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Indizi sul mistero dei quasar trasformisti

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Alcuni degli oggetti più luminosi dell’universo, i quasar , stanno svanendo rapidamente. Gli astronomi pensano ora di essere riusciti a capire questo comportamento misterioso, e la risposta potrebbe aiutarli a spiegare in che modo si evolvono le galassie come la Via Lattea. I quasar sono buchi neri supermassici al centro di galassie, alimentati da enormi quantità di gas che brillano nell’universo visibile. Gli astronomi hanno a lungo ritenuto che i quasar durino per milioni di anni per poi oscurarsi lentamente nel corso di decine di migliaia di anni. Ma nel 2014, Stephanie LaMassa, un’astronoma ora allo Space Telescope Science Institute di Baltimora, ha scoperto un quasar che sembrava scomparire in meno di dieci anni: un batter d’occhio, astronomicamente parlando.

quasar

I ricercatori si sono arrovellati per spiegare questa stranezza. Forse un’enorme nube di polvere era passata davanti al fascio luminoso del quasar bloccandone momentaneamente la luce. O forse una stella era passata troppo vicina al buco nero che l’aveva rapidamente fagocitata, provocando una brillante emissione di radiazioni scambiata dagli scienziati per un quasar. Sembrava fisicamente impossibile che un oggetto così brillante potesse svanire in un tempo così breve.

La scoperta ha messo in moto la caccia ad altri quasar che “cambiano look”. Questa ricerca ha individuato decine di questi misteriosi “mostri” cosmici, alcuni dei quali si sono affievoliti anche più drasticamente del primo. Due studi pubblicati questo mese sul server di preprint arXiv suggeriscono che questi quasar si smorzano perché la quantità di gas e polvere che scorre attraverso i loro dischi di accrescimento – il vortice di materia calda che circonda un buco nero – diminuisce drasticamente. Così, il buco nero muore di fame.

Luce lampeggiante

In uno studio,  Zhenfeng Sheng, astronomo all’University of Sciences and Technology of China a Hefei, e colleghi hanno esaminato da vicino dieci quasar già descritti dallo Sloan Digital Sky Survey e dal Wide-Field Infrared Survey Explorer della #NASA . Osservando questi quasar nelle lunghezze d’onda dell’ottico e dell’infrarosso, i ricercatori hanno potuto sondare sia il disco di accrescimento del quasar, sia il suo toro, ossia l’anello a forma di ciambella di nubi di polvere che lo avvolge.

quasar

Questo approccio ha funzionato perché il disco di accrescimento incandescente invia luce nella banda del visibile verso l’oscuro toro, dove viene assorbita e riemessa come luce infrarossa. Ogni cambiamento della luce da parte del toro rispecchia un cambiamento della luce del disco di accrescimento. Così, quando Sheng e colleghi hanno scoperto che la luce nel visibile emessa da ciascun quasar si affievoliva prima che lo facesse la luce nell’infrarosso, hanno capito che il fenomeno era dovuto a un crollo della quantità di materiale che fluisce attraverso il disco di accrescimento.

L’altro studio, diretto da Damien Hutsemékers, astronomo all’Università di Liegi in Belgio, rafforza questa idea. La squadra di Hutsemékers ha esaminato la luce che emana da un unico quasar mutevole. Parte di questa luce è polarizzata mentre attraversa regioni intorno al quasar che sono considerate ricche di elettroni, proprio come le molecole nell’atmosfera terrestre disperdono e polarizzano la luce dal Sole.

I ricercatori cercavano di stabilire se una nuvola di polvere stesse occultando il disco di accrescimento del quasar; in questo caso, gran parte della luce del quasar sarebbe dovuta apparire come proveniente dalle regioni polarizzanti. Ma il gruppo non ha rilevato un aumento della luce polarizzata dal quasar una volta che ha iniziato ad affievolirsi. Questo esclude la presenza di una nuvola di polvere, ma non le alterazioni nel disco di accrescimento.

Nicholas Ross, astronomo all’Università di Edimburgo, nel Regno Unito, afferma che, pur essendo solo preliminari, i risultati dei due studi sono suggestivi.

Uno sguardo alle galassie primordiali

Se gli astronomi riuscissero a determinare il meccanismo sottostante ai quasar che cambiano, e le scale temporali su cui questi oggetti smettono di esistere, potrebbero comprendere meglio come evolvono le galassie.

Si ritiene che ogni galassia massiccia abbia ospitato un quasar nei suoi primi anni di vita. In una giovane galassia, i buchi neri supermassicci nei quasar possono liberare venti abbastanza forti da fermare la formazione delle stelle. Nel corso del tempo, una galassia che ospitava un quasar stabile per lunghi periodi può apparire molto diversa da una galassia con un quasar che si è comportato in modo imprevedibile. Per fare un paragone, si può pensare a due vasche identiche piene d’acqua, dice Meg Urry, astronoma alla Yale University a New Haven, in Connecticut. Se si versa una tazza di acqua bollente in una e un paio di litri di acqua tiepida nell’altra, chi vi è immerso sperimenterà sensazioni molto diverse, osserva Urry.

La scoperta del funzionamento interno dei quasar che cambiano look potrebbe anche aiutare gli astronomi a capire in che modo gas e polveri fluiscono in un buco nero. Anche se gli ultimi risultati suggeriscono che i quasar mutevoli si offuscano drammaticamente a causa della mancanza di combustibile, i ricercatori non riescono ancora a spiegare come ciò possa avvenire in un tempo così breve.

Ma LaMassa, – che con Ross ha presieduto la prima conferenza sui quasar che cambiano aspetto, tenutasi nel luglio scorso – pensa che gli astronomi siano sulla buona strada. “Ci sono ancora molte domande a cui rispondere”, dice. “Ma penso che stiamo facendo le domande giuste e che stiamo andando nella giusta direzione”.

(L’originale di questo articolo è stato pubblicato su Nature il 28 luglio 2017. Traduzione ed editing a cura di Le Scienze. Riproduzione autorizzata, tutti i diritti riservati.)





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Detective presso Computer Crime Research Center. Investigazioni Roma. Ingegneria Elettronica e delle Telecomunicazioni Seminario Analisi del Crimine Violento Università di Roma

Fisica

Ai teorici dell’inflazione cosmica la medaglia Dirac 2019 dell’ICTP

Il riconoscimento istituito dal Centro Internazionale di Fisica Teorica “Abdus Salam” di Trieste è andato a Viatcheslav Mukhanov, Alexei Starobinsky e Rashid Sunyaev

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La medaglia e il premio Dirac dell’ICTP di Trieste di quest’anno sono stati assegnati a tre fisici la cui ricerca ha avuto un profondo impatto sulla cosmologia moderna. Viatcheslav Mukhanov (della Ludwig Maximilian University di Monaco), Alexei Starobinsky (del Landau Institute for Theoretical Physics di Mosca) e Rashid Sunyaev (del Max Planck Institute for Astrophysics di Garching in Germania) condividono il riconoscimento per “il loro eccezionale contributo alla fisica della radiazione cosmica di fondo (CMB, dall’inglese “Cosmic Microwave Background”) con implicazioni, confermate dagli esperimenti, che hanno contribuito a trasformare la cosmologia in una disciplina scientifica precisa, combinando la fisica a scala microscopica con la struttura a grande scala dell’universo”.

Tutti e tre i vincitori hanno contribuito durante la loro carriera in maniera significativa alla comprensione dell’Universo primordiale nel contesto della teoria cosmologica dell’inflazione.

Il CMB è una debole radiazione cosmica di fondo che permea tutto lo spazio. Nel modello del Big Bang, il CMB è una radiazione elettromagnetica residua, originata in una fase iniziale dell’universo, che può essere rilevata con un radiotelescopio sufficientemente sensibile. Scoperta per caso nel 1964 da due radioastronomi, Arno Penzias e Robert Wilson, è una delle principali prove della teoria del Big Bang per l’origine dell’universo.

Secondo la teoria cosmologica dell’inflazione, l’universo ha subito un’espansione esponenziale in un tempo estremamente breve, da 10-36 secondi a 10-33 secondi circa dopo la singolarità del Big Bang, detto “epoca dell’inflazione”. A tale fase è seguita un’ulteriore espansione dell’universo, molto più lenta, che continua ancora oggi.

Alexei Starobinsky fu uno dei primi a proporre una teoria dell’inflazione verso la fine degli anni ’70 del secolo scorso che fu poi ulteriormente sviluppata negli anni seguenti, con importanti contributi dagli studi portati avanti da Viatcheslav Mukhanov e da altri negli anni ‘80. Rashid Sunyaev, inoltre, aveva predetto la presenza di picchi acustici nel CMB già negli anni ‘70 e ha poi contribuito largamente agli esperimenti che hanno testato questi modelli. La teoria dell’inflazione è tuttora considerata uno dei contributi più rilevanti all’astrofisica e alla cosmologia moderne poiché non solo spiega molte proprietà dell’universo come lo conosciamo, come ad esempio il fatto che sia uniforme e piatto, ma fornisce anche una teoria per le fluttuazioni primordiali, che nessun altro modello ha ancora spiegato. Nel quadro della relatività generale e della teoria quantistica dei campi, la teoria dell’inflazione descrive queste fluttuazioni come derivanti da effetti quantistici su scala microscopica che hanno effetti macroscopici su scala cosmica, visibili nella formazione della struttura a grande scala dell’universo.

Le previsioni teoriche derivate da questo modello sono state confermate da numerosi esperimenti e hanno contribuito notevolmente alla cosmologia moderna.

“I calcoli sulle perturbazioni della densità primordiale rappresentano uno dei traguardi più belli della fisica teorica, poiché forniscono informazioni importanti sulle nostre origini e lo fanno con uno spettacolare accordo con gli esperimenti”, ha spiegato il direttore dell’ICTP Fernando Quevedo. “Gli importanti contributi apportati a questo campo dai tre vincitori sono in linea con gli alti standard della medaglia Dirac”.

“Il valore del loro lavoro si misura non solo dalla precisione delle loro previsioni” ha aggiunto Ravi Sheth, Staff Associate all’ICTP, “ma anche dal profondo impatto che il loro lavoro – e loro stessi – hanno avuto su intere generazioni di cosmologi.”

Da sinistra verso destra: Mukhanov, Starobinsky, Sunayev

Chi sono i vincitori

Viatcheslav Mukhanov è noto per la teoria dell’origine quantistica della struttura dell’universo. Nel 1981, mentre lavorava nell’Istituto Lebedev di Mosca, Mukhanov, in collaborazione con Gennady Chibisov, ha scoperto il meccanismo per la generazione di perturbazioni scalari della metrica spazio-temporale in un modello di inflazione cosmica inizialmente proposto da Starobinsky. Numerosi esperimenti di misurazione delle fluttuazioni di temperatura del CMB hanno confermato poi la sua previsione teorica che galassie e ammassi di galassie derivino da fluttuazioni quantistiche iniziali. Nel 1985 ha sviluppato ulteriormente un rigoroso formalismo per descrivere le perturbazioni della densità in molti modelli inflazionistici.

Alexei Starobinsky è considerato, insieme ad Alan Guth e Andrei Linde, un pioniere e uno dei principali formalizzatori della teoria dell’inflazione cosmica. Nel 1979 predisse l’esistenza di onde gravitazionali come conseguenza di ciò che successivamente si sarebbe chiamato inflazione.
Starobinsky in seguito propose una specifica versione dell’inflazione cosmica, che è ancora la più perfettamente coerente con le attuali osservazioni. Ha inoltre scritto uno dei primi articoli in cui siano state calcolate le perturbazioni della densità in uno dei più promettenti modelli di inflazione, detto “modello di inflazione slow-roll”. Ha sviluppato infine il formalismo dell’inflazione “stocastica”, un modello di inflazione più realistico rispetto ai precedenti.

Rashid Sunyaev ha portato contributi rivoluzionari ai campi della cosmologia fisica e dell’astrofisica ad alta energia. Nel 1970 predisse, insieme a Yakov Zeldovich, l’esistenza di picchi acustici nel CMB. Questi possono essere visti come gli elementi di un pattern nel cielo del CMB che evidenziano la sua stessa disomogeneità. Hanno inoltre predetto la diminuzione della luminosità del CMB in direzione di densi ammassi di galassie, fenomeno ora noto come effetto Sunyaev-Zeldovich. Questa scoperta rende possibile l’uso degli ammassi di galassie come potente strumento di osservazione cosmologica. È infatti il migliore strumento che abbiamo ancora oggi per misurare l’abbondanza e il movimento degli ammassi di galassie più lontani.

Cos’è la medaglia Dirac

Assegnata per la prima volta nel 1985, la Medaglia Dirac dell’ICTP è nata in onore di P.A.M. Dirac, uno dei più grandi fisici del XX secolo e un fedele amico del Centro. Il premio viene assegnato ogni anno il giorno del compleanno di Dirac, l’8 agosto, a scienziati che hanno dato un contributo significativo alla fisica teorica. La cerimonia di premiazione, durante la quale i tre vincitori terranno dei seminari sul loro lavoro, avrà luogo entro la fine dell’anno.





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La più ampia mappa della Via Lattea in 3D

Il modello, basato su misurazioni dirette delle distanze di stelle variabili, arriva fino a circa 75.000 anni luce dal sistema solare e mostra la deformazione del disco galattico

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L'Osservatorio di Varsavia sullo sfondo della Via Lattea (K Ulaczyk/J Skorow/OGLE/Astronomical Observatory, University of Warsaw)

Il nostro posto tra le stelle non è mai stato così chiaro e ben definito, anche alla scala dimensionale più ampia: una collaborazione internazionale guidata da Dorota Skowron dell’Università di Varsavia, in Polonia, presenta su “Science” la più ampia mappa tridimensionale della Via Lattea mai realizzata finora. Il risultato conferma che il disco galattico non è piatto, ma appare deformato già a partire da metà circa del suo raggio e si deforma sempre di più procedendo verso i bordi.

Il metodo usato da Skowron e colleghi è basato sull’osservazione delle variabili Cefeidi, stelle pulsanti che cambiano la loro luminosità con un periodo variabile tra 1 e 100 giorni. Si tratta di stelle fondamentali in astronomia perché misurandone la luminosità apparente è possibile determinarne la distanza con un’accuratezza inferiore al 5 per cento.

Il profilo del disco galattico, secondo il modello di Skowron e colleghi: sono visibili i bordi deformati (J Skowron/OGLE/Astronomical Observatory, University of Warsaw)


Il dato fondamentale che ha aperto la strada alla mappa è che il numero di variabili Cefeidi note della galassia è doppio rispetto a pochi anni fa grazie ai risultati della quarta fase del progetto OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment), un vasto censimento delle stelle variabili che si trovano nel disco galattico e nel centro galattico. Skowron e colleghi ne hanno analizzate 243, molte delle quali sono proprio sul bordo della galassia, determinadone la distanza. Hanno realizzato così un modello tridimensionale della Via Lattea, arrivando fino a circa 75.000 anni luce di distanza dal sistema solare e coprendo così la maggior parte della galassia.

Da questa mappa emergono la forma a “S” della Via Lattea – o, in termini più scientifici, a spirale barrata – nota fin dagli anni cinquanta, e il disco stellare con gli estremi ricurvi in versi opposti, a partire da 25.000 anni luce dal nucleo centrale, come già dedotto da altri studi astronomici.

Gli autori sottolineano tuttavia che è la prima volta che queste informazioni vengono ricavate con misurazioni dirette di distanze di singole stelle, e non mancano le novità: la deformazione è molto più pronunciata del previsto. Secondo i ricercatori, è stata causata dall’interazione gravitazionale con galassie vicine (come le Nubi di Magellano), con il mezzo interstellare di polveri e gas o con la materia oscura, la misteriosa essenza dell’universo che non si può osservare direttamente ma fa sentire la sua presenza attraverso gli effetti gravitazionali.

Completata la mappa, gli autori pensano già di renderla più particolareggiata. I prossimi sforzi di ricerca saranno perciò dedicati a un’altra categoria di stelle pulsanti, le RR Lyrae. Presenti nella galassia da molto più tempo delle Cefeidi, potranno fornire dati sulla parte più antica della galassia e sulla sua evoluzione.





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Come denunciare i crimini ambientali e i trafficanti di specie protette con un’app

Grazie ad apposite app, oggi chiunque può contribuire a combattere il traffico illegale di piante e animali selvatici, un mercato da 23 miliardi di dollari in mano a criminali senza scrupoli

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(foto: Getty Images)

I crimini ambientali non vanno in vacanza. Se perciò avete scelto di godervi l’estate in qualche paese esotico, sappiate che potrebbe capitarvi di essere testimoni, o persino complici involontari, del traffico di specie selvatiche. È difficile che possiate sorprendere un bracconiere in azione, ma qualcuno potrebbe cercare di vendervi un monile in avorio o una conchiglia protetta dalle leggi internazionali. Potreste persino incappare in qualche specie a rischio scorrendo il menù del ristorante.

Accade più spesso di quanto si possa immaginare, al punto che Traffic, la più importante associazione internazionale contro il commercio di piante e animali selvatici, ha creato l’app Wildlife Witness per aiutare i turisti a segnalare i crimini in cui possono imbattersi durante un soggiorno all’estero.

Nel denunciare le malefatte, ogni particolare può rivelarsi utile per incastrare i trafficanti: l’app consente di segnalare giorno, ora e luogoesatto in cui è avvenuto il presunto reato, oltre a una descrizione delle specie coinvolte, o meglio ancora una fotografia che consenta agli investigatori di identificarle.

Gli altri strumenti per fare una soffiata

Già nel 2014 un manipolo di organizzazioni ecologiste aveva dato vita a WildLeaks, la prima piattaforma online per denunciare in forma anonima i reati contro la fauna selvatica e le foreste, aggirando quel muro di omertà e complicità che spesso permette alle organizzazioni criminali di agire indisturbate.

Con la diffusione degli smartphone le iniziative si sono moltiplicate. Le prime app sono state sviluppate per aiutare doganieri del sud-est asiatico (il principale mercato per il traffico illegale di piante e animali) a riconoscere le specie protette o i prodotti derivati in modo rapido e accurato. Nel 2011 in Cina è stata lanciata Wildlife Guardian, mentre dal 2012 in Vietnam e in altri paesi asiatici è disponibile WildScan.

Poiché leggi e natura dei reati variano su scala regionale, oggi sono disponibili app analoghe in diversi paesi, che spesso possono essere usate anche dai cittadini, come avviene in Canada con l’app Conservationdiffusa dalla British Columbia Wildlife Federation (Bcwf).

Le app hanno il vantaggio di funzionare anche offline, una caratteristica essenziale se ci si trova in luoghi remoti: le informazioni raccolte saranno quindi inviate automaticamente alle autorità non appena sarà disponibile una connessione.

Massima prudenza

Le associazioni impegnate nella conservazione ambientale raccomandano però la massima prudenza. Non va infatti dimenticato che il traffico illegale di specie selvatiche crea un giro d’affari che arriva a 23 miliardi di dollari all’anno ed è gestito da pericolose organizzazioni criminali. L’insieme dei reati ambientali genera introiti che superano i 200 miliardi di dollari, più o meno l’equivalente del traffico mondiale della droga.

Per questo si suggerisce di non mettersi mai a discutere con i presunti trafficanti e di prestare molta attenzione quando si scattano fotografie. Nei casi più gravi, è meglio rimandare la denuncia a quando si è fatto ritorno a casa.

In molti Paesi, del resto, difendere l’ambiente è un’attività sempre più rischiosa: nel rapporto annuale appena pubblicato dall’organizzazione non governativa Global Witness si legge che nel 2018 sono stati uccisi ben 164 ambientalisti (una media di tre alla settimana), a cui si aggiungono innumerevoli episodi di intimidazione, violenza e arresti illegali.

Gli ecoreati in Italia

Per iniziativa del Ministero dell’Ambiente presto dovrebbe diventare possibile segnalare i reati al patrimonio ambientale italiano compilando un modulo online che sarà presente sui siti web dell’Istituto superiore per la protezione e la ricerca ambientale (Ispra) e delle Agenzie regionali per la protezione ambientale (Arpa), che oggi è possibile contattare solo per mail o per telefono.

Nel frattempo c’è chi, come i Rangers d’Italia, un’associazione ambientalista riconosciuta dal ministero dell’Ambiente, si è già organizzato per suo conto dotandosi dell’app Ecoreati Puglia per consentire ai cittadini di segnalare gli illeciti ambientali commessi in Puglia.

Secondo l’ultimo rapporto sulle ecomafie di Legambiente, il 2017 è stato un anno record per i crimini ambientali commessi in Italia, che generano un fatturato di oltre 14 miliardi di euro. Nel nostro paese i delitti ambientali riguardano soprattutto il traffico illecito di rifiuti, a cui si aggiungono gli abusi edilizi, i reati commessi nel settore agroalimentare e quelli a danno della biodiversità.

L’App WildLeaks per Android ed Jos Apple sono scaricabili da qui (link ad Apple Store e Google Play) . Su entrambi i sistemi l’App è totalmente gratuita.





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