JWST Space Telescope: new era…

Finalmente il James Webb Space Telescope (da qui in poi JWST) sta viaggiando a 1.7567 km/s verso il punto d’inserimento nell’orbita L2, dove una volta terminate le operazioni di dispiegamento delle sue componenti, potrà iniziare la sua missione esplorativa. Iniziamo a capire perchè si posizionerà nell’orbita L2.

Il punto L2

L’obiettivo principale è posizionare il telescopio in modo tale che il suo moto non venga disturbato dall’attrazione gravitazionale di altri corpi celesti: quando un satellite viene lanciato in orbita nello Spazio, si ritrova a subire l’attrazione di qualsiasi oggetto dotato di massa, principalmente dai pianeti vicini e dal Sole, che ne disturbano la traiettoria modificandola in modo considerevole. L2 è il nome dato ad un punto speciale che si trova sulla retta che passa per il centro del Sole e per il centro della Terra. Posizionandosi in L2, JWST verrà certamente attratto sia dalla Terra che dal Sole, ma nessuna delle due attrazioni combinate lo farà avvicinare, perché a quella distanza il telescopio avrà una velocità sufficiente da permettergli di mantenere un orbita “circolare” grazie all’effetto della forza centrifuga.

L’aggettivo circolare è volutamente virgolettato perché in realtà l’orbita in questione non è propriamente una circonferenza e non potrebbe esserlo, perché c’è una complessa interazione tra i tre corpi. Per la precisione, l’orbita che il JWST percorrerà è detta orbita Halo, un’orbita che non giace su di un piano, ma che è tridimensionale ed è formata da molte piccole dune, che porteranno il telescopio ad oscillare proprio attorno a questo punto, mentre percorre l’orbita.

In questo video viene mostrata l’orbita L2 in giallo.

Calcolare il punto rientra nel cosiddetto “problema dei tre corpi” (nel nostro caso Sole – Terra – JWST), un problema di meccanica orbitale risolto con successo dal matematico Joseph-louis Lagrange nel XVIII secolo, i cui risultati sono tutt’ora utilizzati. Il problema, in sostanza, recita: “E’ possibile trovare una configurazione per cui tre corpi possano orbitare l’uno attorno all’altro rimanendo sempre nella stessa posizione relativa tra loro?”.
La soluzione di questo problema permise di identificare 5 punti nello spazio nei quali è possibile posizionare un satellite bilanciando l’attrazione gravitazionale del Sole, chiamati “Punti di Lagrange“.

Di tutti e 5 i punti, L2 è il più vantaggioso: è lontano dal Sole, e da quella posizione il telescopio è orientato in direzione opposta (di spalle) evitando che la luce nell’infrarosso emessa dalla nostra stella possa investirlo. Il JWST è un telescopio che opera nell’infrarosso, dunque è di vitale importanza che le sue osservazioni non vengano disturbate da una così potente fonte di radiazioni infrarosse quale è il Sole. Il suo scudo servirà proprio a proteggere la strumentazione dalla luce solare e dalle alte temperature cui sarà soggetta. Basti pensare che le superfici del telescopio rivolte verso il Sole raggiungeranno una temperatura di 85°C, mentre quelle esposte in direzione di osservazione raggiungeranno circa i -233°C. Uno scudo decisamente protettivo. E affinché sia sempre così efficace, è importante che il Sole resti sempre alle spalle del JWST, ovvero nella stessa posizione relativa. Anche in questo caso l’aggettivo “relativa” è virgolettato, perché lo spazio, essendo isotropo, non ha nessuna direzione privilegiata.

La scienza del JWST

JWST fornirà osservazioni all’avanguardia che approfondiranno i misteri dei primi oggetti che si sono formati nell’universo primordiale, dalla formazione delle galassie, alla nascita di stelle e di sistemi planetari e le origini della vita stessa.

La fine dei secoli bui: prima luce e reionizzazione

La teoria e l’osservazione ci hanno fornito un’immagine semplice dell’universo primordiale. Man mano che l’universo si espandeva e si raffreddava, si formavano alcune molecole di idrogeno, che a loro volta consentivano la formazione delle prime stelle individuali. Le prime stelle si sono formate in quelle regioni che erano le più dense.

Secondo la teoria e le osservazioni della sonda Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP), l’universo si è espanso di un fattore 20, la densità media era 8000 volte maggiore di quella attuale e l’età dell’Universo era di circa 180 milioni di anni. Sempre secondo la teoria, queste prime stelle erano da 30 a 1000 volte più massicce del Sole e milioni di volte più luminose e bruciavano il loro combustibile solo per pochi milioni di anni prima di incontrare una fine violenta. Il destino di ognuna di esse poteva manifestarsi sotto forma di supernova oppure direttamente in un buco nero. Le supernove permettevano l’arricchimento del gas circostante con gli elementi chimici prodotti al loro interno e le future generazioni di stelle contenevano tutte questi elementi più pesanti i metalli. I buchi neri iniziarono invece ad ingoiare gas e altre stelle per diventare dei mini-quasar, crescendo e fondendosi per diventare gli enormi buchi neri che ora si trovano al centro di quasi tutte le galassie. La distinzione è importante, perché solo le supernove restituiscono elementi pesanti al gas che in seguito formerà la nuova generazione di stelle. Le supernove e i mini-quasar, dovrebbero essere osservabili dal JWST. Entrambi potrebbero anche essere fonti di lampi di raggi gamma e di onde gravitazionali che potrebbero essere scoperti da altri osservatori (a terra e nello spazio) e quindi osservati in seguito da JWST. A tale scopo l’astronomia multimessaggera assumerà un ruolo sempre più importante. Oltre alle supernove delle prime stelle il JWST sarà in grado di rilevare anche le prime galassie e gli ammassi stellari.

Image showing first light and reionization
The End of the Dark Ages: First Light and Reionization

Formazione delle galassie

Le galassie sono i mattoni visibili dell’universo. La teoria e l’osservazione ci danno anche un’immagine privilegiata dell’assemblaggio delle galassie stesse. Sembra che prima si siano formati piccoli oggetti che in seguito si sono fusi tra loro per formare strutture più grandi. Questo processo si verifica ancora oggi, poiché la nostra Via Lattea si fonde con alcuni dei suoi compagni nani mentre la Galassia di Andromeda si dirige verso la Via Lattea per una futura fusione che potrebbe avvenire tra 5 miliardi di anni. Le galassie più antiche mai rilevate sono state osservate indietro nel tempo,entro il primo miliardo di anni dopo il Big Bang.

Nonostante tutto il lavoro svolto fino ad oggi, molte domande sono ancora aperte. Non sappiamo davvero come si formano le galassie, cosa controlla le loro forme, i processi di creazione stellare, come gli elementi chimici vengono generati e ridistribuiti attraverso le galassie, se i buchi neri centrali esercitano una grande influenza sulle galassie, o quali siano gli effetti di eventi violenti quando porzioni piccole e grandi si fondono attraverso le collisioni.

L’obiettivo del JWST è osservare le galassie fino ai loro primi precursori (redshift z>10) in modo da poter comprendere la loro crescita e la loro evoluzione morfologica e metallica. Per raggiungere questo obiettivo, il JWST dovrà fornire immagini spettroscopiche nella banda da 0,6 a 27 µm.

Distant galaxies as seen by Hubble and JWST.
Distant galaxies as seen by Hubble and JWST. The two images at the top show the Hubble Ultra Deep Field obtained with WFC3/IR in three filters. The two images at the bottom are simulations of what the deep field may look like with JWST/NIRCam. JWST images will be both sharper and extend to fainter limits compared to Hubble.

Nascita delle stelle e sistemi protoplanetari

Mentre le stelle sono un argomento classico dell’astronomia, solo in tempi recenti abbiamo iniziato a comprenderle con osservazioni dettagliate e simulazioni al computer. Cent’anni fa non sapevamo che fossero alimentate dalla fusione nucleare, e cinquant’anni fa non sapevamo che le stelle si formano continuamente. Non conosciamo ancora i dettagli di come si formano da nubi di gas e polvere, o perché la maggior parte delle stelle si formano in gruppi, o come si formano i pianeti. Inoltre, non conosciamo i dettagli di come si evolvono e liberano i metalli pesanti nello spazio per il riciclaggio in nuove generazioni di stelle e pianeti. In molti casi, queste vecchie stelle, hanno effetti importanti sulla formazione di nuove.

Le osservazioni mostrano che la maggior parte delle stelle si forma in più sistemi stellari e che molte hanno pianeti. Tuttavia, c’è poco accordo su come ciò avvenga, e la scoperta di un gran numero di pianeti massicci in orbite molto ravvicinate attorno alle loro stelle è stata molto sorprendente. Sappiamo anche che i pianeti sono comuni intorno alle stelle di tipo tardivo (più fredde e meno massicce del Sole) e che i dischi di detriti potrebbero segnalare la loro presenza.

L’obiettivo del JWST è quello di svelare la nascita e l’evoluzione iniziale delle stelle, partendo dalle protostelle avvolte dalla polvere, fino alla genesi dei sistemi planetari. Il JWST è stato concepito proprio per cercare una risposta a questi misteri grazie alla combinazione delle sue modalità di osservazione ad alta risoluzione, imaging, spettroscopia e capacità coronografiche, sommate ad un’eccellente sensibilità nel vicino e medio infrarosso.

These dusty young stars are changing the rules of planet-building
Young stars are changing the rules of planet-building

I sistemi planetari e le origini della vita

Comprendere l’origine della Terra e la sua capacità di sostenere la vita, è un obiettivo chiave per tutta l’astronomia ed è fondamentale per il programma scientifico JWST. Le parti chiave della storia includono la comprensione della formazione di piccoli oggetti e come si combinano per formarne di più grandi, l’apprendimento di come raggiungono le loro orbite attuali, l’apprendimento di come i grandi pianeti influenzano gli altri in sistemi come il nostro e l’apprendimento della storia chimica e fisica degli oggetti piccoli e grandi che hanno formato la Terra ed hanno fornito i precursori chimici necessari per la vita. Gli oggetti freddi e la polvere nel sistema solare esterno sono la prova delle condizioni del sistema solare primordiale e sono direttamente paragonabili agli oggetti freddi ed alla polvere osservati intorno ad altre stelle.

L’obiettivo del JWST è determinare le proprietà fisiche e chimiche dei sistemi planetari ed investigare il potenziale per le origini della vita in quei sistemi. Il JWST dovrà fornire immagini nel vicino e medio infrarosso per osservare gli esopianeti.

Il tema dell’esplorazione planetaria del JWST includerà anche le osservazioni del nostro sistema solare con imaging e caratterizzazione spettroscopica di Marte e dei pianeti esterni, degli oggetti della fascia di Kuiper, i pianeti nani, lune ghiacciate e le comete.

Artist rendering of the birth of stars and protoplanetary systems
Planetary system

Dov’è il JWST?

Grazie al JWST i prossimi 5-10 anni potrebbero cambiare molte delle nostre attuali teorie riguardanti le prime fasi dell’Universo, l’evoluzioni delle stelle, delle galassie e dei sistemi planetari. In attesa di queste nuove scoperte, se volete tracciare il JWST, seguitelo qui nella web page della NASA.

E per finire ecco un meeting che vede Brian Greene (noto fisico teorico) in veste di moderatore, che dialoga con gli scienziati che hanno partecipato al progetto del JWST.

Things We’ve Never Seen: The James Webb Space Telescope Explores the Cosmos

BICEP3 riduce i confini all’inflazione cosmica.

Nuove analisi delle osservazioni sulla radiazione cosmica di fondo (CMBR) del telescopio BICEP3 al Polo Sud hanno rimesso in discussione diversi modelli popolari dell’inflazione.

Dusting for the fingerprint of inflation with BICEP3 | symmetry magazine
Il telescopio BICEP3 al Polo Sud. (BICEP/Keck Collaboration)

I fisici sono da tempo a caccia dei segni delle onde gravitazionali primordiali, setacciando la radiazione cosmica di fondo. Ma ad oggi gli sforzi non hanno prodotto dei risultati.

Ma lungi dall’essere un disastro, tale ricerca può oggi avvalersi ed arrichirsi grazie agli ultimi risultati dell’esperimento BICEP3 che hanno delineato e rafforzato i limiti dei modelli d’inflazione cosmica. Ma cos’è l’inflazione cosmica? E’ un processo che in teoria spiega diverse caratteristiche sconcertanti del nostro Universo e come risultato avrebbe dovuto produrre onde gravitazionali subito dopo i primissimi istanti di vita. Adesso con questi nuovi dati raccolti e le successive analisi possiamo dire che i modelli di inflazione un tempo promettenti sono ora esclusi dai giochi.

L’esplosione primordiale.

L’inflazione cosmica è l’idea che nei primissimi istanti di vita del nostro Universo, la quantità di spazio è passata dalle dimensioni di un atomo di idrogeno a circa un anno luce di diametro, nello stesso tempo (un trilionesimo di secondo) necessario alla luce per attraversare lo stesso atomo.

L’inflazione può spiegare molte cose, in particolare perché l’universo sembra essere abbastanza uniforme e ha lo stesso aspetto in tutte le direzioni, perché lo spazio è piatto e perché non ci sono monopoli magnetici. Tuttavia, i fisici non sono ancora riusciti ad elaborare i dettagli esatti e hanno escogitato molti modi diversi in cui potrebbe essersi verificata l’inflazione.

Un modo per stabilire quale di questi modelli inflazionistici è corretto, se esiste, è quello di cercare le onde gravitazionali che sarebbero state prodotte quando lo spazio si è espanso e la materia e l’energia in esso contenute si sono espanse. In particolare, quelle onde dovrebbero lasciare un’impronta sulla polarizzazione della luce nel fondo cosmico a microonde.

Onde gravitazionali polarizzate.

In generale, questa impronta di polarizzazione ha due componenti geometriche. Invece di descriverla con le definizioni Nord-Sud ed Est-Ovest, che dipendono da una scelta arbitraria di coordinate, possiamo descriverla per il suo orientamento rispetto a se stessa.

Ci sono due direzioni individuate da un modello di polarizzazione: quella che viene rilevata dal suo orientamento e quella che viene rilevata dalla sua ampiezza. Le ampiezze dei pattern di polarizzazione sono modulate nello spazio dall’onda piana su cui si trovano.

Percorsi di polarizzazione

Qui l’onda piana sta andando nella direzione su-giù (Nord-Sud). Se la polarizzazione è parallela o perpendicolare a questa direzione, si parla di polarizzazione E-mode. Se è attraversato ad angoli di 45 gradi, si parla di polarizzazione B-mode.

Il modello di polarizzazione completa è una sovrapposizione casuale di questi modelli modulati dalle onde piane. Il modello B-mode mantiene la sua natura speciale che risiede nel fatto di possedere una proprietà che distingue la sinistra dalla destra. Ad esempio, ecco due campi di polarizzazione con la stessa struttura ma in modalità E a sinistra e modalità B a destra.

Polarizzazione E-mode a sinistra e B-mode a destra.

Sebbene i dettagli dipendano da quale modello di inflazione è corretto, le onde gravitazionali primordiali dovrebbero presentarsi come modelli particolari dei modi B ed E.

A partire dalla metà degli anni 2000, i ricercatori hanno iniziato a studiare la polarizzazione in modalità B della radiazione cosmica di fondo, alla ricerca di prove di onde gravitazionali primordiali. Nel corso del tempo, i dettagli degli esperimenti sono cambiati considerevolmente.

Il primo esperimento BICEP ha utilizzato circa 50 trombe metalliche che rilevano piccole differenze nella radiazione a microonde, ognuna dotata di sensori termici e griglie polarizzanti per misurare la polarizzazione. La generazione successiva, BICEP2, ha richiesto un salto tecnologico: nuovi rivelatori superconduttori più densamente ammassati nella stessa area dei telescopi precedenti. Il successore Keck Array era essenzialmente costituito da diversi telescopi BICEP2 in uno.

Per arrivare al livello successivo, BICEP3, si è reso necessario inventare letteralmente alcune cose durante la fase di progettazione ed evoluzione.

I progettisti hanno sviluppato una nuova serie di sistemi e materiali. Tra questi ci sono componenti del rivelatore che sono più modulari, più facili da sostituire con lenti e filtri che sono più trasparenti alle microonde mentre bloccano in modo più efficiente la luce infrarossa, il che aiuta a mantenere freschi i rivelatori a microonde superconduttori sensibili alle temperature.

Questi progressi tecnologici combinati con i dati di esperimenti precedenti tra cui BICEP2, Keck, WMAP e Planck, hanno permesso ai ricercatori di stabilire dei limiti più ristretti su quali tipi di onde gravitazionali primordiali potrebbero essere là fuori – e quindi i limiti più stringenti sui modelli dell’inflazione cosmica.

La ricerca continua.

I risultati odierni escludono una serie di modelli di inflazione, inclusi alcuni modelli più vecchi e popolari e alcune versioni di quelli più recenti, motivati ​​dalla teoria delle stringhe. Essi suggeriscono che il modello corretto sarà leggermente più complicato di quelli che sono stati esclusi, sebbene vi sia ancora un’ampia gamma di valide alternative.

Man mano che arriveranno più dati da BICEP3 e dal suo immediato successore, il BICEP Array, così come da altri progetti, i fisici inizieranno a ottenere indizi che aiuteranno a focalizzare ancora di più la loro ricerca sui modelli d’inflazione. Tuttavia, si dovrà aspettare fino alla partenza dell’esperimento CMB-S4, un progetto attualmente in fase di revisione, per ottenere risposte più chiare. Il CMB-S4 dispiegherà un arsenale tecnologico equivalente a circa 21 telescopi tra il Polo Sud e il deserto di Atacama in Cile e ci vorrà circa un decennio prima che possa entrare a pieno titolo in funzione.

Il progetto del telescopio da 5 metri anastigmatico a tre specchi che verrà installato al Polo Sud.
Il progetto del telescopio da 6 metri Cross-Dragon che verrà installato in Cile.

Nel prossimo articolo, continueremo il nostro viaggio nell’affascinante mondo della radiazione elettromagnetica.

Oltre la foto del secolo, alla ricerca dei semi…

Oggi voglio stuzzicare la vostra curiosità astronomica, parlando dell’origine dei buchi neri supermassicci esistiti ai primordi della storia cosmica.

Prima di iniziare il nostro viaggio, voglio consigliarvi la visione di un video di Alberto Bonato. Partendo dalla foto del secolo, che mostrava al mondo la prova tangibile dell’esistenza dei buchi neri, vi guida con una narrativa ed uno stile divulgativo molto semplice ed efficace alla comprensione di uno dei fenomeni più esotici dell’Universo. Il video lo potete vedere qui.

Here we go! Immaginiamo l’universo neonato. La maggior parte degli scienziati ritiene che lo spazio e il tempo abbiano avuto origine con il big bang. Da quell’inizio caldo e denso il cosmo si espanse e si raffreddò, ma ci volle un po’ prima che stelle e galassie iniziassero a popolare il cielo. Fu solo 380.000 anni circa dopo il big bang che gli atomi poterono rimanere coesi e riempire l’universo, per lo più di idrogeno. Quando il cosmo raggiunse un’età di alcune centinaia di milioni di anni, questo gas si radunò a formare le prime stelle, che costituirono ammassi che si riunirono in galassie, la più antica delle quali apparve 400 milioni di anni dopo la nascita dell’universo. Si è scoperto che, sorprendentemente, anche un’altra classe di oggetti astronomici cominciò ad apparire in quel periodo: i quasar.

I quasar sono oggetti estremamente luminosi alimentati da gas che cade in buchi neri supermassicci. Sono tra gli oggetti più brillanti dell’universo, visibili fino ai confini più remoti dello spazio. I quasar più distanti sono anche i più antichi, e quelli più vecchi in assoluto rappresentano un mistero. Per essere visibili a distanze incredibili, questi quasar devono essere alimentati da buchi neri con circa un miliardo di volte la massa del Sole. Le teorie sulla formazione e la crescita dei buchi neri prevedono che un buco nero abbastanza grande da alimentare questi quasar non si sarebbe potuto formare in meno di un miliardo di anni.

L'accecante luminosità dei quasar | by Michele Diodati | Spazio Tempo Luce  Energia

Nel 2001, tuttavia, con la Sloan Digital Sky Survey, gli astronomi hanno iniziato a rilevare quasar ancora più vecchi. Ad oggi il quasar più antico e più lontano conosciuto, P172+18, distante 13 miliardi di anni luce, esisteva appena 780 milioni di anni dopo il big bang. In altre parole, non sembra che ci sia stato abbastanza tempo nella storia dell’universo affinché si formassero quasar come questo.

Molti astronomi ritengono che i primi buchi neri, i cosiddetti semi di buchi neri, siano i resti delle prime stelle, i cadaveri rimasti dopo che le stelle sono esplose in supernove. La massa di questi resti stellari, però, non dovrebbe essere più grande di poche centinaia di masse solari. È difficile immaginare uno scenario in cui i buchi neri che alimentano i primi quasar siano cresciuti a partire da semi così piccoli.

Questi semi invece, si sarebbero formati direttamente dal gas. Vengono denominati buchi neri a collasso diretto (direct-collapse black hole, DCBH). Nell’ambiente giusto, questi buchi neri potrebbero essere nati con 104 o 105 masse solari poche centinaia di milioni di anni dopo il big bang. Con questo vantaggio iniziale, avrebbero potuto facilmente arrivare a 109 o 1010 masse solari, producendo in questo modo gli antichi quasar che rendono perplessi gli astronomi da quasi due decenni.

I semi

I buchi neri sono oggetti astronomici enigmatici, aree in cui la gravità è così immensa che ha deformato lo spazio-tempo al punto che nemmeno la luce ne può sfuggire. Solo con la scoperta dei quasar, che permettono agli astronomi di vedere la luce emessa dalla materia che cade nei buchi neri, abbiamo avuto la prova che si trattava di oggetti reali e non solo di curiosità matematiche previste dalla teoria generale della relatività di Albert Einstein. Si ritiene che la maggior parte dei buchi neri si formi quando stelle di massa molto elevata – quelle con più di dieci volte la massa del Sole – esauriscono il loro combustibile nucleare e iniziano a raffreddarsi e quindi a contrarsi. Alla fine la gravità prevale e la stella collassa, scatenando un’esplosione catastrofica, cioè una supernova, e lasciandosi dietro un buco nero.

Si presume che la maggior parte dei buchi neri che alimentano i primi quasar si fossero formati in questo modo. Potrebbero essere nati dalla scomparsa delle prime stelle dell’universo che riteniamo si siano formate quando il gas primordiale si raffreddò e si frammentò, circa 200 milioni di anni dopo il big bang. Queste stelle avevano probabilmente massa maggiore delle stelle nate in seguito nel cosmo, il che significa che avrebbero potuto lasciarsi dietro buchi neri pesanti anche diverse centinaia di masse solari. Inoltre è probabile che queste stelle si siano formate in ammassi densi, e quindi i buchi neri creati dalle loro morti si sarebbero fusi insieme, generando buchi neri di varie migliaia di masse solari. Anche buchi neri così grandi, però, sono ancora lontani dalla massa necessaria per alimentare gli antichi quasar.

Come si alimenta un buco nero?

La nostra conoscenza attuale della fisica suggerisce che esista una velocità di alimentazione ottimale, nota come limite di Eddington, a cui i buchi neri acquisiscono massa nel modo più efficiente. Un buco nero che si alimenta alla velocità di Eddington crescerebbe esponenzialmente, raddoppiando la massa ogni 107 anni circa. Per giungere a 109 masse solari, un seme di buco nero di dieci masse solari dovrebbe inghiottire stelle e gas ininterrottamente alla velocità di Eddington per un miliardo di anni. È difficile spiegare come un’intera popolazione di buchi neri possa nutrirsi continuamente in modo così efficiente. Anzi, se i primi quasar fossero derivati da semi di buco nero, avrebbero dovuto alimentarsi ancora più velocemente della velocità di Eddington.

Superare questo tasso è teoricamente possibile in circostanze speciali, in ambienti densi e ricchi di gas, e queste condizioni potrebbero essere state disponibili nell’universo delle origini, ma non sarebbero state comuni e sarebbero state di breve durata. Inoltre, una crescita eccezionalmente rapida può in realtà provocare un “soffocamento” in cui le radiazioni emesse potrebbero alterare e persino bloccare l’afflusso di massa al buco nero, fermandone la crescita. Date queste restrizioni, sembra che un’alimentazione eccessiva possa spiegare alcuni quasar anomali, ma non l’esistenza dell’intera popolazione osservata, a meno che quello che sappiamo attualmente sul limite di Eddington e del processo di alimentazione del buco nero, sia errato.

Queste argomentazioni rientrano in una più ampia rivoluzione della nostra capacità di studiare e comprendere tutte le masse dei buchi neri. Quando nel 2015 il Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) ha rilevato per la prima volta le onde gravitazionali, per esempio, si è riusciti a trovarne la sorgente in due buchi neri in collisione di 36 e 29 masse solari, i cugini leggeri dei buchi neri supermassicci che alimentano i quasar. Il progetto continua a rilevare onde provenienti da eventi simili, fornendo nuovi, incredibili dettagli su ciò che accade quando questi buchi neri si scontrano e deformano lo spazio-tempo che li circonda.

Il prossimo futuro ha in serbo molte rivelazioni: quello che sappiamo dei buchi neri sta per cambiare per sempre.

L’universo nel radio e… III parte

“Il più grande di tutti i corpi è l’Universo stesso e sorprendentemente possiamo vedere il debole residuo della palla di fuoco incandescente del Big Bang tutt’intorno a noi”.

Cosmic Microwave Background (CMB)

Gli oggetti del fondo cosmico che brillano semplicemente come corpi neri, come le stelle, sono raramente bersagli importanti per i radiotelescopi. L’energia emessa cade drasticamente dagli infrarossi nelle microonde e nel radio. Se la sorgente ha una superficie enorme, l’uscita cumulativa totale delle onde radio può essere notevole. Il più grande di tutti i corpi è l’Universo stesso e sorprendentemente possiamo ancora oggi vedere il debole residuo del Big Bang tutto intorno a noi. Questo bagliore residuo è stato scoperto nel 1965 ed è noto come radiazione cosmica di fondo a microonde.

Questa radiazione è stata emessa da una superficie a circa 3000° K (2726,85° C) quando l’Universo aveva circa 375.000 anni e la palla di fuoco stava diventando trasparente. La radiazione di quest’epoca ora pervade tutto lo spazio e a causa dell’espansione dell’Universo negli ultimi 13,7 miliardi di anni circa, si è ora raffreddata ad una temperatura di 2,7° K (-270° C). A questa temperatura l’emissione raggiunge un picco ad una lunghezza d’onda di circa 2 mm nella parte a microonde dello spettro radio.

Come vediamo questa radiazione ora e cosa ci dice sull’Universo? Le osservazioni a questa lunghezza d’onda sono difficili da terra ma possono essere e sono state fatte. I palloni ad alta quota e i satelliti sono gli strumenti migliori e sono stati usati per produrre alcune delle misurazioni più profonde e straordinariamente precise nella storia della scienza.

Quando questo antico segnale fu scoperto da Arno Penzias e Robert Wilson (che ricevettero il Premio Nobel per la Fisica nel 1978 per la loro scoperta), essi riconobbero – dopo aver eliminato tutte le altre possibili fonti di radiazioni, inclusa una buona quantità di escrementi di piccioni nel ricevitore – che il segnale in eccesso che stavano vedendo nel loro telescopio a microonde era l’eco del Big Bang: il fondo cosmico a microonde.

File:WMAP image of the CMB anisotropy.jpg - Wikimedia Commons
Questa immagine, proveniente dai dati raccolti in nove anni da WMAP , mostra le fluttuazioni di temperatura (±200µK) al momento del disaccoppiamento, 13.77 miliardi di anni fa. Queste fluttuazioni corrispondono alle disomogeneità della densità dalle quali sono cresciute le galassie.

Secondo la teoria del Big Bang, le temperature e le pressioni per i primi 300.000 anni dell’universo erano tali che gli atomi non potevano esistere. La materia era invece distribuita come un plasma altamente ionizzato. Il risultato è stato che le informazioni – i fotoni- dell’universo primordiale erano effettivamente intrappolate in un’inpenetrabile nebbia che, ancora oggi, ci nasconde i primordi del nostro Universo.

Con l’espansione dell’universo, tuttavia, la sua temperatura e densità scesero ad un punto in cui i nuclei atomici e gli elettroni furono in grado di combinarsi per formare atomi. Questa è conosciuta come l’epoca della ricombinazione, ed è in questo momento che i fotoni sono stati finalmente in grado di sfuggire alla nebbia dell’universo primordiale ed a viaggiare liberamente. La Radiazione cosmica di fondo è la registrazione di questi fotoni al momento della loro fuga.

la CMB è una delle prove più conclusive a favore della teoria del Big Bang. In particolare, la teoria prevede alcune caratteristiche per la radiazione residua rimasta dalla nascita dell’universo, tutte confermate dalla CMB stessa. Esse sono descritte di seguito:

La dispersione multipla dei fotoni da parte di un plasma caldo nell’universo primordiale dovrebbe portare a uno spettro di corpo nero per i fotoni una volta fuggiti all’epoca della reionizzazione. Questo è esattamente ciò che viene osservato per la CMB. La figura seguente traccia una curva teorica del corpo nero insieme ai dati CMB del satellite COBE (COsmic Background Explorer). L’accordo è talmente buono che è impossibile distinguere i dati dalla curva teorica.

cosmicmicrowavebackground2.jpg
I dati di COBE corrispondono alla curva teorica del corpo nero in modo che sia impossibile distinguere i dati dalla curva.

I fotoni della CMB furono emessi all’epoca della ricombinazione quando l’Universo aveva una temperatura di circa 3.000 K. Tuttavia, hanno subìto uno spostamento verso il rosso a lunghezze d’onda più lunghe durante il loro viaggio di circa 13 miliardi di anni attraverso l’universo in espansione e sono ora rilevati nella regione delle microonde dello spettro elettromagnetico ad una temperatura media di 2,725 K. Questo concorda bene con ciò che la teoria del Big Bang prevede.

la CMB è incredibilmente uniforme attraverso il cielo, variando di non più di una parte su centomila. Ciò suggerisce che le regioni dell’Universo che ora sono ampiamente separate, una volta erano abbastanza vicine da comunicare tra loro al fine di equalizzare la loro temperatura. Tuttavia, questo non è possibile data la teoria standard del Big Bang, l’età dell’universo e la velocità finita della luce.

La linea rossa nella figura seguente mostra che secondo la teoria, l’Universo aveva un raggio oltre i 10-10 metri a 10-45 secondi dopo il Big Bang. Poiché la velocità della luce viaggia a 3×108 m/s, le informazioni avrebbero potuto viaggiare solo circa 3×10-37 metri durante questo periodo. La teoria del Big Bang rende quindi impossibile per l’intero Universo aver distribuito uniformemente la sua temperatura in questi primi tempi, poiché non tutto l’Universo era in comunicazione. Questo crea un’incongruenza nel modello cosmologico standard nota come il problema dell’orizzonte.

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Il modello Big Bang da solo non può tenere conto della temperatura uniforme della CMB. Un periodo di inflazione è anche necessario in modo che le regioni dell’universo primordiale siano abbastanza vicine da pareggiare termicamente le loro temperature.

Per risolvere il problema dell’orizzonte, gli astronomi introdussero un periodo inflazionistico nel modello del Big Bang (regione blu della figura sopra). Questo improvviso aumento del tasso di espansione dell’Universo subito dopo il Big Bang, risolve non solo il problema dell’orizzonte, ma anche il problema della planarità. È stato quindi accettato come parte dell’attuale modello di concordanza della cosmologia.

Nel prossimo post, parleremo dei raggi X e dell’Universo alle alte energie.

L’universo nel radio e… II parte

Continuiamo il nostro viaggio nello spettro elettromagnetico che al momento ci colloca nella regione delle radio frequenze.

Bremsstrahlung

Questo processo di generazione di radiofrequenza prevede interazioni dirette tra particelle cariche in rapido movimento. Le regioni di gas incandescente eccitate dalle stelle calde, in particolare le regioni che formano le stelle e le nebulose planetarie, sono avvolte da elettroni energetici e protoni che ronzano intorno ad alta velocità. A volte si avvicinano abbastanza l’un l’altro per essere deviati dall’interazione delle loro cariche elettriche. Il processo di deflessione provoca l’emissione di radiazioni che si vede spesso più chiaramente alle lunghezze d’onda nel radio e ai raggi X (sebbene possa essere visto anche in altre parti dello spettro). Le osservazioni di tale radiazione dalle regioni che formano le stelle consentono agli astronomi di conoscere alcune proprietà come ad esempio la temperatura del gas. Questa emissione da particelle interagenti è nota come radiazione bremsstrahlung o “radiazione di frenatura”. È strettamente correlata al processo utilizzato negli strumenti di diagnostica medica a raggi X, in cui gli elettroni ad alta velocità vengono fermati da un bersaglio metallico e l’improvvisa decelerazione (frenata) causa l’emissione di quest’ultimi.

Radio gas!

Una delle più importanti realizzazioni e successive scoperte, in radioastronomia, fu che l’idrogeno, di gran lunga il gas più comune nell’Universo, poteva emettere ed assorbire radiazioni radio con una lunghezza d’onda di 21 cm. Misurare questa radiazione con i radiotelescopi ha aperto grandi opportunità per studiare i movimenti del gas sia all’interno che oltre la Via Lattea sfruttando l’effetto Doppler. Questi “autovelox” astronomici possono misurare il gas anche in regioni completamente oscurate alla vista nello spettro del visibile. Una delle principali applicazioni di questo studio è stata la misurazione delle masse di galassie a spirale. Questa proprietà fondamentale può essere derivata dalla velocità di rotazione del gas in orbita attorno alla galassia a un dato raggio.

L’idrogeno è il più semplice di tutti gli atomi ed è di gran lunga l’elemento più abbondante nell’Universo. L’atomo neutro (non ionizzato) è costituito da un solo protone e un singolo elettrone, ognuno dei quali ha quello che i fisici chiamano spin. Quando l’atomo è isolato e indisturbato, come nel caso dello spazio interstellare, avrà un protone e un elettrone i cui assi degli spin puntano in direzioni opposte (anti-parallelo). Anche il più lieve disturbo ad un atomo può far girare lo spin dell’elettrone in uno stato parallelo, un piccolo cambiamento di energia. Il passaggio al primo stato, o antiparallelo, avverrebbe dopo circa dieci milioni di anni per un atomo completamente isolato e determinerebbe l’emissione di un singolo fotone di radiazione radio di lunghezza d’onda di 21 cm. In pratica, le interazioni con altre particelle possono ridurre drasticamente questa lunga attesa, e naturalmente ci sono molti atomi di idrogeno nell’Universo. Quindi questa radiazione caratteristica è facilmente visibile con i radiotelescopi. Stimolato da Jan Oort, Hendrik van de Hulst nel 1944 predisse che il gas d’idrogeno poteva emettere questa radiazione mentre nel 1951 Purcell dell’Università di Harvard negli Stati Uniti osservò per la prima volta la linea spettrale di 21 cm dallo spazio. Da allora è diventato uno strumento fondamentale per la radioastronomia.

The Collision of M51 – National Radio Astronomy Observatory
Questa immagine della galassia a spirale M51, nota anche come Whirlpool Galaxy e il suo compagno NGC 5195 (in alto) è la combinazione delle osservazioni dell’emissione di idrogeno neutro (in blu) ottenute con il VLA telescope e con immagini a luce visibile dal Digital Sky Survey telescope.

Oggetti interessanti

Sebbene la radioastronomia sia stata costruita sullo studio della radiazione di sincrotrone da particelle energetiche, c’è un crescente interesse per l’emissione di onde radio provenienti da regioni grandi, ma molto fredde, dell’Universo. A volte chiamate nuvole molecolari, questi agglomerati di gas sono abbastanza freddi da contenere polveri e una miscela di molecole che trasmettono le loro firme identificative a lunghezze d’onda radio molto specifiche mentre si preparano a dare vita a nuove generazioni di stelle. Gran parte di questa radiazione termica proveniente da queste regioni fredde ricade nelle parti dello spettro radio – lunghezze d’onda di alcuni decimi di millimetro –  impossibili da captare da terra a causa dell’assorbimento da parte dell’atmosfera. Il veicolo spaziale Herschel dell’ESA è stato progettato per rendere possibili le osservazioni di queste lunghezze d’onda.

Calore da oggetti freddi?

Rilevare le radiazioni di calore da oggetti freddi suona un po’ strano. Ma è un’attività perfettamente legittima per un astrofisico. I corpi neri emettono radiazioni con un’intensità e uno spettro determinati in modo univoco dalla temperatura e dall’area della superficie di emissione. Una nuvola di gas davvero fredda, diciamo -240 C, irradierà uno spettro di corpo nero con un picco ad una lunghezza d’onda di circa un decimo di millimetro. Il cielo vuoto attorno alla nuvola apparirà più freddo di essa così il nostro telescopio, nel lontano infrarosso, vedrà una macchia luminosa su uno sfondo più scuro. Nell’universo distante, con uno redshift sopra i 3 o giù di lì, l’emissione diventerà accessibile ai telescopi sub millimetrici come l’ALMA.

La Nebulosa Testa di Cavallo in luce visibile (a sinistra) è ben definita ma l’area è scura. Alle lunghezze d’onda submillimetriche (a destra), la nuvola è chiara, ma l’immagine risulta sfocata. Idealmente, gli scienziati hanno maggiori informazioni combinando la nitidezza della sinistra con la chiarezza della destra.

Di solito in astronomia è più facile rilevare e studiare oggetti nel nostro vicinato cosmico piuttosto che sforzarsi di vedere quelli più deboli nelle parti più lontane dell’Universo. Quando proviamo a fare questo tipo di astronomia da terra, tuttavia, lo spostamento verso il rosso di oggetti molto distanti può aiutarci, spostando la radiazione di calore freddo in una parte dello spettro radio dove, almeno da siti di osservazione molto asciutti, l’atmosfera è trasparente . Questo spostamento consente l’uso di aree terrestri molto grandi dove ubicare telescopi nello spettro delle microonde. Queste aggregazioni sono molto più grandi rispetto agli strumenti che potremmo lanciare nello spazio. E questa è una delle giustificazioni primarie per la costruzione di siti come l’osservatorio di Cerro Llano de Chajnantor quello che ospita l’ALMA.

Nel terza parte parleremo del CMB. Vi starete chiedendo cos’è? Non siate impazienti, rispetto al tempo cosmico, il tempo fra un post e l’altro è una frazione infinitesimale…

L’universo nel radio e… I parte

Visto attraverso i radiotelescopi, il cielo è irriconoscibile per un astronomo che lavora principalmente nello spettro della luce visibile. Al posto delle stelle nella Via Lattea ci sono oggetti sparsi in tutto l’universo. Le fonti radio sono rare ma spesso intrinsecamente molto potenti, il che le rende visibili a grandi distanze. Le emissioni di queste galassie radio, quasar ed esplosioni stellari titaniche sono il risultato di particelle subatomiche immensamente energetiche che accelerano attraverso regioni di campi magnetici contorti. Questo processo è abbastanza diverso da quello che produce la radiazione di calore dalle superfici delle stelle e ci conduce nel cuore di alcune delle azioni più violentemente energetiche dell’Universo.

Oltre i limiti estremi della luce infrarossa, ci spostiamo nello spettro radio. Alle lunghezze d’onda più brevi (dell’ordine di un millimetro circa) abbiamo la banda soprannominata microonde, che sono comunemente utilizzate nei telefoni wireless. A lunghezze d’onda più lunghe lo spettro radio si estende per centimetri, metri ed oltre. Lo spettro radio è aperto e illimitato, nel senso che non esiste una lunghezza d’onda radio “più lunga”. Tuttavia, in termini pratici, basse energie e lunghezze d’onda estreme oltre un chilometro diventano molto difficili da generare o rilevare. Inizialmente gli astronomi non erano molto ottimisti riguardo alla possibilità di vedere anche gli oggetti che già conoscevano alle lunghezze d’onda radio. A partire dal 1932 e successivamente stimolata dallo sviluppo dei radar a scopo militare durante la prima guerra mondiale, la radioastronomia fu la prima grande escursione dell’umanità nell’universo nascosto. Le prime osservazioni radio portarono a realizzare che l’Universo poteva apparire molto diverso quando osservato attraverso nuovi “occhi” sintonizzati su una diversa radiazione rispetto a quella del visibile.

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Le onde radio a frequenza estremamente bassa (ELF) con lunghezze d’onda di decine di migliaia di chilometri sono di scarso interesse per i radioastronomi terrestri poiché sono completamente assorbite dalla ionosfera che rappresenta lo schermo delle particelle cariche che avvolge il nostro pianeta. I sottomarini, tuttavia, si affidano a loro per comunicare con il comando base. Quando raggiungiamo alcune decine di chilometri (VLF o Very Low Frequency), tuttavia, il cielo diventa trasparente e rimane tale fino a quando la lunghezza d’onda non scende al di sotto di un centimetro (SHF, Super High Frequency o microwave). I range millimetrici e sub-millimetrici sono afflitti dall’assorbimento dell’acqua presente nell’atmosfera, ma sono di grande interesse per gli astronomi poiché possono essere utilizzati per rilevare e misurare le enormi quantità di materiale freddo tra le stelle e in tutto l’Universo.

Il Sole fu presto identificato come una fonte discreta di onde radio e si scoprì che le poche altre sorgenti radio luminose erano visibili in regioni povere di stelle promettenti. L’obiettivo consisteva nell’abbinare queste fonti di radiazioni radio ad oggetti che erano già familiari agli astronomi nella luce visibile. Il problema era che i primi radiotelescopi, nonostante le loro dimensioni significative, non riuscivano a localizzare con precisione le posizioni delle sorgenti radio nel cielo. Poiché sarebbe difficile e costoso costruire un singolo radiotelescopio abbastanza grande da raggiungere la risoluzione necessaria, i costruttori di telescopi dovevano fare uno sforzo per capire come collegare antenne molto distanziate fra loro in modo da consentire di agire come un singolo telescopio più grande. La risultante tecnica dell’interferometria è oggi ampiamente utilizzata, specialmente alle lunghezze d’onda radio, per consentire l’imaging ad alta risoluzione usando array di radiotelescopi. Montando alcuni di questi sui satelliti, i telescopi in questi array possono anche essere separati da distanze maggiori del diametro della Terra. I primi interferometri consentirono l’identificazione di fonti misteriosamente poco appariscenti per le galassie dall’aspetto peculiare dei telescopi a luce visibile e gli apparenti resti di esplosioni stellari chiamate supernovae. Perché questi emettono quantità così abbondanti di radiazioni radio e così poca luce visibile?

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La risoluzione di un telescopio è la capacità di distinguere i dettagli fini, nota anche come potere di risoluzione spaziale. Essa dipende in modo relativamente semplice sia dalla dimensione del telescopio sia dalla lunghezza d’onda della radiazione che sta visualizzando. Maggiore è il numero di lunghezze d’onda della luce che si adattano ad uno specchio o obiettivo del telescopio, maggiore è la risoluzione del telescopio stesso. Poiché le onde radio sono in genere 100000 volte più lunghe delle onde visibili, un radiotelescopio dovrebbe avere un diametro di circa 240 km per ottenere la stessa potenza di risoluzione di Hubble, che ha uno specchio di soli 2,4 metri di diametro.

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Il radiotelescopio a piatto unico di Arecibo a Puerto Rico ha una larghezza impressionante di 305 metri, ma non raggiunge nulla di simile alla risoluzione raggiunta anche dal più piccolo telescopio a luce visibile. Inoltre, il piatto non può essere guidato ed è limitato all’osservazione di una stretta fascia di cielo. Tuttavia, in seguito ai primi esperimenti riusciti nel 1946 in Australia, gli astronomi hanno utilizzato la tecnica dell’interferometria per costruire array di telescopi che combinano i segnali in un modo che raggiunge la risoluzione (ma non l’area di raccolta) di uno strumento delle dimensioni pari alla massima separazione delle antenne. Utilizzando l’interferometria gli astronomi possono combinare le onde luminose di due telescopi allineando con precisione le creste e le depressioni dell’onda. Le più grandi matrici interferometriche combinano segnali provenienti da telescopi sparsi in tutto il mondo, che agiscono insieme come un unico strumento quasi delle dimensioni della Terra e in grado di accertare le posizioni delle fonti con una precisione straordinaria che va oltre i più grandi telescopi a luce visibile.

Radiazione di sincrotrone.

Il bagliore del cielo nel radio deriva da processi molto diversi da quelli osservati alle lunghezze d’onda visibili, infrarosse e ultraviolette. I processi termici del corpo nero non sono forti in questa parte dello spettro. La maggior parte delle sorgenti radio luminose sono siti di eventi violentemente energetici, come i buchi neri, in cui le particelle subatomiche cariche elettricamente vengono accelerate fino a quasi la velocità della luce. Sono i movimenti di queste particelle cariche in rapido movimento che generano più comunemente l’emissione nel radio.
Come suggerisce il termine radiazione elettromagnetica, gli effetti dei campi elettrici e magnetici sono strettamente correlati. Quando una particella carica come un elettrone o un protone si muove attraverso un campo magnetico, viene deviata e inviata su un percorso a spirale lungo le linee del campo magnetico. Questa carica oscillante cederà parte della sua energia all’emissione di radiazioni, in particolare alle lunghezze d’onda radio.
Alcuni dei primi dispositivi acceleratori di particelle costruiti dai fisici si chiamavano “sincrotroni”. Le onde radio emesse dalle particelle accelerate e la relativa perdita d’energia associata durante il movimento a spirale attraverso il campo magnetico dei dispositivi, diedero il nome di radiazione di sincrotrone. Sorprendentemente, l’Universo è pieno di molti sincrotroni cosmici su tutte le scale e il processo ben studiato sulla Terra ci consente di comprendere processi simili che si verificano in tutto l’Universo.

sincrotrone

crabnebula
La nebulosa del granchio è il residuo di una stella che è stata vista esplodere nell’anno 1054 dagli osservatori cinesi, un evento che ora chiamiamo supernova. La struttura estesa che vediamo ora, quasi mille anni dopo, è sorprendentemente simile quando viene ripresa con i radiotelescopi, i raggi infrarossi, la luce visibile e i raggi X. Questo perché le radiazioni che vediamo in tutte queste diverse lunghezze d’onda provengono dalla stessa meccanismo di elettroni ad alta velocità (e probabilmente anche elettroni di antimateria, chiamati positroni) a spirale in un campo magnetico aggrovigliato. Questo tipo di radiazione è chiamata radiazione di sincrotrone. Gli elettroni e i positroni più energetici emettono raggi X mentre quelli meno energetici possono irradiare onde radio. Quelli con energie intermedie si irradiano nel visibile e nell’infrarosso. Si ritiene che l’origine di queste particelle energetiche sia una pulsar o una stella di neutroni rimasta dopo l’esplosione della stella.

cygnus
Nei siti più energetici dell’Universo, la radiazione di sincrotrone può essere emessa attraverso l’intero spettro elettromagnetico e può anche essere vista con i telescopi nella gamma infrarossa, visibile, ultravioletta e dei raggi X. Il meccanismo di sincrotrone all’interno e attorno ai buchi neri in genere rappresenta le più potenti fonti radio nel cielo, come Cygnus A qui rappresentata.

 

L’Universo agli ultravioletti… II parte.

Telescopi per l’ultravioletto.

Come con gli infrarossi, i telescopi per l’ultravioletto possono impiegare molte delle tecnologie ottiche utilizzate da quelli che operano nello spettro del visibile, ed in particolare nella banda near-ultraviolet (400-300 nm). Gli specchi progettati per riflettere e focalizzare la luce ultravioletta, tuttavia, devono essere lavorati con maggiore precisione a causa delle lunghezze d’onda più corte. La contaminazione di specchi e lenti da parte di depositi organici vaganti è particolarmente dannosa nell’ultravioletto e l’ottica e gli strumenti devono essere tenuti scrupolosamente puliti. Mentre la luce near-ultraviolet può essere osservata da terra, i vantaggi delle osservazioni dallo spazio crescono rapidamente nel range del mid e del far ultraviolet. Il telescopio spaziale Hubble, oltre a lavorare nel visibile, ha strumenti come fotocamere e spettrometri, che sono sensibili fino alle lunghezze d’onda dell’ultravioletto lontano. I rivelatori ottimizzati per la luce visibile hanno scarsa efficienza a lunghezze d’onda ultraviolette più corte, quindi i telescopi ultravioletti più sensibili hanno tecnologie progettate appositamente per questa parte dello spettro luminoso. Ad esempio, Galaxy Evolution Explorer, o GALEX, utilizza un innovativo rivelatore che visualizza la posizione e il tempo di arrivo di ciascun fotone ultravioletto in ingresso. I programmi per computer possono utilizzare questi dati per creare successivamente delle immagini, piuttosto che generare un’immagine completa leggendo direttamente dall’array del rivelatore, come avviene comunemente con altri telescopi. GALEX è stato progettato per vedere le lontane e deboli sorgenti ultraviolette dell’Universo, mentre altri telescopi come ad esempio l’Osservatorio Solare ed Eliosferico SOHO hanno una sensibilità inferiore ma un design progettuale molto robusto necessario quando si studia la fonte luminosa ultravioletta del nostro cielo: il Sole.

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La magnifica galassia a spirale M81 vista in luce ultravioletta.

Scienza dell’ultravioletto.

Sole e Pianeti.

Il Sole è un perfetto laboratorio per lo studio degli ultravioletti poiché questa banda dello spettro ci consente di osservare i gas più caldi della cromosfera solare e della corona. La temperatura del Sole aumenta al di sopra della sua superficie visibile attraverso l’estesa corona. Il gas caldo si sviluppa lungo i campi magnetici altrimenti invisibili, rendendo possibile la tracciatura della sua attività. Osservando l’emissione della linea spettrale ultravioletta dalle tracce di ferro presenti nell’atmosfera solare esterna, la corona, è possibile osservare come i campi magnetici particolarmente intensi del Sole possono contribuire all’innalzamento della temperatura in questa regione. Le temperature qui possono variare da decine di migliaia a milioni di gradi centigradi, ben oltre la sua temperatura superficiale di 5500° C.
La luce ultravioletta ci permette anche di sondare i campi magnetici degli altri pianeti del nostro sistema solare. Le particelle cariche espulse dalla corona del Sole possono rimanere intrappolate all’interno di questi campi. Formando una spirale verso i poli, possono produrre scariche luminose nell’atmosfera, e creare le meravigliose aurore che possiamo osservare anche sul nostro pianeta Terra. Queste aurore possono essere particolarmente luminose nell’ultravioletto, e come nel caso di Giove e Saturno, si manifestano nell’alta atmosfera grazie al soffio particellare del nostro astro.

Immagine correlata
Il Sole visto agli ultravioletti.

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L’aurora su Giove.

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L’aurora su Saturno.

Formazione stellare.

Oltre i limiti del Sistema Solare, la principale fonte di emissione ultravioletta è rappresentata dalle stelle più calde. Stelle simili al nostro Sole possono contribuire in modo significativo alla banda nel near-ultraviolet, ma nel far-ultraviolet le stelle più massicce la fanno da padrone. Queste enormi stelle sono relativamente poche, ma compensano il loro numero ridotto con una luminosità sorprendente: una stella 20 volte più grande del Sole è 20.000 volte più luminosa, e la maggior parte di quella luce viene emessa nell’extreme-ultraviolet. Le stelle più massicce non vivono a lungo, solo pochi milioni di anni, un battito di ciglia in confronto ai 10 miliardi di anni di aspettativa di vita del nostro Sole. Esse non si allontanano di molto dal luogo in cui si sono formate e la loro luce ultravioletta ci consente di identificare le attuali regioni di formazione stellare attive. In alcune galassie ciò ha portato alla scoperta di strutture a spirale che si estendono ben oltre il disco di luce visibile osservabile.

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Il sistema binario z Camelopardalis osservato attraverso il telescopio GALEX.

Le stelle massicce hanno una forte influenza sulle regioni che le hanno prodotte. Non appena una di queste innesca la fusione nucleare nel suo nucleo, l’alta temperatura stimola un torrente di radiazioni ultraviolette. L’energia dei fotoni ultravioletti è così grande che può distruggere le molecole delle polveri circostanti spazzandole via letteralmente dalle regioni di formazione. Ovunque si trovino queste giovani stelle brillanti, di solito ci sono enormi nuvole di polvere che vengono distrutte dalla luce intensa delle stelle stesse. Le regioni più dense della nuvola si erodono più lentamente, lasciando dietro di sé imponenti colonne di polvere e gas. Dato che queste regioni sono le nuvole più dense nella zona, spesso ospiteranno più stelle baby nel processo di formazione. Ogni qualvolta si osservano massicci pilastri di polvere nella luce visibile o all’infrarosso, esse ci indicano la presenza nelle vicinanze di una futura generazione di stelle in fase di formazione.

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L’ammasso M16 con una popolazione di soli 2 milioni di anni è circondato da nuvole di gas incandescente  e polveri che fungono da nursery.

L’Universo agli ultravioletti… I parte.

La luce ultravioletta in gran parte ha origine nel bagliore delle stelle. Le stelle più calde e massicce brillano più luminose nell’ultravioletto, ma anche il nostro Sole più freddo produce ancora una buona quantità di luce in questa parte dello spettro. Lo spettro dell’ultravioletto inizia appena oltre il blu-violetto a una lunghezza d’onda di 400 nanometri e include lunghezze d’onda fino a 10 nanometri alla sua estremità finale. Ricordatevi la regola: più breve è la lunghezza d’onda, maggiore è l’energia. Un singolo fotone ultravioletto può trasportare più energia di 50 o più fotoni di luce rossa!

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Immagine nell’ultravioletto della galassia di Andromeda M31. E’ un mosaico di circa 330 immagini che coprono una distanza di circa 200.000 anni luce, catturate dal telescopio spaziale Swift della NASA.

Lo spettro ultravioletto può essere suddiviso in quattro regimi di energia crescente.

Near-ultraviolet: 400-300 nm

Queste lunghezze d’onda si trovano appena oltre il limite della visione umana e comprendono la cosiddetta “luce nera” o lampada di Wood, usata spesso nelle manifestazioni mondane per illuminare una varietà di materiali fluorescenti come carta bianca, vernici, inchiostri etc… Questo range di radiazioni provenienti dal Sole raggiungono la Terra più facilmente e possono essere osservate da terra.

Mid-ultraviolet: 300-200 nm

La radiazione medio-ultravioletta proveniente dal Sole e filtrata dall’ozono presente nella nostra atmosfera, raggiunge ancora il terreno in dosi sufficienti a causare scottature e danni che possono portare al cancro della pelle come conseguenze di lunghe e protratte esposizioni nel tempo.

Far-utraviolet: 200-122 nm

L’atmosfera è essenzialmente opaca alla radiazione ultravioletta, quindi i telescopi spaziali o i razzi ad alta quota vengono utilizzati per le osservazioni in questo range. Questa luce è sufficientemente distruttiva per uccidere i batteri, quindi viene usata per la sterilizzazione degli oggetti. Inoltre rappresenta la più grande minaccia per la diffusione della vita, come il trasporto nello spazio di molecole organiche che possono trovarsi sulla superficie di oggetti rocciosi e che potrebbero raggiungere un pianeta come asteroidi.

Extreme-ultraviolet: 122-10 nm

Questa banda di ultravioletti è la più energetica delle altre e si estende sino al confine dello spettro dei raggi X. La sua emissione è solitamente associata alle stelle più calde presenti nel nostro Universo.

Immagine correlata
Focus dello spettro EM sul range degli ultravioletti.

Sulla Terra siamo al riparo da gran parte dell’ultravioletto proveniente dal Sole, poiché l’ozono presente nella nostra atmosfera superiore filtra una grande quantità di questi raggi. L’assorbimento significativo inizia oltre i 300 nm, rendendo le osservazioni a terra molto difficili a queste lunghezze d’onda. Mentre da una parte è una rovina per gli astronomi, questo rende l’esposizione alla luce del sole molto più sicura per noi. I fotoni ultravioletti trasportano molta più energia dei fotoni visibili, abbastanza da danneggiare la nostra pelle e persino il DNA nelle nostre cellule. Paradossalmente, la luce ultravioletta è responsabile degli stessi processi (nella nostra atmosfera) che impediscono a gran parte di essa di raggiungere il suolo. L’ozono, che è il principale filtro contro le più terribili forme di ultravioletto, è in realtà prodotto nella nostra atmosfera superiore, quando i fotoni provenienti dallo spazio interagiscono con le molecole di ossigeno.

Southern Pinwheel Galaxy (M83) radio and UV radiation
Immagine della galassia M83 nel radio (in rosso) e nell’ultravioletto (in blu)

Storia

Il fisico tedesco Johann Ritter ha scoperto per la prima volta l’esistenza della luce ultravioletta nel 1801 solo un anno dopo che William Herschel aveva scoperto la luce infrarossa. Ispirato dalle esplorazioni di Herschel su ciò che stava al di là del rosso, Ritter voleva sapere se esisteva anche una forma invisibile di luce che si estendeva oltre il blu.
Il “rivelatore” di Ritter era composto da cloruro d’argento chimico (comunemente usato nella carta bianca e nera per fotografie), che diventava nero se esposto alla luce. Facendo filtrare la luce solare attraverso un prisma, posò dei campioni di cloruro d’argento lungo i diversi colori dello spettro. Mentre la luce rossa mostrava poca reazione, il reagente diventava sempre più scuro verso il blu e il violetto. C’era forse un altro tipo di luce che si nascondeva oltre il viola?

La scoperta di Ritter di questi cosiddetti raggi “chimici” stabilì l’idea che lo spettro è incorporato in uno più ampio di luce, il resto del quale è invisibile ai nostri occhi. In seguito abbiamo appreso che non tutte le creature sono insensibili alla luce ultravioletta come gli esseri umani. Un certo numero di uccelli, api e altri insetti è noto per la capacità di vedere nell’ultravioletto. Un’abilità sfruttata da alcune piante da fiore che attraverso segnali guida (a noi invisibili) attraggono gli insetti impollinatori.

La stella Mira e la sua splendida coda lunga 13 anni luce composta di gas stellari prodotta negli ultimi 30.000 anni e visibile nell’ultravioletto.

Fonti dell’ultravioletto

Blackbody

La maggior parte della luce ultravioletta che vediamo nell’Universo proviene dalle stelle più calde. La luce ultravioletta proviene dalla parte a “lunghezza d’onda corta/alta energia” della radiazione termica di corpo nero (vedi il post “Il colore delle stelle“) ed è emessa ad alte temperature. Le stelle con temperature superiori a 7.500 °C sono effettivamente più luminose nell’ultravioletto. Le stelle più massicce dell’universo possono superare anche i 40.000 °C con valori d’emissione della radiazione di corpo nero nell’ultravioletto estremamente elevati. Le prime stelle che si sono formate nell’universo potrebbero essere state ultra-massicce e potrebbero aver raggiunto temperature superiori a 100.000 °C mentre, anche adesso, i nuclei esposti di stelle che hanno soffiato via il gas per formare nebulose planetarie, possono essere ancora più caldi. Non dimentichiamo tuttavia, che, anche una stella relativamente fredda come il Sole, a soli 5.500 °C è in grado di generare una quantità significativa di luce ultravioletta.

Linee spettrali

Oltre alla radiazione termica di corpo nero, ci sono un certo numero di linee spettrali che si trovano in tutta la parte dell’ultravioletto. Molti elementi comuni, tra cui l’idrogeno e l’elio, hanno importanti transizioni in questa parte dello spettro e sono spesso utilizzati dagli astronomi per studiare il gas che può assorbire ed emettere questi caratteristici fotoni ultravioletti. Anche la molecola più comune nell’universo, l’idrogeno molecolare, costituito da due atomi di idrogeno legati l’uno all’altro, ha la sua emissione primaria nell’ultravioletto.

Nella seconda parte parleremo degli enormi vantaggi derivanti dall’osservazione dallo spazio degli oggetti celesti nel medio ultravioletto ed oltre, rispetto alle osservazioni effettuate da terra nel vicino ultravioletto.

L’Universo a infrarossi… II parte.

L’astronomia a infrarossi impiega la stessa tecnologia utilizzata per le rilevazioni di luce nel visibile. Ad uno sguardo casuale può essere difficile distinguere un’immagine di un telescopio nel visibile da una di un telescopio nell’infrarosso. La luce che raggiunge uno specchio lucido viene riflessa e focalizzata su una camera dello strumento. I rilevatori assomigliano molto agli array digitali presenti nelle fotocamere digitali consumer, sebbene le tecnologie attuali dei semiconduttori siano diverse e ottimizzate per le lunghezze d’onda a infrarossi i telescopi ottici, se dotati di rilevatori adatti, funzionano egualmente bene nel vicino infrarosso. Come noto l’atmosfera terrestre è opaca a molte lunghezze d’onda infrarosse, ma esistono alcune finestre nelle bande del vicino e medio infrarosso a noi accessibili da terra. Il telescopio nello spazio invece può essere molto vantaggioso ed è essenziale per le osservazioni nel lontano infrarosso dove la nostra atmosfera è completamente opaca. È spesso necessario regolare i materiali dei componenti poiché le proprietà ottiche (trasparenza e riflettività) possono dipendere fortemente dalla lunghezza d’onda in esame. Il raffreddamento criogenico è un componente fondamentale dei telescopi a infrarossi. Gli oggetti a temperatura ambiente generano una radiazione infrarossa molto intensa che disturberebbe i rilevatori. Sarebbe come far brillare una torcia su un rilevatore di luce visibile mentre si cerca di rilevare un oggetto debole. I telescopi nel vicino infrarosso sono tipicamente raffreddati con azoto liquido a circa -195 °C mentre i telescopi nel medio e lontano infrarosso richiedono che l’elio liquido raggiunga temperature operative molto più basse -267 °C o inferiori.

Immagine nell’infrarosso delle Pleiadi fatta dal telescopio spaziale Spitzer della NASA.

Fonti di luce infrarossa

Anche se la radiazione di corpo nero a infrarossi è simile alla luce visibile, le lunghezze d’onda più lunghe presentano un universo molto diverso agli astronomi. Solo le stelle più calde emettono la maggior parte delle loro radiazioni di corpo nero nello spettro visibile, mentre il picco d’emissione di corpo nero proveniente dalle più numerose, più fredde e lontane stelle è nell’infrarosso. Di conseguenza, la nostra visione dell’Universo visibile è fortemente orientata verso le stelle più calde, che possono apparire migliaia di volte più luminose delle loro controparti più fredde. Questo inficia profondamente la nostra visione se siamo interessati a comprendere la distribuzione complessiva delle stelle nel nostro Universo. Le stelle meno massicce del nostro Sole sono molto più numerose nella galassia, ma proporzionalmente rappresentano una piccola quantità della luce visibile.

La radiazione di corpo nero (polveri)

La radiazione di corpo nero ha un’importanza decrescente nello spettro infrarosso quanto la lunghezza delle lunghezze d’onda stesse. Verso il medio e il lontano infrarosso, le nuvole di polvere diventano le principali protagoniste. Mentre la polvere che fluttua nello spazio interstellare può essere molto fredda, anche la materia che è a temperature a partire da -250 °C emetterà ancora forti radiazioni di corpo nero nel lontano infrarosso. La polvere che viene riscaldata dalle stelle vicine a -170 °C sarà più luminosa nel medio infrarosso.

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A – Messier 81 nell’infrarosso

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B – Messier 81 nel visibile

I magnifici bracci a spirale della vicina galassia Messier 81 sono evidenziati nell’immagine A nell’infrarosso fatta dallo Spitzer Space Telescope della NASA. L’immagine è un mosaico composito di emissione infrarossa a 24 micrometri (rosso) combinato con 8 micrometri (verde) e 3,6 micrometri (blu). L’immagine B sottostante della stessa galassia nel visibile è stata ottenuta con l’Isaac Newton Telescope a terra a La Palma. Le corsie di polvere che assorbono la luce visibile e appaiono scure nell’immagine A, si radicano fortemente nell’infrarosso soprattutto ad 8 e 24 micrometri. Questo fenomeno accade quando un granello di polvere viene riscaldato e riemette l’energia nell’infrarosso dopo aver assorbito la luce ultravioletta o visibile proveniente dalle stelle appena nate.

Linee spettrali

Nello spettro visibile le nebulose possono illuminarsi con la luce dei gas caldi che emettono le linee spettrali caratteristiche di ciascun elemento. Questi processi continuano nell’infrarosso. Poiché la luce a infrarossi contiene meno energia delle lunghezze d’onda visibili, in genere richiede meno energia per stimolare l’emissione di linee spettrali ad infrarossi. Questo può produrre un’ampia varietà di firme di elementi e molecole a temperature più basse che non sono abbastanza calde da emettere nella parte visibile dello spettro. Di particolare interesse nell’infrarosso è una vasta banda di emissione da parte di molecole di polvere organica. Questi composti a base di carbonio possono risplendere in modo brillante nell’infrarosso medio, stimolati dalla fluorescenza delle stelle vicine.

La polvere diventa trasparente

In un cielo scuro e limpido, alzando lo sguardo o puntando un binocolo, possiamo vedere una striscia di luce che si estende da un orizzonte all’altro conosciuta comunemente come la Via Lattea. E’ l’unico modo in cui possiamo vedere la nostra galassia direttamente dalla nostra posizione all’interno del disco galattico. Le macchie scure che vediamo sparse su questa banda di luce sono il risultato dell’oscuramento delle nuvole di polvere presenti nella galassia che impediscono enormemente la nostra visione di stelle e nebulose lontane. Così molte stelle risultano invisibili, ed anche il centro stesso della nostra galassia, all’osservazione nel visibile. L’infrarosso invece ci mostra un’immagine completamente diversa. L’oscurità frammentaria è quasi scomparsa e possiamo vedere la nostra galassia con chiarezza. La posizione del centro della Via Lattea era un mistero per molti anni. Negli anni ’20, Harlow Shapley usò metodi intelligenti per determinare che il centro si trovava verso la costellazione del Sagittario, ma oggi una semplice mappa a infrarossi del cielo rivela senza sforzi il rigonfiamento galattico e l’ammasso stellare centrale nelle bande del vicino infrarosso medio, mentre le nuvole più dense e più scure rimangono opache. Questa trasparenza nell’infrarosso consente agli astronomi di assistere al processo di nascita delle stelle. Le stelle si formano nei nuclei delle nubi di gas e di polvere che collassano per gli effetti gravitazionali. Questi bozzoli polverosi impediscono alla luce visibile di fuoriuscire, ma possono essere penetrati da lunghezze d’onda sufficientemente lunghe di luce infrarossa. Filamenti di polvere così densi da rimanere opachi nell’infrarosso, si stagliano come marcatori che annunciano la formazione di nuove stelle al loro interno. La trasparenza della polvere all’infrarosso può essere un vantaggio per chi studia anche altre galassie. Usando la radiazione infrarossa possiamo guardare attraverso le oscure corsie e gli addensamenti di polvere, scoprendo la popolazione retrostante delle stelle che si staglia lungo i diversi elementi strutturali delle galassie come i bracci a spirale ed i rigonfiamenti centrali. A lunghezze d’onda più lunghe la polvere stessa diventa luminosa, consentendo un quadro completo delle regioni dense che danno origine a nuove popolazioni di stelle.

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La costellazione d’Orione all’infrarosso immagine presa dal satellite astronomico IRAS

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Immagine nell’infrarosso presa dal telescopio spaziale Spitzer della grande nube di Magellano

Nel prossimo post, parleremo dell’Universo agli ultravioletti.

L’Universo a infrarossi… I parte.

Le sorgenti che interessano l’astronomia nell’infrarosso sono caratterizzate dalla modesta temperatura intrinseca e riguardano principalmente la materia fredda -gas e polveri- che si trova diffusa nel cosmo. Mentre infrarosso è spesso sinonimo di calore, per gli astronomi è in realtà lo strumento più prezioso per lo studio degli oggetti più freddi secondo gli standard terrestri. Fornisce una visione molto diversa dell’Universo ed integra ciò che osserviamo nella banda del visibile. Grazie ad essa siamo in grado di attraversare le cortine di gas e polveri interstellari che risultano opache ai nostri occhi, permettendoci di rivelare dettagli altrimenti invisibili. Se volete approfondire l’affascinante mondo dello spettro elettromagnetico, leggete il mio precedente poi qui.

Lo spettro dell’infrarosso inizia appena oltre la luce più rossa percepita dai nostri occhi e si estende sino a lunghezze d’onda cento volte più lunghe di quelle dello spettro visibile. Mentre il visibile è limitato da una banda stretta (380 nm – 740 nm) lo spettro infrarosso si estende dal limite superiore del visibile sino a circa 400 µm.

Lo spettro infrarosso è suddiviso in tre regioni: il vicino infrarosso, il medio infrarosso ed il lontano infrarosso. Queste suddivisioni sono solamente definizioni osservazionali e non dei confini ben precisi. Vediamole ora in dettaglio.

Vicino infrarosso 0,8-5,0 µm

Il regime del vicino infrarosso inizia appena oltre i limiti estremi della luce più rossa visibile dall’occhio umano e tende a lunghezze d’onda circa dieci volte superiori a quelle da esso osservabili. Le proprietà delle radiazioni nel vicino infrarosso sono simili a quelle della luce, e le stesse tecnologie di solito funzionano nel vicino infrarosso. L’atmosfera è in gran parte scarsamente trasparente nel vicino infrarosso, sebbene vi siano alcune bande di assorbimento causate da varie molecole (principalmente acqua).

Medio infrarosso 5,0-40 µm

Il regime del medio infrarosso si estende su lunghezze d’onda che vanno da 10 a 100 volte la lunghezza di quelle visibili agli esseri umani. In questo range troviamo ad esempio l’emissione termica proveniente da oggetti con temperature vicine a quella ambientale incluse le persone oppure le termo camere per immagini termoelettriche industriali che funzionano tipicamente attorno ai 10 µm. L’atmosfera terrestre ha alcune finestre di trasparenza ragionevole, ma diventa essenzialmente opaca oltre 14 µm.

Lontano infrarosso 40-400 µm

Le lunghezze d’onda del lontano infrarosso vanno da circa 100 a 1000 volte la lunghezza della luce visibile. Questa banda copre principalmente l’emissione termica proveniente da oggetti freddi a temperature che possono arrivare fino a 10 gradi sopra lo zero assoluto. L’atmosfera della Terra è completamente opaca a queste lunghezze d’onda e i telescopi del lontano infrarosso devono essere posti nello spazio e raffreddati criogenicamente fino a -263° C per funzionare efficacemente.

Lo scopritore

Sir William Herschel può essere considerato il padre dell’astronomia a infrarossi. Dopo la sua scoperta del pianeta Urano nel 1787, le sue indagini lo portarono a scoprire la presenza di radiazioni infrarosse nel 1800. Fece un esperimento empirico  facendo passare la luce solare attraverso un prisma di vetro. La luce solare viene dispersa dal prisma in un arcobaleno di colori chiamato spettro. Herschel era interessato a misurare la quantità di calore in ogni colore e per fare la misura, usò termometri con bulbi anneriti. Herschel notò che la temperatura aumentava dal blu al rosso e che, collocando un termometro appena oltre la parte rossa dello spettro, in una regione dove non c’era luce visibile, misurò una temperatura ancora più alta. Pertanto, si rese conto che ci doveva essere un altro tipo di “luce” al di là del rosso, che non siamo in grado di vedere. Questo tipo di luce divenne noto come infrarosso.

L’esperimento condotto da Herschel.

Gli esperimenti successivi di Herschel hanno evidenziato che questa nuova “luce” ha le stesse proprietà ottiche della luce visibile . Questa comprensione alla fine ha gettato le basi per la tecnologia del telescopio all’infrarosso. Le rilevazioni ad infrarossi della Luna a metà del 1800 sono state seguite successivamente affiancate da rilevazioni simili di Giove e Saturno ed anche ad alcune delle stelle più luminose nei primi anni del 1900. Negli anni ’60 una serie di osservazioni da terra e con palloncini sonda e razzi, aveva permesso di catalogare alcune delle più luminose sorgenti all’infrarosso, comprese le regioni di formazione stellare ed il centro della nostra galassia. Il lancio dell’Infrared Astronomical Satellite (IRAS) nel 1983 ha aperto una nuova era nell’astronomia all’infrarosso. Dal suo punto di osservazione orbitale al di là di un’atmosfera in gran parte opaca alla luce infrarossa, IRAS ci ha dato la nostra prima visione del cielo alle lunghezze d’onda del lontano infrarosso.

Инфракрасное небо
Il cielo all’infrarosso visto da IRAS.

L’immagine di IRAS, mostra l’intero cielo alle lunghezze d’onda nell’infrarosso. E’ il risultato di 18 mesi di dati osservativi raccolti dal satellite. La brillante banda orizzontale è il piano galattico con il centro della via Lattea al centro dell’immagine. I colori rappresentano l’emissione ad infrarossi rilevata su tre bande specifiche. Il blu alla lunghezza d’onda di 12 µm, il giallo-verde alla lunghezza d’onda di 60 µm e il rosso alla lunghezza d’onda di 100 µm. La materia calda appare di colore blu o bianco, mentre quella più fredda appare di colore rosso.

Tra i successori di IRAS, possiamo citare il satellite dell’ESA ISO (Infrared Space Observatory) lanciato nel 1995 e il satellite Spitzer della NASA lanciato nel 2003. La tecnologia di questi successori ha incrementato notevolmente la sensibilità e la risoluzione delle immagini raccolte.

Citiamo anche il più ambizioso progetto di survey del cielo ad infrarosso condotto con l’ausilio di telescopi terrestri. Il 2MASS (Two Micron All-Sky Survey) ha raccolto dati nel periodo dal 1997 sino al 2001. Il progetto si è avvalso di due telescopi da 1.3 m di diametro altamente automatizzati: il primo all’osservatorio sul monte Hopkins in Arizona mentre il secondo è presso il CTIO (Cerro Tololo Inter-American Observatory) a circa 80 Km ad est di La Serena in Cile.

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Il cielo all’infrarosso visto da 2MASS.

Come nell’immagine di IRAS anche 2MASS ci fornisce una vista panoramica dell’intero cielo. Le luminosità misurate di mezzo miliardo di stelle sono state combinate in colori che rappresentano tre distinte lunghezze d’onda della luce infrarossa. Il blu a 1,2 µm, il verde a 1,6 µm ed il rosso a 2,2 µm. La mappa non è una combinazione di immagini digitali reali, ma è stata ricostruita da un catalogo di stelle che sono state misurate durante la campagna d’osservazione durata tre anni. E’ anch’essa come l’immagine di IRAS centrata sul nucleo della nostra galassia, verso la costellazione del Sagittario. E le stelle rossastre che sembrano librarsi nel mezzo del disco della Via Lattea -molte di loro mai osservate in precedenza- sono parzialmente oscurate alle lunghezze d’onda più corte a causa della presenza di dense nubi di polvere nella nostra galassia. I due aloni luminosi visibili nel quadrante in basso a destra sono invece le nostre galassie vicine, la piccola e la grande nube di Magellano.

Proseguiremo nel prossimo post, il nostro viaggio nell’universo all’infrarosso.