Al di là delle origini del Sistema Solare

La scienza ha sempre cercato di rispondere alle più incredibili curiosità umane usando poche ma solide basi da cui partire. Adesso grazie al pensiero scientifico possiamo affermare di aver compreso a grandi linee la nascita e perfino la morte futura dell’Universo, la nascita del Sistema Solare, fino a quando il Sole si spegnerà in una piccola nana bianca tra circa 5 miliardi di anni 1.
Grazie agli studi paleontologici, biologici, chimici e fisici, siamo riusciti a ricostruire tutta la cronistoria della Terra, da quando era un polveroso sasso senza vita fino al meraviglioso mondo che è oggi.
Eppure gli scienziati non sono ancora sazi di sapere – d’altronde è bene che non lo siano mai, ci sono quelli che si domandano cosa c’era prima del Big Bang
2 o se possono esistere universi paralleli e come questi potrebbero essere.
Gary R. Huss invece si domanda più prosaicamente: quale tipo di stella ha dato origine alla nebulosa che ha creato il nostro sistema solare?
Questa può sembrare una domanda irrisolvibile ma invece la soluzione è molto più banale di quanto si pensi.

La zona centrale della Nebulosa dell’Aquila,

Analizzando le rocce terrestri, marziane, lunari e meteoriche è stato possibile per gli scienziati di farsi un’idea abbastanza precisa sull’abbondanza di certi elementi chimici piuttosto che altri nel sistema solare.

Senza scendere nel tedioso particolare sulle analisi dei rapporti tra i vari isotopi e radionuclidi 3 4 sparsi nei più vari campioni analizzati e conoscendo abbastanza bene i meccanismi della fusione nucleare che alimentano le stelle e che producono gli atomi più complessi di cui siamo composti, si possono calcolare quali tipi di reazione nucleare possono dar luogo a certe abbondanze.

L’immagine composita del resto di supernova G299.2-2.9. L’ampiezza della struttura è di circa 114 anni luce (Crediti: X-ray: NASA/CXC/U.Texas/S.Park et al, ROSAT; Infrared: 2MASS/UMass/IPAC-Caltech/NASA/NSF).

L’immagine composita del resto di supernova G299.2-2.9. L’ampiezza della struttura è di circa 114 anni luce (Crediti: X-ray: NASA/CXC/U.Texas/S.Park et al, ROSAT; Infrared: 2MASS/UMass/IPAC-Caltech/NASA/NSF).

Appunto studiando quali radionuclidi a vita breve  5 presenti all’inizio della storia del Sistema Solare 6 e la loro abbondanza relativa rispetto ai radionuclidi a vita lunga come l’uranio 238, il torio 232, il potassio 40 e così via, si può tentare di ricostruire la composizione chimica della nebulosa che dette origine al nostro sistema solare, primo e fondamentale passo per sapere cosa ci sia stato prima, ovvero quali potrebbero essere state le caratteristiche della stella – o stelle – che ha prodotto tutti gli elementi chimici più pesanti dell’idrogeno di cui tutti noi siamo costituiti.
Studiando i vari tipi di sintesi nucleare nei diversi casi di evoluzione stellare che arrivano a produrre i radionuclidi cercati, si è potuto stabilire che la massa limite va da 1 a 120 masse solari, un po’ vago come limite ma è già qualcosa.

Ma è possibile per una singola stella produrre i radionuclidi a vita breve scoperti nel sistema solare?
È poco probabile che una stella con una massa compresa tra le 20 e le 60 masse solari o una stella di massa intermedia del ramo asintotico delle giganti (AGB 7) sia la responsabile dei radionuclidi osservati.

La nebulosa “Occhio di Gatto” generata da una stella gigante tipo AGB.

Piccole stelle AGB non possono produrre abbastanza ferro 60. Una supernova di tipo II originata da una stella con una massa iniziale superiore a 20 masse solari produrrebbe troppo ferro 60 e troppo magnesio 53. Altre fonti come potrebbero essere novae, supernovae di tipo Ia, o il collasso del nucleo di una supernova O-Ne-Mg 8 o nane bianche non sembrano in grado di produrre radionuclidi a vita breve come quelli osservati nelle giuste proporzioni.
A questo punto la conclusione più probabile è che non sia stata una singola stella a generare la materia nebulare primordiale nelle proporzioni isotopiche rilevate, ma almeno due: una supernova di tipo II di massa inferiore o uguale a 11 masse solari e un’altra – probabilmente una stella di massa compresa tra 12 e 25 masse solari – che insieme hanno fornito gli elementi osservati all’incirca nelle proporzioni osservate.

Gary R. Huss. Ricercatore e direttore del laboratorio di chimica cosmica  WM Keck – Credit: Istituto  di Geofisica e Planetologia delle Hawaii.

Il traguardo che si è dato Gary Huss non è affatto semplice: ci possono essere stati molti processi che hanno potuto alterare in seguito il rapporto degli isotopi osservati nel sistema solare: la fase di preaccenzione del nostro Sole ha generato flussi di raggi X in grado di alterare molti rapporti isotopici, l’influenza dei raggi cosmici, e mille altri processi radiativi possono aver scombussolato il quadro originario della nebulosa primordiale.
Il suo sarà un lavoro terribilmente difficile ma che potrà dare immense soddisfazioni.

Comunque sarà bello scoprire che anche il Sole ha avuto due genitori.


Note:

 

 

Il mistero delle supernovae Ia

La Supernova 1572 (la Nova di Tycho), una supernova di tipo Ia osservata nel 1572 dall'astronomo danese Tycho Brahe. (credit: NASA/CXC/JPL-Caltech/Calar Alto O. Krause et al.)

Tutto quello che sappiamo del nostro Universo lo abbiamo scoperto grazie all’analisi delle onde elettromagnetiche (luce visibile, onde radio, raggi X e gamma) che ci giungono dallo spazio, da altre stelle, galassie e nebulose lontanissime.
Ad esempio per sapere le dimensioni del cosmo si usano – superato il limite parallattico, attualmente circa 100 anni luce – le candele standard, ossia quegli oggetti di cui sono note le luminosità assolute a cui si applica poi la semplice legge dell’inverso del quadrato della distanza 1.
Per le zone di questa galassia e per poche altre galassie vicine si usa un tipo particolare di stelle variabili chiamate Cefeidi. Le Cefeidi sono stelle giganti che hanno una particolarità di inestimabile valore per un astronomo: il loro ciclo di variabilità è strettamente connesso alla loro luminosità: per cui analizzando la curva di luce di questo tipo di variabili si conosce automaticamente anche la luminosità assoluta, esattamente quello che occorre per essere una candela standard.
Il meccanismo fisico che è alla base della variabilità di una Cefeide è ben noto, ma lo stesso non può dirsi dell’altra candela standard usata in cosmologia: le Supernovae di Tipo Ia, usate dove non è possibile individuare una Cefeide.

Gli scenari possibili per la formazione di una supernova di tipo Ia

Le supernovae sono stelle che esplodono al termine del loro ciclo vitale generando una luminosità migliaia di volte più grande della galassia a cui appartengono, e quelle del tipo Ia – lo si desume anche in questo caso dalla curva di luce e dallo spettro elettromagnetico che emettono – hanno la particolarità di essere tutte molto simili come luminosità assoluta (magnitudune circa -19,3 per tutte), il che le rende ottime candele standard per le distanze cosmologiche, ossia al di fuori del nostro Gruppo Locale.
Per certo di questa classe di supernovae sappiamo che sono il risultato di un processo fisico in cui alcune nane bianche o stelle di neutroni 2 per qualche meccanismo finora poco chiaro,superano il limite di Chandrasekhar – che è quasi 1,4 masse solari. Questo è il limite oltre al quale una stella degenere non può andare in quanto gli stessi atomi (sarebbe più corretto dire elettroni) non possono reggere il  peso della stella senza il contributo della pressione radiativa generata dalle reazioni di fusione nucleare. Quando questo limite viene superato, i nuclei atomici ipercompressi riprendono a fondersi ad un ritmo impressionante liberando enormi quantità di energia che in pochi minuti portano alla deflagrazione della stella, indipendentemente dalla sua composizione chimica o dimensione di partenza. L’unico elemento costante è il limite della massa di Chandrasekhar che rende tutte queste supernovae uguali nelle esplosioni e nella luminosità.
Quello che appunto non è del tutto chiaro è come una stella degenere come una nana bianca o una stella di neutroni possa riacquistare abbastanza massa da deflagrare in supernova.
La tesi più comune finora accettata è quella del sistema binario stretto: la stella degenere strappa letteralmente la materia alla sua compagna gigante rossa (praticamente lo stesso meccanismo delle novae) fino a superare la massa limite.
Ma questo meccanismo però richiede che il trasferimento di materia tra la stella cannibalizzata e la stella degenere sia sufficientemente rapido da superare la massa critica prima che si sviluppi una nova 3, ma non troppo veloce da consentire alla stella degenere di rigenerarsi in una gigante rossa.
Il risultato di questo modello richiede quindi una serie di parametri da rispettare (velocità orbitale, eccentricità, distanza etc.) da risultare complicato avverarsi.
Inoltre ci si dovrebbe attendere di trovare almeno i resti della stella compagna della supernova, ma invece questi finora non sono mai stati ritrovati.
Lo scenario rimanente per spiegare le supernovae Ia è quello che chiama in causa due nane bianche in orbita reciproca che decade. L’orbita stretta sottrae energia al sistema doppio sotto forma di onde gravitazionali fino a che le stelle entrano in contatto e si fondono in un unico corpo che è destinato subito dopo a esplodere.
O no?
Anche questo scenario comporta altri diversi problemi mentre cerca di risolvere le lacune del primo.
Innanzitutto il problema della massa finale, che probabilmente dopo la fusione delle due nane bianche potrebbe superare il limite di Chandrasekhar di 1,4 masse solari dando luogo anche a una più massiccia deflagrazione, ma potrebbe anche generare un oggetto massiccio noto come le pulsar-millisecondo, dove la stella di neutroni degenere finale ha una rotazione abbastanza elevata da contrastare la compressione gravitazionale che innseca le reazioni di fusione nucleare 4. Tutte le pulsar perdono energia con la radiazione di dipolo magnetico, in questo caso accade che la rotazione diviene insufficiente a resistere al peso della stella degenere che così esplode.
Con questo meccanismo infatti rimane insoluto un grave problema: come riuscire a spiegare come esplosioni di stelle degeneri di diversa massa -anche se simile –  possano generare tutte la medesima luminosità assoluta, oppure si dovrebbe considerare che questa misura fosse in qualche modo male interpretata.

Certo che il mistero delle supernovae di tipo Ia rimane irrisolto, anche se studi in questo senso sono stati portati avanti  da due ricercatori, Dan Maoz 5 e Filippo Mannucci 6, che dimostrano come lo scenario più probabile per spiegare questa classe di supernovae è quasi sicuramente il modello della fusione di due nane bianche.
la loro analisi in sostanza parte dai problemi degli attuali modelli teorici e il tasso di supernovae Ia scoperte in relazione all’età e al tipo di popolazione stellare ospite. Quello che ne è emerso è che il secondo scenario, cioè quello della fusione di due nane bianche,  è il più probabile per spiegare il numero delle supernovae scoperte senza negare che anche il primo scenario, quello della cattura di materia da una compagna, può aiutare a spiegare il meccanismo di produzione  delle supernovae Ia, aprendo così la strada ad ancora altri problemi.
Per i particolari del loro studio vi rimando all’articolo su Arxiv 7, che saprà senz’altro illustrarvi meglio i risultati delle loro indagini.

Ottobre, il mese delle stelle cadenti

Abbiamo avuto un paio di giorni fantastici pieni di Scienza. Non che negli altri giorni questa manchi, solo che tra la scoperta -per ora presunta – dei neutrini muonici superluminali e la caduta del satellite UARS, la Scienza almeno per un paio di giorni è stata protagonista delle prime pagine dei giornali.
Peccato per lo scivolone del titolare del Ministero dell’Istruzione, Università e Ricerca, che improvvidamente non ha prestato la dovuta attenzione il suo comunicato di congratulazioni 1. Come si insegna agli infanti: “quando non si sa cosa dire, meglio tacer ” forse in quel caso sarebbe stata più opportuna … una bella scena muta!

Il radiante delle Draconidi - Credit: Il Poliedrico

Il prossimo mese inizierà alla grande, cielo permettendo: la Terra sarà investita come ogni anno tra il 7 e il 10 di ottobre dallo sciame meteorico delle Draconidi.
Questo sciame è originato dalla cometa periodica 21P/Giacobini-Zinner, una cometa che ha l’afelio poco oltre l’orbita di Giove, il perielio pressappoco all’altezza dell’orbita terrestre ed è quasi perpendicolare all’eclittica, per questo lo sciame a lei associato sembra provenire quasi dal Polo Nord Celeste.
La 21P/Giacobini-Zinner raggiungerà il nodo discendente intorno al 18-20 febbraio 2012, arricchendo così la quantità di materiale meteorico per le Draconidi del prossimo anno, che probabilmente sarà più interessante del passaggio di quest’anno, cui peraltro le previsioni danno uno ZHR discreto 2.
Nel 2018 la 21P addirittura sarà al perigeo con la Terra proprio in prossimità del nodo intorno al 20 di settembre, ripetendo quindi più o meno le condizioni del 1985, quando fu registrato uno dei massimi picchi delle Draconidi del secolo scorso.

Tornando allo sciame delle Draconidi, quest’anno sarà disturbato dalla presenza della Luna quasi piena, limitando di fatto la visibilità delle meteore più deboli.
Anche chi si volesse cimentare nelle riprese fotografiche dovrà tenere conto che la luminosità diffusa del cielo porterà a saturazione i sensori o le pellicole molto presto, a scapito della ripresa. Comunque provarci con la tecnologia attuale ormai non costa niente.

Ottobre sarà un mese molto attivo per le stelle cadenti. Già in questi giorni sono iniziate le attività delle Tauridi Sud che finiranno a novembre, la tabella che vi propongo mostra gli sciami meteorici attivi nel mese di ottobre:

SCIAME INIZIO PICCO FINE FASE 3
Draconidi 06/10 08/10 10/10 C.  88%
Tauridi Sud 10/09 10/10 20/11 C.  97%
δ Aurigidi  10/10 12/10 18/10  P. 100%
ε Geminidi 14/10 18/10 27/10  D.  68%
Orionidi 02/10  21/10 07/11  D.  37%
Leo Minoridi 19/10 24/10 27/10  D.    9%
Tauridi Nord 20/10 12/11 10/12  D.  98%

 

A questo punto non resta che scegliere la serata più adatta.

La condivisione delle idee

Oggi non parlerò di scienza, di astronomia o politica.

Voglio solo farvi sapere che alcuni articoli de Il Poliedrico sono stati ripubblicati col mio consenso in altri siti. I siti in questione sono TuttiDentro e Gruppo Locale.
Sono orgoglioso che il lungo lavoro di ricerca e la cura che cerco continuamente di mettere nello scrivere per gli altri sia stata così ricompensata. Potrà capitare come è successo in passato che alcuni preziosi lavori di questi due siti vengano ospitati su Il Poliedrico che comunque continuerà la sua opera di divulgazione originale.

A questo punto volgo un ringraziamento a Sabrina Masiero per la sua preziosa collaborazione, invitandola a scrivere qualcosa di originale per il Blog.

La condivisione delle idee è stata fondamentale per lo sviluppo della civiltà umana.
Immaginate se la scoperta del fuoco, l’invenzione della ruota o della scrittura non fossero mai state condivise; se la matematica araba non fosse stata diffusa in Occidente, se Newton avesse raccolto e mangiato la mela 1 e avesse tenuto per sé le sue idee sulla gravitazione….
Oggi saremmo ancora vestiti di pelli d’animale, costretti a morire per un banale taglio sulla pelle e moriremmo a venti – trenta anni di vecchiaia, o forse non esisteremmo più, estinti principalmente per il nostro egoismo primitivo.
Invece oggi, abbiamo gli antibiotici 2 che ci curano dalle abrasioni, sappiamo – non tutti – leggere scrivere e far di conto, mentre tutti abbiamo le automobili con quattro ruote fatte di ferro. Il risultato è che abbiamo quasi quadruplicato la nostra aspettativa di vita e siamo una cività – nonostante i danni ambientali che purtroppo combiniamo.
Quindi tutto sommato l’aver condiviso esperienze e scoperte e avere inventato la scrittura, ci ha resi un pochino migliori di quello che eravamo.

A questo aspira anche Il Poliedrico, ad essere migliore. Cosa ne pensate voi lettori di questa nuova collaborazione?
Lasciate un commento…

Il paese delle stragi perenni

Era il 2 agosto 1980, ore 10:25, un ordigno esplode nella stazione di Bologna uccidendo 85 persone e ferendone oltre 200.
Sono passati 30 anni, ancora non esistono colpevoli certi, pista interna, pista araba, ora pista americana… l’Italia è il paese delle piste, come quelle che in certi locali alla moda vengono offerte ai clienti insieme allo champagne, anche queste servono a rincretinire, a celare i problemi di un paese incompleto e immaturo.

L’Italia è il paerse delle stragi irrisolte: Portella della Ginestra,  Piazza Fontana, Piazza della Loggia, delitto Moro, Ustica, e altre che ora mi sfuggono, momenti in cui lo stato di diritto viene a mancare, come a Bolzaneto, ma anche del quotidiano stillicidio di morti sul lavoro, per incidenti stradali e imperizia nella Sanità.
Tutti colpevoli, anch’io, che nel mio piccolo non ho fatto abbastanza per fermare queste morti inutili  qualora avessi potuto, nel chiedere la verità e che venga fatta giustizia, nessun colpevole, come sempre nel Paese delle Stragi Perenni.