La nostra galassia, la Via Lattea, ospita potenzialmente miliardi di esopianeti e ne abbiamo già individuati diverse migliaia. Gli astronomi hanno scoperto pianeti di ogni tipo, giganti gassosi, esopianeti più piccoli e rocciosi e oggetti che non esistono nel nostro sistema solare. Questi ultimi sembrano essere dei pianeti paragonabili ai giganti gassosi ma molto meno densi e sono stati soprannominati esopianeti puff o superleggeri.
Questi oggetti sono un enigma spaziale che ha messo a dura prova le teorie formulate per spiegarne l’esistenza, in quanto a parità di dimensioni, alcuni di essi presentano una massa pari a l’uno percento rispetto alla massa di un gigante gassoso. Oggi però qualcosa sembra suggerire una risposta agli astronomi:
E se questi strani esomondi fossero dei piccoli pianeti circondati da giganteschi anelli?
Un pianeta roccioso, di piccole dimensioni, circondato da grandi anelli potrebbe spiegare alcune caratteristiche di questi oggetti superleggeri rivelando una caratteristica ancora non osservata negli esopianeti: gli anelli.
“In linea di principio, gli anelli dovrebbero essere rilevabili da modifiche fotometriche o spettroscopiche osservando i transiti. La difficoltà è che tali segnali sono difficili da estrapolare nei dati attuali“, hanno scritto i ricercatori nel loro articolo. “C’è chiaramente ancora molto che non sappiamo sugli anelli degli esopianeti“.
Uno dei metodi per rilevare gli esopianeti è il metodo del transito. Se un esopianeta passando davanti alla sua stella occulta una piccola parte della sua luce producendo un avvallamento nel segnale ricevuto e se questi avvallamenti hanno la medesima profondità e durata si può essere sicuri della presenza in orbita di un pianeta extrasolare.
La quantità di luce mancante può essere utilizzata per calcolare la dimensione fisica dell’esopianeta.
Esiste un secondo metodo che viene usato per calcolare la massa di un esomondo, questo metodo sfrutta l’attrazione gravitazionale dei pianeti mentre orbitano attorno alla loro stella madre. Questo fa oscillare di pochissimo la stella e queste piccole oscillazioni possono essere misurate per determinare la massa del pianeta che la provoca.
Quando si determina il passaggio di un esomondo ultraleggero le misurazioni e i calcoli restituiscono una dimensione sproporzionata rispetto alla massa calcolata in base all’oscillazione della stella madre. Questo ha indotto gli astronomo Anthony Piro della Carnegie Institution for Science e Shreyas Vissapragada del Caltech a chiedersi quali oggetti potrebbero avere dimensioni così grandi, ma una densità così insignificante. Questa idea li ha portati a considerare gli anelli planetari.
“Abbiamo iniziato a pensare, se questi pianeti non fossero affatto leggeri come lo zucchero filato“, ha detto Piro. “E se i pianeti puff sembrano così grandi perché in realtà sono circondati da anelli?”
I giganti gassosi del sistema solare, Giove, Saturno, Nettuno e Urano presentano anelli ma solo quelli di Saturno sono di dimensioni rilevanti e visibili anche con piccoli telescopi.
Se molti pianeti del Sistema Solare presentano anelli, è chiaro che anche molti esopianeti potrebbero averli. Calcolando la presenza degli esopianeti da distanze immense, la gran parte delle volte non possiamo vederli direttamente e rilevare la presenza degli anelli è praticamente impossibile. O forse no?
Vissapragada spiega: “Abbiamo iniziato a chiederci, se un astronomo alieno dovesse osservare il sistema solare da un mondo lontano, riconoscerebbe Saturno come un pianeta inanellato o vedrebbe un pianeta superleggero?”. Per capire se la presenza degli anelli potesse fornire una spiegazione alla dimensione dei pianeti ultraleggeri i due astronomi hanno creato dei modelli che hanno dato una risposta positiva solo in alcuni casi.
“Questi pianeti tendono ad orbitare in prossimità delle loro stelle ospiti, il che significa che gli anelli dovrebbero essere rocciosi, piuttosto che formati da ghiaccio“, ha detto Piro. “Ma i raggi dell’anello roccioso possono essere solo così grandi, a meno che la roccia non sia molto porosa, quindi non tutti i super-leggeri si adattano a questi vincoli“.
Esopianeti dotati di anelli dovrebbero essere fortemente schiacciati, un po’ come Saturno che presenta questa caratteristica molto marcata a causa della sua elevata velocità di rotazione attorno al proprio asse. Esopianeti bloccati in modo ordinato sulla loro stella madre presentano una rotazione pari a quella del periodo orbitale ruotando troppo lentamente per subire una deformazione simile.
Dati questi vincoli, tre esopianeti in particolare sono da considerarsi buoni candidati per possedere gli anelli: Kepler 87c e Kepler 117c entrambi più grandi di Nettuno, ma con masse molto basse di appena 6,4 e 7,5 volte superiori a quelle della Terra.
Il terzo, HIP 41378f è stato annunciato mentre Piro e Vissapragada stavano finendo il loro studio trovandolo “particolarmente eccitante” nel contesto delle loro scoperte, dato che soddisfa perfettamente tutti i loro vincoli. In effetti, il documento che annunciava la scoperta menzionava persino gli anelli come un potenziale modo di spiegare le strane proprietà dell’esopianeta.
I nostri strumenti attuali non sono abbastanza potenti per vedere gli anelli, ma il team ritiene che il telescopio spaziale James Webb, che verrà lanciato il prossimo anno, sarà all’altezza del compito. Sperano che osservazioni più dettagliate aiuteranno a capire il mistero di almeno alcuni super-leggeri – e infine ci riveleranno in dettaglio i gloriosi anelli degli esopianeti.
“La conferma della presenza di anelli rocciosi in alcuni casi non sarebbe solo una straordinaria nuova scoperta, ma fornirà anche importanti informazioni su questi pianeti“, hanno scritto nel loro articolo.
Fonte: https://www.sciencealert.com/the-puffiness-of-super-puff-planets-could-be-huge-rings

Un team di ricercatori ha identificato una particella subatomica che avrebbe potuto formare la “materia oscura” nell’Universo durante il Big Bang.
Sembra che fino all’80% della materia presente nell’universo sia materia oscura, ma nonostante molti decenni di studio, la sua origine fisica è rimasta un enigma. Sebbene non possa essere vista direttamente, gli scienziati sanno che esiste perché interagisce attraverso la gravità con la materia barionica che forma stelle, pianeti e galassie, influenzandola. La materia oscura è composta da particelle che non assorbono, riflettono o emettono luce.
Ora, i fisici nucleari dell’Università di York stanno proponendo un nuovo candidato per la materia oscura, una particella scoperta di recente chiamata d-star hexaquark.
Quersta particella è composta da sei quark: quelle particelle fondamentali che di solito si combinano in gruppi di tre per formare protoni e neutroni. È importante sottolineare che i sei quark in una d-star producono un bosone, il che significa che quando sono presenti molte d-star, queste possono combinarsi insieme in modi molto diversi rispetto ai protoni e ai neutroni.
Il gruppo di ricerca di York suggerisce che nelle condizioni presenti poco dopo il Big Bang, molti d-star hexaquark. avrebbero potuto raggrupparsi mentre l’universo si raffreddava e si espandeva per formare il quinto stato della materia: il condensato di Bose-Einstein.
Il dott. MIkhail Bashkanov e il professor Daniel Watts del dipartimento di fisica dell’Università di York hanno recentemente pubblicato la prima valutazione della fattibilità di questo nuovo candidato alla materia oscura.
“L’origine della materia oscura nell’universo è una delle maggiori domande della scienza che fino ad ora è rimasta senza risposta. I nostri primi calcoli indicano che i condensati delle d-star sono un nuovo candidato possibile per la materia oscura. Questo nuovo risultato è particolarmente eccitante poiché non richiede concetti nuovi per la fisica“, ha spiegato Watts.
Il co-autore dell’articolo, Mikhail Bashkanov ha dichiarato che “Il prossimo passo per stabilire se questo nuovo candidato per la materia oscura è attendibile sarà quello di ottenere una migliore comprensione di come interagiscono le stelle D, quando si attraggono e quando si respingono.
“Stiamo conducendo nuove misurazioni per creare stelle a D all’interno di un nucleo atomico e vedere se le loro proprietà sono diverse rispetto a quando sono nello spazio libero“.
L’articolo “A new possibility for light-quark dark matter” è stato pubblicato su the Journal of Physics G Letters.
 

A centinaia di milioni di anni luce di distanza, vi è un buco nero supermassiccio che si trova al centro di un ammasso di galassie chiamato Ofiuco. Sebbene i buchi neri siano famosi per assorbire il materiale circostante, a volte espellono il materiale attraverso dei getti. Questo buco nero è il luogo di un’esplosione quasi inimmaginabile, avvenuta quando venne espulsa un’enorme quantità di materiale.
L’ammasso di galassie di Ofiuco è a circa 390 milioni di anni luce di distanza. Al centro dell’ammasso c’è una galassia con un buco nero supermassiccio. Gli astronomi che utilizzavano i dati dell’Osservatorio a raggi X Chandra e del veicolo spaziale XMM Newton dell’ESA hanno assistito all’esplosione del buco nero. Per questi studi si sono anche serviti delle osservazioni radio del Murchison Widefield Array (MWA) in Australia e del Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) in India.
Il team che ha condotto questo studio, ha pubblicato i risultati su The Astrophysical Journal. Il loro articolo è intitolato “Scoperta di un gigantesco radio fossile nel cluster della galassia di Ofiuco“. L’autore principale del documento è Simona Giacintucci del Naval Research Laboratory di Washington, DC.
“Questa esplosione ha avuto una potenza enorme, un po’ come la potenza dell’eruzione del monte Sant’Elena nel 1980 ha distrutto la cima della montagna “, ha dichiarato la Giacintucci, autrice principale di questo studio.
Il buco creato dall’esplosione si chiama radio fossile. È stato generato dai getti di materiale surriscaldato espulsi dal buco nero e scontratisi con il materiale circostante. Questi getti sono il risultato di ciò che gli astronomi chiamano nuclei galattici attivi, o AGN. In questo caso, l’area coinvolta è stata individuata per la prima volta nelle immagini di Chandra, dalle quali si poteva osservare un insolito bordo curvo; queste immagini sono state inserite in un documento del 2016.
Gli autori di quel documento si chiedevano se un buco nero potesse produrre un bordo curvo. L’idea venne successivamente scartata poiché pensarono che nessun buco nero potesse essere così potente da creare un bordo di quel tipo. In quel documento, affermavano: “Concludiamo che questa caratteristica è molto probabilmente dovuta alla dinamica del gas associata a una fusione“.
Nel lavoro pubblicato di recente, invece, gli autori sono giunti ad una conclusione diversa. “Sembra essere un fossile molto vecchio del più potente sfogo di AGN visto in qualsiasi ammasso di galassie“.
La quantità di energia liberata nell’esplosione è sbalorditiva. Ha rilasciato cinque volte più energia rispetto al precedente detentore del record e centinaia di migliaia di volte in più rispetto ai tipici cluster.
Secondo questo nuovo documento, “L’AGN è attualmente “affamato” di gas fresco perché il picco di densità del gas viene spostato dallo sloshing del nucleo“, affermano gli autori. “Lo sloshing stesso avrebbe potuto essere scatenato da questa straordinaria esplosione se si fosse verificato in un nucleo di gas asimmetrico“.
Gli astronomi usano il termine “sloshing” per descrivere lo spostamento del gas. È simile a un liquido che scorre in un contenitore. Lo sloshing è di solito innescato dalla fusione di due ammassi di galassie, ma gli astronomi pensano che in questo caso potrebbe averlo causato l’esplosione.
Mentre il precedente documento del 2016 era basato esclusivamente sui dati dei raggi X di Chandra, il nuovo documento ha utilizzato i dati dei raggi X dell’XMM Newton dell’ESA per individuare e confermare l’insolita caratteristica curva. Sono stati anche usati i dati radio di due osservatori per esaminare ulteriormente la regione.
Questi dati hanno confermato che il bordo curvo è davvero il bordo di un gigantesco buco fossile radio. Le chiavi di ciò sono le emissioni radio fuori del buco, che sono state accelerate a velocità quasi relativistiche. Una fusione non avrebbe potuto farlo.
“Come spesso accade in astrofisica, abbiamo davvero bisogno di osservazioni a più lunghezze d’onda per comprendere veramente i processi fisici in atto“, ha affermato Melanie Johnston-Hollitt, coautrice del documento e membro dell’International Center for Radio Astronomy in Australia. “Grazie alle informazioni combinate dai raggi X e dai radiotelescopi abbiamo osservato questi dati straordinari, ma saranno necessari più elementi per rispondere alle molte domande riguardanti questo tema“.
Fonte: https://www.universetoday.com/145196/astronomers-have-recorded-the-biggest-explosion-ever-seen-in-the-universe/

Cos’è la materia oscura, perché supponiamo che esista senza averla mai osservata né misurata in nessun esperimento?

Gran parte della massa dell’universo, secondo astronomi ed astrofisici, è composta da materia oscura, in quantità molto maggiore della materia ordinaria che compone galassie, stelle, pianeti ed esseri umani e per comprenderla dobbiamo studiarne il comportamento e dove si nasconde nel cosmo.

La materia oscura viene chiamata appunto “oscura” perché non interagisce con le radiazioni elettomagnetiche, dunque è invisibile ai nostri occhi e ai nostri strumenti e per poterla osservare avremo bisogno di uno strumento particolare, un telescopio che mapperà la struttura dell’universo e ci insegnerà molte cose su questa massa nascosta dandoci inoltre qualche indizio sull’energia oscura. Questo nuovo telescopio chiamato Euclide sarà realizzato dall’ESA.

Il coordinatore scientifico di Euclide, Leida Henk Hoekstra, spiega come la scienza si è accorta dell’esistenza della materia oscura: “Stiamo orbitando attorno al centro della nostra galassia a 220 chilometri al secondo”, afferma Hoeksta. Una velocità straordinaria, che fortunatamente non avvertiamo. Tuttavia, sta succedendo qualcosa di strano. “In base al numero di stelle nella nostra Via Lattea, le stelle ai margini della Via Lattea dovrebbero possedere una velocità molto più bassa, tuttavia si muovono velocemente quanto il Sole. Eppure queste stelle non vengono espulse dalla Via lattea e lanciate nell’universo. Qualcosa le tiene insieme”.

La spiegazione a questo effetto può essere che esiste della materia che non possiamo vedere ma che esercita una forza di attrazione gravitazionale extra, in parole semplici la materia oscura.

Hoekstra aggiunge: “O, in alternativa, la teoria della gravità è sbagliata. Ma tutto indica che esiste la materia oscura, solo che ancora non sappiamo cosa sia. Ciò che sappiamo è che non interagisce con la luce“.

Ma le stranezze non finiscono qui, dal 1998 sappiamo che l’universo si espande in maniera accelerata e per spiegare questo meccanismo è necessario aggiungere un ingrediente ancora più strano: l’energia oscura.

Perché abbiamo bisogno di Euclide

“Abbiamo alcune lacune nella conoscenza e queste non possono essere colmate con osservazioni esistenti. Pertanto, l’unica strada da percorrere è eseguire misurazioni migliori“. Ed è qui che entra in nostro soccorso Euclide, il satellite che l’Agenzia spaziale europea lancerà nel 2022.

Posto a una distanza di 1,5 milioni di chilometri dalla Terra, Euclide mapperà un terzo del cielo. Quindi potremo rispondere a domande su come si forma la struttura nell’universo sotto l’influenza della gravità o come viene distribuita tutta la materia nell’universo e come cambia nel tempo. Hoekstra aggiunge: “Una risposta all’ultima domanda ci consentirà di testare direttamente i modelli per l’energia oscura“. Hoekstra è uno dei quattro cosmologi coordinatori e leader del progetto ‘weak lensing” sul quale afferma: “investigheremo su come la materia oscura distorce lo spazio-tempo“.

L’universo è come un serbatoio d’acqua pieno di monete

Ma in che modo?

Hoekstra continua: “La massa distorce lo spazio-tempo attorno ad essa. Puoi misurare quell’effetto, anche se non riesci a vedere la materia oscura“.

Hoeskra utilizza un’analogia illuminante per spiegare come la massa genera la distorsione. “Confrontiamo lo spazio-tempo con un serbatoio di acqua contenente una moneta. Se tocchi il serbatoio, l’acqua si increspa e sembra deformare la moneta. Scatta diverse foto della moneta e vedrai che la moneta appare diversa ogni volta“.

“Supponi di avere un sacco di monete e sai che sono originariamente rotonde, così puoi capire quanta acqua c’è in quel serbatoio“. Con la materia oscura è esattamente lo stesso, dice il cosmologo. “La materia oscura provoca una leggera deformazione delle galassie sullo sfondo. Potremo misurare questa distorsione con Euclide calcolando la media delle forme del maggior numero possibile di galassie“.

Più ce n’è meglio è

Più materia oscura c’è, più le galassie sullo sfondo appariranno distorte. In questo modo, si potrà determinare la distribuzione della materia oscura nell’universo. Ma prima, sono necessarie molte immagini nitide. “Più galassie misuriamo, più affidabili saranno i risultati. Quindi stiamo parlando di big data, non solo per la quantità di dati ma anche per la loro complessità. Il numero di immagini che il telescopio Hubble ha raccolto negli ultimi 25 anni è quello che raccoglieremo in pochi giorni“.

La più grande collaborazione di astronomia di sempre

Non solo la raccolta di dati sarà grande, lo sarà anche il numero degli astronomi coinvolti nel progetto Euclide.

“Sarà il più grande team di astronomia del mondo, con circa 1500 scienziati, ingegneri e tecnici. Tuttavia, il numero di astronomi che beneficeranno di Euclide sarà molto più grande: i dati saranno infine pubblicati e di libero accesso e potranno essere utilizzati per vari scopi, come scoprire i quasar più distanti e identificare stelle massicce nelle galassie vicine“. All’inizio, i dati saranno disponibili solo per i partecipanti a Euclide, dopodiché avremo i cosiddetti rilasci di dati. Per dare alla gente un’idea dei primi risultati, avremo anche alcune versioni rapide. E quelli saranno fenomenali”, afferma Hoekstra.

Fonti: Phys.org; Galileo.

Come si è formato l’universo?
In che modo la meccanica quantistica, lo studio delle cose più piccole sono in relazione con la gravità e lo studio delle cose grandi?
Queste sono alcune delle domande su cui i fisici si sono soffermati da quando Einstein ha esposto la sua teoria della relatività.
Le formule mostrano che piccoli universi entrano ed escono dall’universo principale. Tuttavia, non ci rendiamo conto o comunque, in quanto esseri umani, non riusciamo a sperimentare questo fenomeno. Per calcolare come il fenomeno tenda a verificarsi, i fisici teorici hanno ideato la cosiddetta gravità JT, che trasforma l’universo in un modello simile a un giocattolo con una sola dimensione di tempo o spazio. Questi parametri limitati consentono di avere un modello grazie al quale gli scienziati possono testare le proprie teorie.
Basandosi su alcuni studi fatti precedentemente, il professor Kazumi Okuyama della Shinshu University, in collaborazione con Kazuhiro Sakai dell’Università Meiji Gakuin, ha iniziato a dimostrare che ci potrebbe essere un collegamento tra la gravità JT, l’equazione di KdV e il ciclo macroscopico, provando così che la gravità e la meccanica quantistica sono in relazione tra di loro.
Nel corso di questo studio sono riusciti a calcolare 46 volte la nascita di piccoli universi, cosa che non era mai stata fatta in precedenza, poiché essa più viene calcolata, più rende le cose complesse. Prima di questo nuovo studio, Peter Zograf era riuscito a calcolare solo 20 volte la nascita di piccoli universi.
Negli anni 90 del ‘900, si è cominciato ad associare l’equazione matematica di KdV, formulata alla fine del XIX secolo, alla gravità. L’equazione di KdV è stata utilizzata per la prima volta per mostrare come si comportano le onde marine, ad esempio all’interno dei canali navigabili dell’Olanda, per osservare i solitoni (onde solitarie auto-rinforzanti causate dalla concomitanza, con cancellazione reciproca, tra effetti non lineari e dispersivi in un mezzo di propagazione) e per osservare come una cresta di un’onda d’acqua continui a rimanere invariata per lungo tempo quando non viene disturbata. Sempre negli anni ’90, si è associato il ciclo macroscopico alla gravità.
Le onde e la gravità sono ritenute comparabili grazie al modo in cui si manifestano. Il principio olografico è stato introdotto da Gerard ‘t Hooft come un modo per capire come funzionano la gravità e la meccanica quantistica.
Il professor Okuyama è stato in grado di dimostrare in questo studio che la gravità JT, l’equazione di KdV e l’anello macroscopico sono strettamente collegati, indicando che la meccanica quantistica e la gravità sono effettivamente collegate olograficamente in questo modello. Okuyama spera di poter continuare la ricerca per elaborare un metodo per calcolare la nascita di piccoli universi non solo nel “modello giocattolo” ma nell’universo esistente.
Riferimenti:“Gravità JT, equazioni di KdV e operatori di loop macroscopici” di Kazumi Okuyama e Kazuhiro Sakai, 24 gennaio 2020, Journal of High Energy Physics. DOI: 10.1007 / JHEP01 (2020) 156
FONTE: https://scitechdaily.com/witnessing-the-birth-of-baby-universes-46-times-space-is-information-encoded-in-a-lower-dimensional-boundary/