La nuova camera di Hubble continua a regalarci immagini di grande interesse. Ora è la volta della galassia nana NGC 4214: questa piccola galassia che brilla gagliarda di luce di stelle giovani, e nuvole di gas ionizzato, rappresenta un laboratorio ideale per le indagini sulla formazione delle stelle e sulla loro evoluzione.
Non è vero che le dimensioni contino… almeno, non in ambito astronomico! Consideriamo il caso di NGC 4214: una galassia piccolina, senza dubbio, eppure non le manca nulla. E’ dotata di ogni cosa che può interessare l’astronomo, dalle regioni calde di formazione stellare intensa, alle regioni con ammassi più vecchi, con tanto di stelle supergiganti rosse.
L’immagine acquisita con la Wide Field Camera 3 (WFC3) ci mostra una intricata trama di idrogeno ionizzato brillante, cavità di gas scavate da venti stellari, e ammassi stellari brillanti.
La cosa che forse colpisce maggiormente, è la grande cavità a forma di cuore, che occupa il centro dell’immagine. Dentro tale regione si trova un grande ammasso di stelle giovani, di grande massa, la cui temperatura superficiale può raggiungere i 50.000 gradi Celsius. Il fatto che non vi sia più gas nella regione ci dice che la formazione stellare – entro tale zona – è ormai inibita (cosa che non è vera in altre parti della galassia).
La galassia nana NGC4214 (Crediti: NASA, ESA and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration. )
NGC4214 ha molte ragioni per catturare l’attenzione degli studiosi. Intanto è abbastanza vicina a noi (10 milioni di anni luce non sono molti, per l’astronomo moderno). Posta nella costellazione Canes Venatici, la galassia presenta anche una rimarchevole varietà di stelle, nelle più diverse fasi evolutive. Niente di meglio per studiare “sul campo” le modalità specifiche della formazione e dell’evoluzione degli oggetti stellari, dunque. Giova anche che vi sia relativamente poca polvere interstellare tra noi e la galassia, il che rende le osservazioni ancora più accurate, e le misure più precise.
Il fatto che vi sia compresenza di stelle giovani con ambienti stellari sicuramente più antichi, ci insegna anche come la galassia debba essere stata interessata da diversi episodi di intensa formazione stellare, durante la sua evoluzione. La grande quantità di gas ancora “a disposizione”, poi, ci suggerisce come con ogni probabilità ce ne possiamo attendere di altri. Questa è un’altra evidenza che si aggiunge a supporto di un quadro per il quale galassie – ed anche ammassi globulari – presentano una storia di formazione stellare ben più complessa ed articolata di quanto si supponeva soltanto pochi anni fa.
Sono proprio casi come questo (merito di Hubble, ancora in ottimo stato) che ci insegnano che le teorie, per quanto indispensabili, spesso tendono a semplificare, e che la natura presenta una varietà che ci esorta senza sosta ad “allargare la mente” … è vero, vi sono più cose in cielo e in terra che nella nostra filosofia, e NGC2414 è lì a ricordarcelo!
L’antimateria fu ipotizzata diverse volte tra la fine del XIX secolo e i primi del XX, ma fu solo nel 1928 che il fisico Paul Dirac lavorando a una versione relativistica dell’equazione d’onda di Schrodinger scoprì che era necessario introdurre una nuova particella di carica opposta all’elettrone, un antielettrone o positrone, come poi sarebbe stata chiamata nel 1932 da Carl D. Anderson che la scoprì mentre analizzava le tracce dei raggi cosmici rilasciate in una camera a nebbia.
L’unica differenza reale che distingue una particella dal suo omologo opposto anti – per ogni particella conosciuta ne esiste una di segno opposto – è solo nella sua carica elettrica, l’elettrone ad esempio possiede la stessa massa a riposo e lo stesso spin di un positrone ma la carica elettrica è opposta. Lo stesso vale anche per i quark, stesso sapore e massa, ma con la carica frazionaria tipica di queste particelle fondamentali opposta. Così ad esempio l’antineutrone è composto da un antiquark up e due antiquark down, esattamente come il neutrone (1 quark up e 2 quark down), è anch’esso elettricamente neutro, ma rispetto alla particella ordinaria possiede un momento magnetico opposto (le cariche elettriche degli antiquark sono opposte).
A questo punto è chiaro che un universo interamente costituito da antiprotoni, antineutroni e positroni sarebbe altrettanto stabile quanto il nostro, che il segno anti a questo punto assume un titolo puramente convenzionale, giusto per distinguere le particelle dai suoi omologhi di carica elettrica opposta.
Anche se il termine antimateria incute paura in quanto un antiatomo che collide col suo omologo di materia ordinaria provoca l’annichilazione immediata dei due atomi convertendo interamente la somma delle loro masse a riposo in energia cinetica sotto forma di radiazione e altre particelle elementari – per questo non è possibile confinare e immagazzinare antiatomi elettricamente neutri – questa viene già usata comunemente in medicina: la tomografia a emissione di positroni (o PET dall’inglese Positron Emission Tomography).
Per finire, l’antimateria è stata scoperta formarsi sopra le nubi della nostra atmosfera, nelle fasce di Van Allen di Giove, e comunque in tutti i processi ad alta ed altissima energia.
Visto che l’antimateria immediatamente decade quando viene a contatto con la materia ordinaria, sorge spontanea una domanda: nella fase di bariogenesi, quando cioè la materia si è disaccoppiata dall’energia poco dopo il Big Bang, perché poi la materia con questa configurazione di carica elettrica di cui è composto l’universo che conosciamo è sopravvissuta all’annichilazione con la sua omologa di carica opposta?
È a questa domanda, e anche altre, che una collobarazione scientifica internazionale, che coinvolge 16 nazioni di tre continenti, 56 istitutizioni e 600 scienziati vogliono dare una risposta con uno strumento significativamente più evoluto della camera a bolle di Anderson, l’Alpha Magnetic Spectrometer (AMS-02).
L’Italia è in prima linea nella realizzazione di un ambizioso esperimento di fisica delle particelle che avrà luogo nei prossimi mesi nello spazio, a bordo della Stazione Spaziale Internazionale (ISS) a quasi 500 chilometri di altezza dalla superficie terrestre. Con la missione STS-134 dello Space Shuttle Endeavour viene traslato sulla ISS l’Alpha Magnetic Spectrometer (AMS-02), uno spettrometro magnetico con l’obiettivo di studiare i raggi cosmici alla ricerca di nuclei di antimateria e tracce di nuove forme di materia che si possono riprodurre in laboratorio.
Il contributo dell’Italia è stato davvero importante per la realizzazione di AMS-02 con un finanziamento pari a circa il 25% sul costo totale. L’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) insieme all’Agenzia Spaziale Europea (ESA) e l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) è responsabile della realizzazione dei principali strumenti a bordo di AMS-02, il potente “cacciatore di particelle”, come è stato definito dall’opinione pubblica internazionale. AMS-02 è stato realizzato in circa dieci anni da una grande collaborazione internazionale diretta dal Premio Nobel Samuel Ting del MIT e del CERN, il cui vice responsabile è il Prof. Roberto Battiston dell’INFN-Università degli Studi di Perugia.
I ricercatori dell’INFN hanno progettato e realizzato, sotto la gestione dell’ASI, alcuni tra i principali sistemi di identificazione di raggi cosmici, in particolare il time of flight, il rivelatore ad immagini Cherenkov, il calorimetro elettromagnetico, il tracciatore al silicio e gli star tracker.
Nel 1998 un prototipo dell’esperimento, AMS-01, ha realizzato un primo volo con successo sullo Shuttle. AMS-02, portato in orbita con l’ultima missione Shuttle Endeavour, sarà successivamente montato all’esterno della ISS.
Questo spettrometro magnetico sarà in grado di identificare antiparticelle e antinuclei con una precisione di una parte per miliardo. Qualcuno lo ha confrontato con l’Hubble Space Telescope (HST), facendolo diventare il nuovo HST dei raggi cosmici, di cui misurerà la composizione nello spettro di energia compresa tra i 100 MeV e i 5 TeV. Realizzato sulle tecniche di rivelazione di particelle sviluppate negli esperimenti al CERN e presso i Laboratori dell’INFN, AMS-02 è composto da una serie di rivelatori in grado di “individuare” vari tipi di particelle di raggi cosmici che attraverseranno la sua sezione sensibile tramite misure di carica, velocità, energia e direzione di moto, ricostruendone la traiettoria all’interno del campo magnetico generato da un magnete permanente cilindrico che deflette i raggi cosmici carichi che lo attraverseranno.
Gli obiettivi scientifici sono molteplici. Da questo spettrometro magnetico ci si aspetta risposte a problemi che stanno alla base della fisica delle particelle elementari: dalla ricerca dell’antimateria primordiale allo studio della natura della materia oscura, che non emette luce come la materia ordinaria, e della cui esistenza si hanno prove indirette di carattere astrofisico, come per esempio lo studio delle curve di rotazione delle galassie. Non si hanno al momento prove dirette sulla sua esistenza anche se sembra che la materia oscura sia circa sei volte maggiore della materia ordinaria luminosa.
Il precursore AMS-01 aveva raggiunto in soli dieci giorni di funzionamento la stessa sensibilità all’antimateria ottenuta in decenni di misure con palloni stratosferici, identificando in meno di una parte per milione la proporzione della frazione nei raggi cosmici dell’antielio rispetto all’elio.
AMS-02, capace di effettuare la ricerca diretta di antinuclei con una sensibilità di una parte per miliardo, si propone di migliorare questo valore e di far luce su una delle grandi domande della cosmologia moderna, l’apparente scomparsa dell’antimateria primordiale.
Inoltre, AMS-02 compirà misure di precisione della composizione di tutte le componenti cariche dei raggi cosmici fino a una energia di 5 TeV, alla ricerca di eventi estremamente rari che sarà più probabile identificare grazie al fatto che gli anni di attività sono passati dai primi 3 anni ai 10 anni, anni che la ISS è in grado di garantire.
Anche gli aspetti tecnologici sono notevoli: AMS-02 è il più grande payload scientifico previsto per la ISS. Le sue dimensioni sono di circa 64 metri cubi per un peso di 6,9 tonnellate. Il magnete cilindrico ha un campo magnetico di circa 0.15 Tesla, ossia 3000 volte più intenso del campo magnetico medio terrestre. I rivelatori a bordo di AMS-02 sono in grado di rilevare in poche centinaia di microsecondi ogni singolo raggio cosmico che attraversa lo spettrometro.
AMS-02 è un potente strumento per il quale è stato richiesto lo sviluppo e la qualificazione spaziale di numerose nuove tecnologie, molte della quali sviluppate dalle industrie italiane e nei laboratori dell’INFN, in particolare presso il Laboratorio SERMS di Terni.
Le industrie italiane coinvolte in questo esperimento: Carlo Gavazzi Space (Milano); G&A Engineering (Carsoli, Aquila); FBK-irst (Trento); SITAEL Aerospace, Euromec (Parma); Ri-Ba Composites (Faenza, RA), Carso (Trieste); e Galli & Morelli (Lucca).
Fonte: A.S.I. Agenzia Spaziale Italiana-Alpha Magnetic Spectrometer:
Una survey della durata di ben cinque anni. E’ quanto è stato necessario per osservare circa 200.000 galassie, arrivando fino a circa sette miliardi di anni indietro, nel tempo cosmico. Questo ha portato ad una delle migliori conferme indipendenti del fatto che l’energia oscura stia guidando il nostro universo ad espandersi ad una velocità sempre maggiore.
I dati sono stati acquisiti con il Galaxy Evolution Explorer (NASA) e l’Anglo-Australian Telescope (posizionato in Australia). I risultati (si veda per maggiori dettagli la relativa Press Release NASA) offrono un deciso supporto per la teoria più in voga riguardo l’energia oscura – una forza costante, che influenza uniformemente tutto l’universo e fornisce una “spinta” importante per l’espansione cosmica. Esiste infatti anche un’altra interpretazione teorica, secondo la quale è la gravità stessa, e non l’energia oscura, la forza che guida l’allontanamento dei corpi celesti. Beh, ma come fa la gravità ad allontanare i corpi, quando sappiamo dall’esperienza comune che invece li tende ad avvicinare? Ecco, secondo tele teoria, il concetto di gravità di Einstein è sbagliato (o incompleto), e la gravità diventerebbe una forza repulsiva invece che attrattiva, quando agisce su grandi distanze.
Ebbene, i dati recenti sembrano sfavorire tale interpretazione. Come dicono gli scienziati che hanno condotto questa ricerca, è invece l’energia oscura la responsabile, che agisce come una costante cosmologica (come propose lo stesso Einstein, anche se poi rigettò l’ipotesi).
Secondo le modere ricerche, la distribuzione di L'energia oscura (rappresentata dal grigliato viola) rimane "imperturbabilmente distribuita" nello spazio, laddove la gravità (grigliato verde) viene palesemente influenzata dalla presenza di oggetti massivi, come le galassie. Crediti: NASA/JPL-Caltech.
L’energia oscura è di per sè un capitolo affascinante dell’astronomia moderna, senza ombra di dubbio. Si ritiene infatti che ben il 74 % del nostro universo sia composto da questa “misteriosa” energia. Invece la materia oscura, qualcosa di solo appena un pò meno misterioso, renderebbe conto di circa il 22 % dell’universo stesso. Proseguendo in questo conteggio, può essere divertente scoprire che la materia “ordinaria” – quella composta di atomi, il costituente di cui son fatti i pianeti, le stelle, le rocce,le creature viventi – renda conto di appena il 4 % del nostro universo!
Basterebbe meditare un pò su questo, per capire quanto la scienza astronomica abbia ancora un lungo cammino davanti a sè. Questo, nonostante negli ultimi anni si siano fatte delle scoperte fondamentali, riguardo ad esempio l’età stessa dell’universo (risolvendo una diatriba tra cosmologi e astrofisici che è durata diversi anni): al proposito, ricordiamo che ormai c’è una ampia convergenza sul valore di 13,7 miliardi di anni, corroborato anche da esperimenti recenti come la sonda WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe).
La cosa bella è che siamo finalmente arrivati a comprendere con chiarezza quanto è grande… quello che non sappiamo: un “bagno di umiltà” probabilmente necessario, dal quale partire per una decifrazione della struttura e della costituzione dell’universo, che certo ci riserverà sempre nuove ed eccitanti sorprese!
Come si direbbe in questi casi… il bello deve ancora venire, dopotutto. Stay tuned! 🙂
Immagine spettacolare della “super Luna”bnottenuta con 90/91 e una compatta da 8 Mp+Ke 25 mm da Marco Mattorre il 18 marzo 2011.
Luna ripresa il 10 aprile 2011. E’ un mosaico di circa 14 foto fatte con un Konuspace 90/910 a fuoco diretto con una webcam Meade LPI. Cortesia Marco Mattorre.
Luna ripresa il 13 maggio 2011 alle ore 22. Questa foto è in realtà un mosaico di foto. Strumentazione 90ino acro e un LPI Meade. Cortesia Marco Mattorre. Cliccare per ingrandire.
Una sequenza mozzafiato del lancio dello Shuttle Endeavour di lunedì 16 maggio 2011 con a bordo l’astronauta dell’ESA, Roberto Vittori e l’Alpha Magnetic Spectrometer (AMG-02) .
L’accensione dei motori dello Shuttle Endeavour. Cortesia NASA.
A carico pieno, gli Space Shuttle hanno una massa di circa 100 tonnellate. Alla partenza sono spinte in verticale da tre motori a razzo (Space Shuttle main engine, SSME) alimentati da combustibile liquido; a questi si aggiungono due razzi ausiliari (o booster) laterali alimentati a combustibile solido, per un totale di circa 2000 tonnellate di carburante.
Dopo 32 secondi dalla partenza, lo Shuttle raggiunge circa 2400 metri di quota con un’accelerazione media di 4,7 m/s^2.
Il lift off dello Shuttle Endeavour. Sono le 14:56 ora italiana quando la navetta si alza dal Kennedy Space Center nei cieli di Houston diretta verso la ISS che incontrerà oggi. Cortesia NASA.
Lo Shuttle si alza in volo. Maestosamente… Cortesia NASA.
I booster ausiliari a propellente solido (Solid Rocket Booster, SRB) viengono sganciati ad un’altezza di 45,7 km e recuperati successivamente.
Due minuti dopo la partenza, lo Shuttle supera i 50 km di quota e i 5000 km/h e raggiunge la massima accelerazione, pari a 25 m/s^2.
Il serbatoio si sgancia dopo aver esaurito il carburante.
In poche decine di minuti lo Shuttle raggiunge la quota operativa, a oltre 300 chilometri di altezza dalla superficie terrestre. Qui la velocità di crociera è di quasi 28000 km/h.
Qui sotto, il video della vestizione e della partenza per la rampa di lancio. Tra i sei membri dell’equipaggio anche l’astronauta dell’Agenzia Spaziale Europea, Roberto Vittori.
L’immagine del Sole ripresa dal Solar Dynamics Observatory, in particolare dallo strumento AIA, alla lunghezza d’onda di 304 Angostrom il 13 maggio 2011 alle ore 06:44 UT.Cortesia SDO-NASA.
La scoperta di un intenso campo magnetico solare ha permesso di capire che le macchie solari sono fenomeni magnetici locali sulla superficie della nostra stella, o fotosfera.
Le macchie solari iniziano a formarsi in regioni di forte intensità magnetica apparendo come piccoli spot scuri, delle dimensioni di circa 2000 chilometri e di berve durata (possono scomparire nel corso di poche ore o al massimo entro un giorno). In alcuni casi, però, le macchie solari tendono ad allargarsi formando una macchia principale e una secondaria, più piccola e vicina alla prima. Queste due macchie rappresentano due polarità magnetiche opposte dalle quali si elevano colonne di gas che formano un vero e proprio arco tra le due macchie.
Successivamente, se l’intensità del campo magnetico è relativamente grande, attorno alle macchie principali che diventano sempre più grandi, si formeranno delle macchie secondarie, che tenderanno a sovrapporsi fra loro e a formare gruppi di macchie anche molto complesse. Nel caso di elevata intensità del campo magnetico si può arrivare a contare più di 1000 singole macchie.
Alcuni particolari della superficie, delle macchie e dei flares solari fotografate lo scorso 13 maggio alle ore 06:44:21 UT (le 04:44 ora italiana). Fonte SDO-NASA.
Se si fanno osservazioni continue del Sole, in particolare della forma e del numero di macchie, si osserva che in un periodo di circa 4,6 anni esse tendono ad aumentare e in circa 6,4 anni a diminuire: si stima questo ciclo di attività solare di circa 11 anni. L’ultimo massimo si è avuto nel 2001. In precedenza, si sono avuti massimi nel 1990 e nel 1979.
Grande osservatore dell’attività solare, Friederich Wilhelm Gustav Spörer (1822-1895) si accorse, dallo studio dei disegni che aveva raccolto e catalogato nel corso di anni di osservazione, che le macchie di ogni nuovo ciclo solare iniziano a formarsi a latitudini di circa 40° nord e sud dell’equatore solare. Man mano che avanzava il ciclo, i gruppi di macchie diminuivano la loro latitudine avvicinandosi sempre più all’equatiore. In corrispondenza della massima attività solare, la latitudine dei gruppi di macchie era intorno ai 15°N e S dall’equatore. Successivamente il numero di macchie tendeva a diminuire, avvicinandosi sempre di più alla linea dell’equatore fino a circa 6-7° N e S. Col tempo, le macchied diventavano sempre più rare e a scomparivano. In contemporanea, si osserva la formazione delle prime macchie solari appartenenti a un nuovo ciclo a latitudini N e S più elevate.
Lo Shuttle Endeavour è partito puntuale alle 14:56 ora italiana dalla rampa 39A del Kennedy Space Center di Houston. Qui sopra il momento del lancio. Cortesia NASA.
Sedici giorni di lavoro nello spazio per i sei astronauti, tra cui l’italiano Roberto Vittori dell’Agenzia Spaziale Europea.
Il countdown segna -1 h 23 m e 49 s al lancio. Un lancio spettacolare che passerà nello storia. L’ultimo per lo Shuttle Endeavour, penultimo per le misisoni Shuttle. Cortesia NASA.
L’Italiano Roberto Vittori, astronauta dell’Agenzia Spaziale Europea mentre esce da un volo di addestramento. Cortesia NASA.
A bordo dello Shuttle, Roberto Vittori avrà il compito di manovrare il braccio meccanico per togliere dalla stiva dell’Endeavour l’Alpha Magnetic Spectrometer (AMS-02), il potente spettrometro che permetterà di studiare l’antimateria.
Mancano poche ore al lancio dello Shuttle Endeavour con l’Alpha Magnetic Spectrometer (AMS-02) nel cargo e che verrà consegnato alla Stazione Spaziale Internazionale (ISS) fra pochissimi giorni.
L’Italia trasmetterà in diretta l’evento: in partire si potrà seguire a Bologna, Milano, Perugia, Pisa, Roma e Terni:
Bologna, Dipartimento di Fisica, Sala Riunioni, Piano 2- dalle 14:45 Milano, Università Bicocca, Stanza U2-3001, dalle 14:45 (poster qui pubblicato) Perugia, Sala dei Notari (Sede del Comune) – dalle 14:15 Pisa, Dipartimento di Fisica, dalle 14:45 Roma, Università La Sapienza, Dipartimento di Fisica, Aula Amaldi, dalle 14:30 Terni, Biblioteca Multimediale, dalle 14:00 (poster qui pubblicato)
AMS-02 (Alpha Magnetic Spectrometer) è un rilevatore di particelle progettato per operare all’esterno della Stazione Spaziale Internazionale, dove sfrutterà le condizioni uniche dello spazio per studiare l’universo e le sue origini, cercando antimateria e materia oscura attraverso misure di precisione della composizione e del flusso dei raggi cosmici. Con le sue osservazioni, contribuirà alla soluzione di interrogativi fondamentali, come “Dov’è finita l’antimateria primordiale?” o “Quali sono i componenti della massa invisibile dell’universo?”
AMS-02 sarà montato sul Payload Attach Point superiore del segmento Truss S3 della Stazione Spaziale Internazionale (ISS). Qui sopra è indicato con un cerchietto rosso.
Dopo l’attracco dello Shuttle Endeavour alla ISS, il quarto giorno del volo – secondo i programmi – il braccio robotico dello Shuttle (SRMS), dopo aver rimosso il primo payload, l’ExPRESS Logistics Carrier 3 (ELC3), estrarrà AMS dalla stiva e lo passerà al braccio robotico della ISS (SSRMS), che lo collocherà sul terzo segmento del traliccio principale della stazione (S3 Truss).
AMS è una collaborazione scientifica internazionale che coinvolge 16 nazioni di 3 continenti 56 istituzioni e 600 scienziati
Qui, la lista di Dipartimenti e Istituti italiani coinvolti:
Sezione INFN and Dipartimento di Fisica, Università degli Studi di Bologna, Bologna
Team Leader: Professor Andrea CONTIN
Istituto di Ricerca sulle Onde Elettromagnetiche, IROE, CNR, Firenze
Team Leader: Guido CASTELLINI
Sezione INFN and Dipartimento di Fisica, Università degli Studi di Milano-Bicocca, Milano
Team Leader: Dr. Pier-Giorgio RANCOITA
Sezione INFN and Dipartimento di Fisica, Università degli Studi di Perugia, Perugia
Team Leader: Professor Bruna BERTUCCI
Sezione INFN and Dipartimento di Fisica, Università degli Studi di Pisa, Pisa
Team Leader: Dr. Marco INCAGLI
Sezione INFN and Dipartimento di Fisica, Università degli Studi di Roma ‘La Sapienza’, Roma
Team Leader: Professor Bruno BORGIA
Dipartimento di Fisica, Università degli Studi di Siena, Siena
Team Leader: Professor Piersimone MARROCCHESI
