Se c’è una cosa che sappiamo tutti è che non bisogna MAI guardare direttamente il Sole: la nostra vista potrebbe essere compromessa da ciò. Gli occhiali da sole sono un minimo filtro, vero, ma per guardare direttamente quella sfera calda e infernale che è la nostra stella sarebbe meglio indossare filtri appositi. Tuttavia, nel 2020, la tecnologica ci permette di guardare uno dei posti più roventi che conosciamo nel nostro vicino universo, addirittura semplicemente guardando un video. Vediamo come.

Il Sole è una palla fatta da un mare di particelle cariche elettricamente (questo mare è detto plasma) e circondata da un campo magnetico.

La cosa non deve soprendere: le particelle cariche, per il solo fatto di essere cariche generano un campo elettrico; poi, se si muovono, allora generano un campo magnetico. Quindi a seconda di come si muove, il plasma modifica le caratteristiche del campo magnetico, siccome è proprio il plasma a generarlo.

Un campo magnetico è qualcosa che conosciamo tutti: prendiamo una calamita e spargiamo della limatura di ferro tutto attorno. Che cosa succede? La limatura si distribuisce in un modo tale da creare delle linee, dette linee del campo magnetico, che vanno dal polo nord al polo sud della calamita.

Possiamo immaginare il Sole come una grossa calamita spaziale: se spargessimo della limatura di ferro attorno al Sole, essa si distribuirebbe proprio seguendo l’intensità del campo magnetico attorno al Sole.

Fin qua tutto bene. Ma le calamite sono oggetti solidi, stabili. La superficie del Sole è invece composta da un plasma che sembra bollire, in continuo movimento. Queste cariche elettriche in moto modificano continuamente la struttura del campo magnetico del Sole (cioè le linee del campo magnetico, per capirci). Queste linee addirittura possono intrecciarsi, aprirsi e fare altri giochi strani.

Quando questi fenomeni accadono, le particelle che si trovano nei pressi della superficie solare, come la limatura di ferro, non fanno altro che accodarsi e seguono la nuova struttura delle linee del campo magnetico. Spesso, quando tutto questo accade, tempeste di particelle cariche sono scagliate verso i pianeti del Sistema solare e quindi, per quanto concerne noi, verso la Terra. Non solo si formano aurore polari molto intense, ma a volte le telecomunicazioni sul nostro pianeta possono subire dei danni. Ciò che voglio cercare di dire è che è importante studiare l’interazione tra plasma e campo magnetico solare nel maggiore dettaglio possibile.

Ed ecco che entra in gioco, a questo punto della storia, il telescopio solare Daniel K. Inouye, dal nome di un senatore americano che non è più tra noi.

Il telescopio Inouye si trova alle Hawaii (dove, tra l’altro, qualcuno protesta contro la costruzione di nuovi telescopi, ma vabbè) ed è il più grande osservatorio solare sulla Terra. Questo telescopio con uno specchio di 4 metri di diametro, e con la tecnologia dell’ottica adattiva, è in grado, dalla Terra, di avere una risoluzione incredibile, superando tutti i problemi dovuti alla turbolenza atmosferica. E, giusto per mettere in chiaro le cose, in questi giorni la collaborazione al lavoro al telescopio Inouye ha reso pubbliche le prime immagini ottenute con questo strumento della superficie del Sole.

E niente, lascio giudicare a voi, che intanto io sono ancora a bocca aperta.

Sbalorditivo, sembra uno strato di riso soffiato caramellato (che buono!).

Questo video mostra con una capacità risolutiva pazzesca, a velocità aumentata, che cosa succede in 10 minuti sulla superficie del Sole. Come vedete il plasma ribolle, si muove, si agita. Questo video mostra uno spicchio di 30 km di superficie del Sole: pensate, per fare un confronto e capire la potenza del telescopio Inouye, che il diametro del Sole misura 1,4 miliardi di km. E questo è solo il primo assaggio di ciò che il telescopio Inouye può fare. Poffarbacco.

Questi movimenti del plasma da studiare sono tutto ciò che vogliono gli astrofisici. In generale noi creiamo dei modelli per quando riguarda il funzionamento del Sole: siccome non possiamo guardarci dentro, ipotizziamo che accadano certi fenomeni all’interno del Sole, in grado poi di produrre (sempre secondo le nostre ipotesi) degli effetti misurabili in superficie. A quel punto prendiamo un telescopio e andiamo a misurare dei dati per poi confrontarli con le nostre teorie.

I dati del telescopio Inouye ci costringono a creare modelli sempre più dettagliati, locali e precisi. Naturalmente, non è che buttiamo i modelli vecchi: i nuovi modelli locali devono essere in grado, se approssimati, di essere compatibili con i modelli su scala maggiore. Comunque sia, l’obiettivo è sempre quello: studiare il plasma ad alta risoluzione e confrontare modelli teorici e dati per capire meglio come funzionano il Sole e il suo campo magnetico.

Devo dire che è abbastanza impressionante avere a disposizione immagini di questo tipo: le stelle sono i mattoncini fondamentali di tutto l’universo, si formano ovunque, continuamente, illuminano l’universo e al loro interno avvengono massicci fenomeni di fusione nucleare. Sapere che dalla cima di una montagna del nostro pianeta siamo in grado di raggiungere un posto così infernale, magari stando seduti su una comoda sedia girevole, è un confortante indicatore che l’astronomia abbia davvero fatto passi da gigante.

Questa nella foto è la nebulosa Trifida, si trova a 5000 anni luce da noi e in cielo può essere localizzata nella costellazione del Sagittario.

Trovarla non è difficile: bisogna guardare verso sud, trovare la stella Antares (la gigante rossa della costellazione dello Scorpione) e poi da lì arrivare fino alla nebulosa Trifida.

Anche se non sembra dallo screenshot qui sopra, la nebulosa Trifida occupa una porzione di cielo grande quasi come la Luna. Si vede molto bene in questa immagine in cui la nebulosa e la Luna sono sovrapposte in modo artificioso.

Cerchiamo di capire ora che cosa accade in questa nebulosa.

Innanzitutto, la regione cosmica della nostra galassia in cui si trova la nebulosa Trifida è una regione di formazione stellare. Le stelle si formano quando c’è del gas (cioè idrogeno neutro) freddo. Il gas ha una certa massa e quindi tende a collassare su se stesso per colpa della gravità; se il gas ha una temperatura alta allora magari la velocità delle particelle riesce a evitare il collasso, ma se la temperatura è bassa allora è tutto più facile.

Quando la nube di gas collassa, poi, difficilmente si forma soltanto una stella: di solito si formano gruppi di stelle di massa diversa. Le stelle più grosse sono anche le più calde: questo perché le stelle sono palle in cui vige il bilancio tra pressione del gas e peso del gas e tutta la baracca si tiene sù.

Per capire meglio questa faccenda, consiglio il seguente video.

Più è grossa la baracca, più grande deve essere la pressione del gas che la tiene in piedi. E per avere una grande pressione bisogna anche bruciare più gas e più velocemente. Risultato: le stelle più grosse sono le più calde e hanno una vita breve (qualche centinaio di milioni di anni, rispetto ai miliardi di anni delle stelle di piccola taglia). Inoltre, il fatto che siano più calde le fa anche illuminare di blu (mentre le stelle più fredde di solito sono gialle o rosse). Questo in realtà succede in tutte le nebulose in cui si formano stelle.

Vediamo ora, nello specifico, i tre colori dell’immagine della nebulosa Trifida: blu, rosso e nero.

Partiamo dal nero, che in realtà indica semplicemente le nubi di polvere cosmica presenti nella nebulosa. Tra l’altro, le nubi di polvere sembrano dividere il cuore rosso della nebulosa in tre parti: ecco il motivo del nome Trifida. Sì, OK, il nome è un po’ pretestuoso, sono d’accordo. Del resto, abbiamo già visto all’opera gli astronomi con i nomi degli oggetti celesti e abbiamo capito che non è cosa.

Inoltre, la polvere blocca la luce delle stelle: in particolare placca quasi totalmente la luce di grande lunghezza d’onda (cioè rossa) e riflette la luce di piccola lunghezza d’onda (blu). Questo è il motivo della luce blu diffusa dalla nebulosa. Ciò accade a causa delle dimensioni dei grani di polvere: in pratica, la luce rossa (lunghezza d’onda maggiore) è come se scavalcasse la polvere e va via; la luce blu invece è diffusa in tutta la nebulosa.

Il rosso è la luce emessa dagli atomi di idrogeno. Che cosa succede? Succede che le stelle calde appena formate emettono luce blu/violetta. Questa luce ha proprio la frequenza giusta per eccitare gli elettroni degli atomi di idrogeno, i quali acquistano quindi energia assorbendo questa luce. Quando poi, in un secondo momento gli elettroni tornano allo stato normale dentro l’atomo di idrogeno, ecco che emettono un bagliore di luce rossa.

Come abbiamo visto, le nebulosa non sono solo uno spettacolo per gli occhi ma sono anche strapieni di fenomeni fisici interessanti.

E poi, lasciatemelo dire, a me i colori delle nebulose piacciono troppo per un motivo forse banale: sono i colori della mia squadra del cuore, il Campobasso.

La sonda NASA MAVEN è in orbita attorno a Marte e studia l’atmosfera del pianeta rosso. Infatti, MAVEN è l’acronimo di Mars Atmosphere and Volatile Evolution non per caso (in inglese maven vuol dire esperto).

Sappiamo già che l’atmosfera di Marte è molto rarefatta, anche a causa della gravità bassa di Marte. Se vogliamo, la gravità è la protagonista dal basso dei problemi dell’atmosfera di Marte. Tuttavia c’è anche un protagonista dall’alto: il vento solare, ovvero il flusso di particelle cariche che proviene dal Sole.

Sulla Terra il vento solare interagisce con il campo magnetico terrestre prima e l’atmosfera poi e produce le aurore, uno spettacolo sensazionale. Su Marte accade qualcosa di simile? Quasi.

Nel senso che sulla Terra, le particelle cariche che producono le aurore sono principalmente gli elettroni provenienti dal Sole. Su Marte invece i responsabili possono essere anche i protoni provenienti dal Sole. Ma vediamo bene che cosa succede perché è un po’ diverso da ciò che succede sul nostro pianeta.

Un’aurora mai vista prima

Un nuovo tipo di aurora su Marte è stato scoperto nel 2015 grazie al satellite MAVEN. La scoperta è avvenuta grazie a due strumenti a bordo di MAVEN: l’Imaging UltraViolet Spectrograph (IUVS) che misura la luce ultravioletta dall’atmosfera marziana e il Solar Wind Ion Analyzer (SWIA) che misura i protoni del vento solare che arrivano su Marte. Siccome in concomitanza di una misura di luce ultravioletta con IUVS si aveva anche un picco di protoni solari con SWIA, allora alla fine si è capito che le due cose erano collegate.

C’era però qualcosa che non tornava: infatti, queste nuove aurore marziane non si osservano solo ai poli come sulla Terra. Sul nostro pianeta questo è dovuto al fatto che le particelle cariche del vento solare sentono la presenza del campo magnetico e quindi subiscono quella che si chiama forza di Lorentz: in sostanza, il campo magnetico guida le particelle verso i poli e là avvengono le aurore.

Il fatto che su Marte le aurore non siano esclusiva dei poli in parte è dovuto al fatto che il campo magnetico marziano non sia poi questo granché (è una specie di residuo diciamo); ma vuole anche dire che questi protoni in qualche modo eludono quel poco che c’è di campo magnetico marziano. Siccome il campo magnetico agisce solo su particelle cariche, allora i protoni provenienti dal Sole hanno solo un modo per farla franca: accoppiarsi con degli elettroni e formare atomi di idrogeno, cioè particelle globalmente neutre dal punto di vista della carica elettrica.

A questo punto, superato l’ostacolo del campo magnetico, gli atomi di idrogeno appena formati collidono con l’idrogeno già presente nell’atmosfera marziana e generano luce ultravioletta (che non possiamo vedere con i nostri occhi, ma va beh), proprio quella osservata da NASA MAVEN. E l’aurora che si forma è chiamata aurora di protoni, proprio in virtù del meccanismo che vi ho descritto.

Le aurore e l’acqua marziana

OK, tutto questo è meraviglioso: ma come possiamo usarlo per capire l’evoluzione dell’atmosfera di Marte?

Di nuovo protagonista assoluto è il satellite MAVEN: i recenti dati del satellite, targati 12 dicembre 2019, ci dicono che i periodi di più intensa attività di queste aurore di protoni marziane corrispondono proprio ai periodi in cui Marte disperde più atmosfera.

Il punto è che il Sole ha colpe ben più gravi di quelle di spedire pacchi di protoni su Marte. Infatti, la luce ultravioletta proveniente dal Sole, combinata con la perdita di atmosfera marziana, (soprattutto in passato, vista la situazione odierna…) è penetrata a quote atmosferiche dove c’era l’acqua: questo fenomeno ha spaccato le molecole d’acqua negli atomi costituenti, cioè idrogeno e ossigeno.

Quindi, la stragrande maggioranza di idrogeno presente nell’atmosfera marziana, con cui va poi a collidere il novello idrogeno che si forma dal vento solare, è idrogeno che una volta era parte di molecole d’acqua. Più aumenta il tasso di distruzione di acqua e fuga dell’atmosfera marziana, più aumenta la quantità di idrogeno pronta a fare da bersaglio, maggiore è quindi la produzione delle aurore di protoni.

Questa nuovo tipo di aurora scoperto di recente su Marte può essere allora usato come strumento per capire come sia cambiata l’atmosfera marziana nel tempo. Inoltre, si tratta di un fenomeno che ora andrà incluso in tutti i modelli teorici volti a replicare le condizioni che caratterizzano Marte. A quanto pare si tratta di un importante ingrediente per quanto riguarda lo studio sia del passato sia del futuro del pianeta rosso.

Il Molise è una regione italiana davvero minuscola. Ci sono circa 300 mila abitanti, praticamente quasi la metà della popolazione di Bologna, la città in cui vivo e lavoro attualmente.

Tuttavia, si tratta di una regione meravigliosa: anche il New York Times ha inserito il Molise tra le migliori mete da visitare nel 2020, pensate un po’. E io ci che ci sono nato e vissuto e spesso torno a mangiare pallotte cacio e uova, ventricina, pampanella e “Sua Maestà” il caciocavallo non posso fare altro che confermare, ovviamente.

Ma evidentemente il Molise è terra fertile non solo per la sua bellezza naturalistica e per il cibo. Il Molise è terra fertile anche per l’astrofisica, nonostante l’esigua popolazione: a parte me (che vabbè, ora faccio altro) con il dottorato in astrofisica, c’è anche un altro mio amico, addirittura sempre del mio stesso paese (Fossalto, 1200 abitanti) sempre dottorato e ricercatore. Poi conosco almeno un altro astrofisico molisano che ormai però si è trasferito da anni in nord Italia a studiare l’universo primordiale.

E poi, arriviamo alla notizia di questo post, c’è anche Fabio del Sordo, di Campobasso, è un astrofisico ora all’Università di Creta che si occupa di pianeti extrasolari, cioè dello studio di altri mondi al di fuori del Sistema solare. Tra l’altro ho scoperto che abbiamo pure frequentato la stessa scuola (e gli stessi professori!), anche se ad anni di distanza: il liceo scientifico A. Romita di Campobasso.

Fabio del Sordo ha comunque avuto una carriera (circa 4,2) anni luce più brillante della mia (che ho invece abbandonato la ricerca) e mi sembra giusto dunque parlarne qui su questo mio piccolo blog denso di molisanity da sempre. Fabio Del Sordo ha infatti scoperto, insieme al suo collega Mario Damasso, un pianeta attorno a Proxima Centauri, la stella più vicina al Sole. Appunto, a 4,2 anni luce di distanza da noi.

Il nuovo pianeta si chiama Proxima Centauri c, e fa seguito alla scoperta di qualche tempo fa di Proxima Centauri b, un pianeta di tipo roccioso.

Del Sordo e Damasso hanno ri-analizzato i dati che hanno portato alla scoperta di Proxima b e hanno trovato una possibile evidenza dell’esistenza di un ulteriore pianeta, Proxima c appunto, che avrebbe una massa minima di circa 5 volte la massa della Terra e che impiegherebbe circa 5 anni (terrestri) a fare un giro completo attorno alla sua stella (cioè Proxima Centauri). Il metodo di scoperta di questo nuovo pianeta, che è poi lo stesso usato per Proxima b, è quello delle velocità radiali: il moto di un pianeta perturba anche il moto della sua stella un pochino.

Questo moto della stella può essere misurato con lo stesso principio con cui funziona l’autovelox per le automobili. La luce che noi osserviamo provenire dalla stella cambia frequenza a seconda che si avvicini o si allontani da noi lungo la nostra linea di vista: questo cambio di frequenza della luce è misurabile e ci permette di stimare la velocità della stella. Se l’effetto è grande, allora sarà grosso anche l’esopianeta che lo causa. Anche qui, si osservano i dati e poi si trova un modello in grado di riprodurre ciò che si è osservato. Il primo esopianeta scoperto nel 1995 fu trovato proprio grazie a questo sistema.

Oltre a questi dati sulle velocità radiali, sono stati usati anche i dati molto precisi del satellite ESA Gaia, il quale misura molto bene le posizioni degli oggetti celesti della nostra galassia. Senza i dati di Gaia non si sarebbe scoperta l’anomalia nella velocità della stella Proxima Centauri e quindi niente possibile scoperta del nuovo pianeta Proxima c. Un’altra conferma del fatto che saper mappare l’universo (sia con posizioni, sia con distanze) è un aspetto cruciale della ricerca astrofisica.

Perché, appunto come dicevo, mettendo insieme tutti i dati, compresi quelli di Gaia, è saltata fuori un’anomalia nella velocità della stella Proxima Centauri. All’inizio si è pensato che l’anomalia fosse dovuta alla presenza di qualche attività stellare intrinseca; poi, alla fine, si è capito che quei dati potessero essere l’indizio della presenza di un nuovo pianeta, Proxima c.

Una roba interessante nell’articolo di Damasso e Del Sordo è che si parla di una precedente osservazione della stella Proxima Centauri fatta con ALMA, un complesso di antenne radio in grado di osservare sorgenti astrofisiche con elevata risoluzione. ALMA ha osservato una qualche sorgente sconosciuta attorno a Proxima Centauri: è quella Proxima Centauri c? Per ora non lo sappiamo, ma i futuri dati di ALMA forse potrebbero essere utili per confermare proprio la scoperta di Damasso e Del Sordo.

I nuovi dati saranno fondamentali: infatti dovete pensare che per ora si parla di pianeta candidato perché bisogna capire bene le caratteristiche di Proxima c. Dati migliori e in gran quantità saranno in grado di vincolare meglio i modelli teorici e quindi capire per bene la massa di Proxima c e fare un pensierino sul capire come questo sistema planetario si sia formato ed evoluto.

Proxima Centauri e i suoi pianeti si trovano a 4,2 anni luce da noi. Una piccola stella del nostro vicinato galattico ma piena di sorprese.

Insomma, dai, come il Molise. Le pallotte cacio e uova, la ventricina, la pampanella e il caciocavallo fanno bene, a quanto pare. Come diceva il mitico indimenticabile Fred Bongusto, “Molise, pozz’ess’accis!”