelgeuse. La massa dovremmo conoscerla, il resto dei dati dovrebbe venire dalla luce che misuriamo provenire dalla stella. Ciò che misuriamo è un grosso guscio di polvere e gas che circonda Betelgeuse: questo vuol dire che Betelgeuse sta perdendo del materiale e i calcoli stimano che Betelgeuse stia perdendo una massa pari a circa il 3% della massa del Sole ogni diecimila anni.

Se siamo in questa fase di espulsione di massa, allora vuol dire che Betelgeuse non sta più bruciando idrogeno in elio nel suo nucleo come sta invece facendo il nostro Sole. Piuttosto, Betelgeuse dovrebbe star bruciando idrogeno in un qualche strano più esterno, verso la superficie della stella. In questo modo, gli strati più esterni sono spinti a espandersi e questo spiega, in breve, perché la stella stia perdendo massa.

Se mettiamo insieme tutti questi dati, che cosa salta fuori come previsione? Secondo i modelli che abbiamo, Betelgeuse dovrebbe esplodere in una supernova tra 100 mila anni minimo.

Che cos’è tutto questo agitarsi per Betelgeuse ultimamente?

I dati, sempre loro. A quanto pare è stato osservato un calo della luminosità di Betelgeuse. Questo potrebbe essere un indizio di una supernova in arrivo. Infatti, quando le reazioni nucleari nell’interno di una stella massiccia come Betelgeuse smettono di essere all’opera, allora nulla può fermare il collasso gravitazionale della stella su se stessa. Il collasso procede finché la temperatura e la densità non diventano così alta da innescare una gigantesca esplosione: la supernova, appunto.

E allora che cosa dicono questi dati recenti? Negli ultimi sei mesi la luminosità di Betelgeuse è calata di circa un terzo. È grave? Per quello che abbiamo detto sembrerebbe di sì; ma com’è la situazione se confrontata con gli anni precedenti? Vediamola.

Luminosità di Betelgeuse dal 1919 a oggi (dati AAVSO).

I dati, come vedete dal grafico, mostrano chiaramente che la variabilità di Betelgeuse non è una notizia: ci sono alti e bassi da cento anni minimo. Già, perché i primi segni di variabilità di Betelgeuse sono stati osservati addirittura nel 1836 da Sir John Herschel il quale poi scrisse: ” Le variazioni di Betelgeuse, che erano incontrovertibili e molto forti negli anni tra il 1836 e il 1840, negli ultimi anni sono diventate molto meno cospicue”.

Queste variazioni della luminosità di Betelgeuse sono poco chiare e, molto probabilmente, sono legate alla recente evoluzione stellare degli strati più esterni (un continuo espandersi e contrarsi di questi strati, per esempio).

Dal grafico sì, si vede che il calo recente è più importante di quello di qualche anno fa; ma si vede anche che ci sono stati cali simili qualche decennio fa. Insomma, non siamo di fronte a qualcosa di singolare.

Questo che vuol dire? Niente supernova? Come ho detto all’inizio, noi sappiamo già che Betelgeuse esploderà come supernova. Solo che non sappiamo quando. E gli ultimi dati non sembrano fugare i nostri dubbi riguardo al momento in cui arriverà l’esplosione. Per il momento, direi di stare tranquilli: non sembra esserci una supernova in arrivo così presto.

Sicuramente, osservare nei prossimi anni Betelgeuse esplodere in una supernova sarebbe un evento epico. Potremmo studiare un fenomeno del genere che avviene a una stella relativamente vicina. Per confronto, la supernova osservata nel 1987 si trovava a circa 168 mila anni luce. Così, per dire.

Qui Terra: dobbiamo preoccuparci?

Sten Odenwald, astronomo della NASA, ha fatto un conto per cercare di capire da che cosa sarebbe investita la Terra se ci fosse l’esplosione di Betelgeuse. Supponiamo che gli strati di gas espulsi dalla stella viaggino a 10 mila km/s: impiegherebbero 100 mila anni per arrivare da noi sulla Terra. Il flusso di particelle che ci investirebbe sarebbe di 100 mila protoni al secondo per centimetro quadrato; per confronto, il vento solare che arriva sulla Terra è composto da un flusso di particelle di 300 milioni protoni al secondo per centimetro quadrato che viaggia a 450 km/s.

La differenza dei due flussi legata alle differenze in velocità comporta differenze nella pressione esercitata nei due casi (supernova di Betelgeuse e vento solare). Sempre secondo Odenwald, il flusso derivante da Betelgeuse avrebbe una pressione dimezzata rispetto alla pressione esercitata dal vento solare: quindi non sono previsti danni al Sistema solare, tanto per farla breve.

In più, ci sarebbe anche un elevato flusso di raggi X proveniente da Betelgeuse in caso di supernova. Se per noi sulla Terra non sarebbe un problema perché protetti dalla meravigliosa atmosfera, i guai invece ci sarebbero eccome per astronauti o futuri esploratori spaziali.

Il vero segno rivelatore: i neutrini

La supernova del 1987 fu preannunciata dall’osservazione di 24 neutrini qualche ora prima dell’effettiva osservazione in cielo. In realtà, i neutrini prodotti in un evento di supernova sono molto di più: qualcosa tipo diecimila miliardi di miliardi di miliardi di miliardi di miliardi di miliardi di neutrini. Questo accade perché nelle ultime fasi del collasso di una stella massiva avvengono delle reazioni nucleari che rilasciano grandi quantità di neutrini. E meno male che la supernova del 1987 si trovava a 168 mila anni luce. Se ipotizzassimo un flusso simile di neutrini anche dalla futura supernova di Betelgeuse, allora considerando che il flusso partirebbe da 600 anni luce da noi, possiamo stimare di riuscire a osservare circa 2 milioni di neutrini! Sarebbe un fatto clamoroso per l’astrofisica e sarebbe quello il vero segnale che entro pochissimo tempo potremo osservare Betelgeuse esplodere, finalmente, ah.

Nell’attesa: let’s make some science!

Betelgeuse è una stella importante anche per un altro fatto: è una delle poche stelle, oltre al Sole, di cui abbiamo una vera foto. Questa qui.

Immagine di Betelgeuse, crediti: Xavier Haubois, Observatoire de Paris.

Le stelle infatti di solito sono così distanti che appaiono come puntini anche ai telescopi ottici più potenti. Per risolvere sorgenti molto piccole ci sono tre possibilità: 1) si usano telescopi davvero enormi, ma impossibili da costruire, oppure 2) si osserva a lunghezze d’onda maggiori, per esempio le onde radio, o ancora 3) si usa l’interferometria.

Per ottenere questa immagine qui sopra è stata usata l’interferometria ottica. Infatti, più che una foto, questa qui è una ricostruzione ottenuta combinando insieme i dati di più telescopi ottici.

In questo modo abbiamo potuto misurare le dimensioni di Betelgeuse e abbiamo scoperto che dentro Betelgeuse ci sta comodamente il Sistema solare fino all’orbita di Giove. Dall’immagine, poi, si vedono anche delle parti più brillanti di altre: queste potrebbero essere delle zone in cui è attiva la convezione, lo stesso fenomeno che fa risalire l’acqua in una pentola che bolle, solo che nel caso di Betelgeuse succede per il gas della stella. Questi punti di convezione sono brillanti perché più caldi del resto della stella, anche se, in totale, la temperatura media superficiale di Betelgeuse è di circa 3300 gradi (il Sole per confronto è 5500 gradi circa).

Con tutte queste informazioni e tutti questi sforzi per combinare insieme i dati da più telescopi possiamo fare quello che davvero piace fare agli astrofisici (e se seguite Quantizzando da un po’ già sapete di che cosa parlo): confrontare i dati con i modelli, in questo caso i modelli di evoluzione stellare.

Infatti noi dentro le stelle non ci possiamo guardare: facciamo un sacco di modelli fisici con cui proviamo a spiegare che succede dentro le stelle ma poi l’unica cosa che possiamo confrontare con le misure è ciò che accade sulla superficie. I nostri modelli devono essere in grado di riprodurre la situazione della superficie di una stella se vogliono essere considerati. Lo studio di Betelgeuse serve proprio a questo, a testare i modelli di evoluzione stellare su stelle diverse dal Sole (che comunque continuiamo a studiare senza sosta).

Per finire: l’esplosione di una supernova vicina, oltre a essere un evento clamoroso è anche un nuovo inizio. Gli atomi prodotti durante le ultime fasi del ciclo vitale di una stella massiccia e poi di una supernova sono tutti gettati nello spazio, nell’universo, e diventeranno i semi di nuovi sistemi stellari e nuovi sistemi planetari. E perché no, magari anche parte dei pezzi che compongono il vostro computer e il vostro smartphone da cui leggete questo post.


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È possibile trovare oceani su esopianeti lontani?

Il sogno di tutti gli appassionati di astrofisica è uno solo: scovare nuovi esopianeti simili alla Terra nella speranza che siano abitabili.

Un buon indicatore è sicuramente la presenza di oceani. Vi immaginate se scoprissimo un esopianeta pieno di oceani? Beh, non potremmo fare a meno di notare una certa somiglianza con la Terra, chiaro, oltre al fatto, per ora imprenscindibile, della presenza di acqua liquida in superficie.

Ma la domanda è: come si fa a scoprire se su un esopianeta lontano anni luce ci sono gli oceani?

Per beccare un oceano devi studiare la luce

Partiamo da un aspetto banale: sarebbe bello fare la foto a un esopianeta e capire se è un pallino blu come la Terra.

Dobbiamo però capire che, se tutto va bene (e non è detto), al massimo ci aspettiamo una roba tipo questa nella foto qui sotto.

La Terra vista da Saturno, in uno scatto della (fu) sonda Cassini (Crediti: NASA)

Quella indicata nella freccia qui sopra è la Terra.

Si vede che è blu? Bah, insomma. Ma non importa in realtà. La cosa interessante è che noi sappiamo benissimo che è blu e quindi possiamo fare così: possiamo studiare la luce della Terra da quella distanza e capire quali sono i tratti distintivi che caratterizzano la presenza di oceani visti da lontano.

Infatti la luce di un esopianeta è in realtà la luce che l’esopianeta riflette e diffonde dalla stella attorno a cui orbita. L’eventuale presenza di acqua si può riconoscere subito dall’analisi della luce misurata tramite un telescopio che magari ha a bordo pure uno spettroscopio.

Tre metodi classici

C’è un articolo scientifico del 2012 che fa un riassunto dei metodi che potremmo usare per scovare gli oceani sugli esopianeti lontani, tramite l’analisi della luce che i pianeti riflettono dalla stella attorno a cui orbitano.

Metodo 1: colori cangianti. La luce riflessa e diffusa dagli oceani è meno intensa e forma più colori rispetto alla luce riflessa dai continenti. Se si guarda un esopianeta ruotare per un tempo sufficiente allora queste caratteristiche dovrebbero essere ben visibili.

Metodo 2: polarizzazione. La luce è un’onda elettromagnetica, cioè un insieme di campi elettrici e magnetici che oscillano. Un’onda elettromagnetica polarizzata è un’onda i cui campi elettrici e magnetici oscillano in una particolare direzione precisa (così, per farla semplice). L’acqua degli oceani è in grado di polarizzare di più la luce a differenza dei continenti. C’è da dire che questo effetto potrebbe essere mascherato, in una certa misura, dalla presenza dell’atmosfera dell’esopianeta.

Metodo 3: riflessione speculare. L’acqua degli oceani potrebbe rendere l’esopianeta più brillante a causa della riflessione speculare, cioè il fenomeno per cui la luce è riflessa con lo stesso angolo con cui incide sull’acqua degli oceani. Quindi man mano che l’esopianeta orbita attorno alla sua stella ci possono essere delle variazioni della luminosità dell’esopianeta che indicherebbero la presenza di oceani. Questo metodo può essere in qualche modo ingannevole: la presenza di neve e ghiaccio nelle zone attorno ai poli di un esopianeta potrebbero simulare questo tipo di riflessione della luce. Ciò non vuol dire che questo metodo non si può usare, ma vuol dire che per usarlo bene bisogna sapere interpretare i dati bene (e si può fare, per esempio, studiando che cosa accade con la Terra vista da lontano).

Usiamo la Terra come se fosse un esopianeta

Come vi dicevo, la Terra è un ottimo esempio (anzi, è l’unico che conosciamo!) di pianeta nell’universo con oceani in superficie.

Quindi studiare come la Terra riflette la luce del Sole vista da lontano può essere utilissimo per creare un modello teorico di pianeta con oceani da confrontare poi con altri esopianeti sparsi nella galassia.

Per esempio, la Terra non ha solo gli oceani, ma anche i continenti: come cambia la luce riflessa dalla Terra durante un giorno? La risposta a questa domanda è stata cercata in un articolo scientifico del 2019.

E la risposta è questa.

Ecco come cambia la luce riflessa dalla Terra durante la rotazione del nostro pianeta, a seconda della frequenza della luce (Crediti: Lustig-Yaeger, 2019)

Ma non solo. Immaginate di osservare per un bel po’ di ore la Terra (magari senza nuvole) a circa 15 anni luce di distanza con un telescopio che ha uno specchio principale di 15 metri circa; e immaginiamo di misurare la Terra in diversi periodi dell’anno. Che cosa misureremmo? La risposta è sempre nello stesso articolo scientifico ed è questa qua.

La Terra vista da 15 anni luce di distanza, a frequenze di luce infrarossa, in due diverse posizioni mentre orbita attorno al Sole. Notate le barre d’errore come sono diverse nei due casi (Crediti: Lustig-Yaeger, 2019)

Con questi modelli in mano abbiamo la possibilità di iniziare la ricerca degli oceani su esopianeti lontani in modo molto concreto.

Il futuro è quindi azzurro?

Ma i telescopi che abbiamo a disposizione sono in grado di misurare queste variazioni in un esopianeta lontano?

Protagonisti dei prossimi anni saranno molti telescopi spaziali NASA: c’è il James Webb Space Telescope (JWST) quasi in rampa di lancio, e poi se tutto va bene anche i telescopi spaziali LUVOIR, Origins Space Telescope e HabEx. Ce la faranno questi telescopi a scovare gli oceani? Beh, James Webb, Origins, HabEx hanno tutti specchi sotto i 6 metri; però LUVOIR, dovrebbe avere proprio uno specchio con 15 metri di diametro e quindi possiamo aspettarci probabilmente grandi cose.

Capire come studiare l’eventuale presenza di oceani su esopianeti è quindi fondamentale per programmare al meglio le future missioni scientifiche spaziali. Certo, la presenza di nuvole su un esopianeta potrebbe complicare i modelli, ma una cosa è sicura: scovare un esopianeta con oceani sarebbe il vero grande salto di qualità verso la ricerca di nuovi mondi abitabili.

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