Il nostro Sole attraversa un ciclo di attività di 11 anni, durante il quale produce moltissimi brillamenti che “sporcano” la superficie con le cosiddette macchie solari. Da oltre due settimane il Sole compare agli osservatori privo di macchie, inducendo il sospetto che, forse, abbiamo raggiunto il fatidico minimo solare di questo ciclo. Per confermare questo sospetto, tuttavia, è necessario aspettare ancora circa tre mesi, perché il valore viene calcolato su un periodo di 12 mesi.

Le macchie solari sono regioni (relativamente) più fredde della superficie solare che all’osservazione appaiono come macchie scure. Sono modellate dall’attività magnetica, che i ricercatori ritengono si verifichi nelle profondità del Sole.

“Il ciclo di attività del Sole è qualcosa che è ben studiato, ma non ancora ben compreso. Anche a febbraio abbiamo avuto un mese intero senza macchie solari. In realtà, si tratta di un comportamento che ci aspettiamo dal Sole in questa fase del suo ciclo”. Così David Williams, uno ricercatore che si occupa delle operazioni strumentali per la missione dell’ESA Solar Orbiter.

In precedenza, i ricercatori avevano previsto la fine del ciclo solare nel periodo che andrà tra la metà del 2019 e la fine del 2020. Finora, il Sole non ha presentato macchie per 92 di 156 giorni quest’anno. Nel marzo 2018, ci sono stati 26 giorni in cui non sono apparse macchie solari. All’epoca, alcuni ricercatori suggerirono che si era già raggiunto il minimo solare, il che avrebbe comportato un ciclo insolitamente breve.

“Il ciclo solare che sta terminando adesso ha attirato molta attenzione perché il suo massimo è stato molto più debole rispetto ai precedenti sette (dal 1935), e il minimo sembrava stesse durando più a lungo del solito“, ha aggiunto il dott. Williams. “Questo periodo di tempo copre il periodo durante il quale abbiamo avuto un grande sviluppo tecnologico ed è iniziata l’era spaziale, un’epoca in cui abbiamo osservato con molta attenzione i fenomeni spaziali. Questo ciclo, però, sarebbe stato considerato abbastanza tipico nel periodo tra 1880 ed il1935.”

Raccogliere dati sul ciclo solare e sulle macchie solari è fondamentale per le nostre infrastrutture globali. Le macchie solari sono associate ai brillamenti solari e alle tempeste solari, che possono bombardare il nostro pianeta con ondate di particelle elettricamente cariche che possono danneggiare l’elettronica su cui si basa gran parte della nostra civiltà.

I ricercatori sperano di utilizzare uno degli strumenti a bordo del Solar Orbiter dell’ESA per sondare gli strati più profondi del Sole studiando la propagazione delle onde sonore al suo interno. La missione verrà lanciata nel prossimo febbraio, data che potrebbe coincidere con l’inizio del nuovo ciclo solare.

I cicli solare vengono misurati da minimo a minimo. Il Sole è attualmente nel suo 24esimo ciclo da quando è iniziata la registrazione su vasta scala delle macchie solari, nel 1755.

Fonte: Spaceweather

Cento anni dopo che Albert Einstein ha predetto l’esistenza delle onde gravitazionali, gli scienziati hanno finalmente individuato queste increspature sfuggenti nello spazio-tempo.

Nell’annuncio molto atteso dell’11 febbraio 2016, i fisici dell’ Advanced Laser Interferometer Gravitational – Wave Observatory (LIGO) confermarono che  gli interferometri gemelli avevano rivelato onde gravitazionali prodotte dalla collisione di due buchi neri a  circa 400 MegaParsec (1,3 miliardi di anni luce) di distanza dalla Terra; un buco nero di circa 36 volte la massa del Sole, e l’altro di circa 29, si son fusi in un unico più massiccio buco nero di 62 masse solari. Le 3 masse solari mancanti al totale della somma equivalgono all’energia emessa durante il processo di fusione dei due buchi neri, sotto forma di onde gravitazionali, appunto.

Queste sorprendenti osservazioni sono l’ulteriore conferma della teoria della gravità di Einstein: l’equazione di campo di Einstein (linearizzata), infatti, ammette soluzioni ondulatorie per il tensore metrico, così come avviene per il campo elettromagnetico e le equazioni di Maxwell.

Le onde gravitazionali possono essere quindi considerate a tutti gli effetti una forma di radiazione gravitazionale. Al passaggio di un’onda gravitazionale, le distanze fra punti nello spazio tridimensionale si contraggono ed espandono ritmicamente: effetto difficile da rilevare, perché anche gli strumenti di misura della distanza subiscono la medesima deformazione.

Fronti d’onda di particolare intensità possono essere generati da fenomeni cosmici in cui enormi masse variano la loro distribuzione in modo repentino (e con un momento di quadrupolo non nullo), ad esempio nell’esplosione di supernovae o nella collisione di oggetti massivi (come la fusione dei due buchi neri che hanno permesso di rivelarle).

Questa è stata anche la prima osservazione della fusione di due buchi neri; l’evento è stato così violento ed intenso che ha irradiato temporaneamente più energia – sotto forma di onde gravitazionali – di tutta l’energia delle stelle dell’universo osservabile emessa come luce nella stessa quantità di tempo.

A questo punto, si è aperto un nuovo campo, l’astronomia delle onde gravitazionali, in cui gli scienziati potranno studiare le onde per conoscere meglio gli oggetti che le possono produrre, tra cui buchi neri, stelle di neutroni e supernovae. Questo è solo il primo passo di uno sviluppo molto più grande perché le onde gravitazionali si uniranno ai raggi gamma, ai raggi X e alle onde radio come parte del ‘kit di strumenti’ che gli scienziati hanno a disposizione per comprendere l’universo.

L’attore principale di questa scoperta è la collaborazione dell’esperimento LIGO, che aveva già trascorso un decennio alla ricerca del segnale negli anni 2000 prima dell’aggiornamento da  200 milioni di dollari che ha migliorato la sensibilità dei suoi rivelatori gemelli, uno a Livingston, in Louisiana, e l’altro ad Hanford, nello stato di Washington.

La scoperta in sé è stata fatta prima che la versione aggiornata, Advanced Ligo, avesse ufficialmente iniziato a prendere dati scientifici. Alle 11:50 ora italiana del 14 settembre 2015, durante il ‘run‘ per la prima osservazione dell’esperimento,  il fisico del LIGO Marco Drago, dell’Istituto Max Planck per la Fisica della Gravitazione ad Hannover, in Germania, ha visto uno strano segnale sul suo computer. Il software che analizza i dati in tempo reale stava indicando che entrambi gli interferometri avevano visto un’onda simile al cinguettio di un uccello con un passo in rapido aumento. Nel giro di un’ora, la notizia aveva raggiunto il capo di Drago, il fisico Bruce Allen.

La registrazione sembrava troppo bella per essere vera. All’inizio si era pensato fosse una ‘iniezione’: in passato, alcuni membri senior del team LIGO avevano testato la capacità del gruppo di convalidare una potenziale scoperta con l’inserimento di nascosto di ‘iniezioni cieche’ di onde gravitazionali false nel flusso di dati per verificare se il gruppo di ricerca fosse in grado di distinguere tra i segnali reali e falsi.

Ma la rilevazione di settembre è accaduta prima che fossero immesse iniezioni cieche, per cui si è capito subito che ci si trovava davanti ad un segnale da un vero e proprio fenomeno astrofisico nell’Universo.

E’ stata un’oscillazione iniziata a 35 cicli al secondo (hertz) che rapidamente è aumentata a 250 hertz. Poi rapidamente  è diventata caotica, spegnendosi; il tutto era cominciato e finito entro un quarto di secondo. Entrambi i rivelatori hanno effettuato la misura più o meno allo stesso tempo – il rivelatore di Livingston prima, e Hanford 7 millisecondi dopo. Questo ritardo è un’indicazione di come le onde hanno investito la Terra.

Altri rilevatori di onde gravitazionali – l’interferometro Virgo vicino a Pisa, e l’interferometro GEO600 vicino a Hannover – non operavano al momento e quindi non hanno potuto confermare il segnale. Se Advanced Virgo fosse stato operativo, avrebbe probabilmente rilevato l’evento, così dice il suo portavoce, Fulvio Ricci, un fisico dell’Università di Roma La Sapienza.

Per individuare la fonte delle onde gravitazionali, i ricercatori hanno dovuto triangolare il segnale notato da diversi dispositivi sparsi intorno alla Terra. Ora che VIRGO è operativo, gli scienziati si aspettano di essere meglio in grado di individuare le future sorgenti di onde gravitazionali. Un altro interferometro in Giappone è in fase di sviluppo, e un terzo sito LIGO in India è stato proposto. Una maggiore diffusione geografica di rivelatori rafforzerebbe la fiducia in tutti i segnali.

Il 15 giugno 2016 è stato annunciato il secondo rilevamento di un’onda gravitazionale, anch’essa provocata dalla fusione di due buchi neri, rilevata il 26 dicembre 2015. La massa dei due buchi neri, distanti 1,4 miliardi di anni luce, coinvolti nell’evento è stimata tra le 14 e le 8 masse solari, molto inferiore a quella del primo evento, infatti, l’evento è stato evidenziato solo dall’elaborazione dei dati degli osservatori, in collaborazione con VIRGO.

La prima osservazione indiretta di onde gravitazionali è stata nel 1974, i fisici Joseph Taylor e Russell Hulse dell’Università del Massachusetts Amherst hanno confermato l’esistenza delle onde gravitazionali guardando lampi radio emessi da una coppia di stelle di neutroni che spiraleggiavano l’un l’altra; i cambiamenti nei tempi dei lampi si abbinavano alle previsioni di Einsten di come le onde gravitazionali porterebbero l’energia lontano dall’evento. Questa scoperta valse il premio Nobel per la Fisica del 1993.

Ma la rivelazione diretta delle onde ha dovuto attendere la sensibilità raggiunta da Advanced Ligo, che può rilevare allungamenti e compressioni dello spazio-tempo nell’ordine di una parte su 10²²  – paragonabili a un cambiamento piccolo come un capello nella distanza dal Sole ad Alpha Centauri, la stella più vicina al sistema solare. I doppi interferometri LIGO rimbalzano raggi laser tra specchi alle estremità opposte di tubi lunghi 4 chilometri  che sono impostati perpendicolarmente l’uno all’altro. Un’onda gravitazionale che gli passa attraverso altera la lunghezza di uno dei bracci, spostando leggermente fuori sincronia i raggi laser.

Più di 1.000 scienziati ora appartengono alla collaborazione LIGO. Studiando le onde gravitazionali, questa nuova generazione di ricercatori prevede di sondare  nuovi regni della fisica, tra cui strong-field gravity, l’universo primordiale e come si comporta la materia ad altissima densità.

LSC – LIGO SCIENTIFIC COLLABORATION

Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger B. P. Abbott et al. (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration) Phys. Rev. Lett. 116, 061102 – Published 11 February 2016

LIGO Bags Another Black Hole Merger

Stefania de Luca è owner del gruppo facebook Astrofisica, cosmologia e fisica particellare

Qualche notte fa, un amico ha chiesto, “Che stella è quella?” Stavamo guardando un punto luminoso che brillava sopra l’orizzonte, ma non era una stella, era Giove. Il gigante gassoso del sistema solare in questi giorni è alla sua minima distanza dalla Terra.

Giove arriverà all’opposizione lunedì 10 giugno, un evento annuale che segna il momento in cui la Terra si trova direttamente tra il gigante gassoso e il Sole. Questo significa che Giove è alla distanza minima dell’anno rispetto alla Terra ed è possibile vederlo in cielo per tutta la notte, magari con un binocolo ed un piccolo telescopio per poter osservare anche le sue quattro lune galileiane.

Guardare in queste notti il pianeta più grande del sistema solare attraverso un binocolo potrebbe permettere di vedere anche, oltre alle quattro lune, un accenno dei f asci di nuvole che circondano il pianeta. Gli astronomi dilettanti dotati di attrezzature un po’ più evolute potranno osservare lo spettacolo offerto dal signore dei pianeti del sistema solare come non capita altre volte durante l’anno. Perfino la NASA suggerisce agli appassionati di astronomia di non perdere l’occasione.

Per sfruttare al meglio l’occasione, sarà opportuno trovarsi in un’area a basso inquinamento luminoso e, come detto, essere dotarsi almeno di un piccolo binocolo.

Dove si troverà Giove nel cielo in questi giorni?

Giove, come scritto sopra, si troverà all’opposizione il giorno 10 giugno. Staremo nella situazione di massima visibilità del pianeta, che sarà osservabile per tutta la notte. Al tramontare del Sole, Giove appare ad oriente sull’orizzonte e ed è possibile seguirlo in cielo fino all’alba. In questo periodo Giove raggiungerà anche la massima luminosità e la minima distanza dalla Terra per quest’anno. Questo mese Giove rimane nella costellazione dell’Ofiuco.

I 4 satelliti galileiani (Io, Europa, Ganimede e Callisto), si mostreranno come piccoli puntini bianchi che danzano da un lato all’altro del pianeta sulla linea dell’equatore creando spettacolari configurazioni.

Altre osservazioni

L’osservazione di Giove potrebbe essere, per appassionati e non, anche l’occasione per effettuare altre osservazioni. Per esempio, in questi giorni, Saturno si mostra in cielo intorno a mezzanotte, ed è osservabile a Sud-Est. Saturno si muove con modo retrogrado nel Sagittario.

Giugno è anche il momento migliore del 2019 per tentare l’osservazione di Mercurio. A metà mese infatti, tramonta circa un’ora e quarantacinque minuti dopo il Sole e la sua distanza angolare dal Sole (chiamata elongazione) supererà i 25 gradi intorno al giorno 23. Mercurio si può individuare sull’orizzonte occidentale, vicino a Marte, con il quale sarà in congiunzione il giorno 18.

ATTENZIONE: se si usa uno strumento ottico per osservare Mercurio, NON inquadrare MAI il Sole se non si è dotati di apposito filtro. Potrebbero verificarsi conseguenze gravissime per la vista!

Conosciamo tutti il bosone di Higgs, che con rammarico dei fisici è stato erroneamente etichettato dai media come la “particella di Dio“, una particella subatomica individuata per la prima volta con il Large Hadron Collider (LHC) nel 2012. Quella particella è una pezzo di un campo che permea tutto lo spazio-tempo; interagisce con molte particelle, come elettroni e quark, fornendo quelle particelle di massa, il che è piuttosto interessante.

Ma il bosone di Higgs si è rivelato sorprendentemente leggero. Secondo le migliori stime dei fisici avrebbe dovuto essere molto più pesante. Questo apre una domanda interessante: certo, abbiamo individuato un bosone di Higgs, ma si tratta l’unico bosone di Higgs? Ci sono altre cose che ancora non abbiamo trovato che integrano la massa mancante al bosone di Higgs?

Anche se non abbiamo ancora nessuna prova dell’esistenza di un bosone di Higgs più pesante, un gruppo di ricercatori con sede al LHC, il più grande collisore atomico del mondo, sta tentando di approfondire la cosa e si dice che quando i protoni vengono fatti a pezzi all’interno del collisore ad anello, bosoni di Higgs pesanti e persino particelle di Higgs composte da vari tipi di bosoni di Higgs potrebbero uscire allo scoperto.

Tutto sul bosone

Senza il bosone di Higgs, l’intero modello standard non funziona. Ma per parlare del bosone di Higgs, dobbiamo prima capire come il modello standard vede l’universo.

Nella nostra migliore concezione del mondo subatomico utilizzando il Modello standard, le cose che concepiamo come particelle non sono in realtà molto importanti. Invece, ci sono i campi. Questi campi permeano e assorbono tutto lo spazio e il tempo. C’è un campo per ogni tipo di particella. Quindi, c’è un campo per gli elettroni, un campo per i fotoni, e così via. Ciò che immaginiamo come particelle sono vibrazioni locali molto piccole nei loro campi specifici. E quando le particelle interagiscono (per esempio rimbalzando l’una sull’altra), sono le vibrazioni nei campi che stanno facendo una danza molto complicata.

Il bosone di Higgs ha un tipo speciale di campo. Come gli altri campi, permea tutto lo spazio e il tempo, e inoltre può interagire in vari modi con i campi di tutte le altre particelle. Il campo di Higgs ha due compiti molto importanti da svolgere che non possono essere svolti da nessun altro campo.

Il suo primo compito è parlare con i bosoni W e Z (attraverso i rispettivi campi), i portatori della forza debole nucleare. Parlando con questi bosoni, l’Higgs è in grado di dare loro massa e assicurarsi che rimangano separati dai fotoni, i portatori di forza elettromagnetica. Senza il bosone di Higgs che causa interferenze, tutti questi vettori sarebbero uniti e così le loro due forze.

L’altro lavoro del bosone di Higgs è parlare con altre particelle, come gli elettroni; attraverso queste conversazioni, anche a loro dà massa. Tutto funziona bene, perché non abbiamo altro modo di spiegare la massa di queste particelle.

Leggero e pesante

Tutto questo è stato risolto negli anni ’60 attraverso una serie di complicate ma sicuramente eleganti equazioni matematiche, purtroppo, però, c’è solo un piccolo intoppo alla teoria: non esiste un modo reale per prevedere la massa esatta del bosone di Higgs. In altre parole, quando vai alla ricerca della particella (che è la piccola vibrazione locale del campo molto più grande) in un collettore di particelle, non sai esattamente cosa troverai e dove.

Nel 2012, gli scienziati dell’LHC hanno annunciato la scoperta del bosone di Higgs dopo aver scoperto che alcune particelle che rappresentano il campo di Higgs erano state prodotte quando i protoni si erano distrutti scontrandosi l’uno con l’altro ad una velocità vicina a quella della luce. Queste particelle avevano una massa di 125 gigaelectronvolts (GeV), o circa l’equivalente di 125 protoni – quindi è un po’ pesante ma non così incredibilmente enorme.

A prima vista, tutto ciò suona bene. I fisici non avevano una previsione certa per la massa del bosone di Higgs, quindi poteva uscire qualunque risultato; è capitato di trovare la massa all’interno del range di energia dell’LHC. Hanno stappato lo spumante e hanno festeggiato.

A parte il fatto che ci sono alcuni mezzi pronostici sulla massa del bosone di Higgs basati sul modo con cui interagisce con un’altra particella, il top quark. Questi calcoli prevedono un numero superiore a 125 GeV. Certo, potrebbero essere sbagliate le previsioni, ma poi bisognerebbe riprendere in mano le equazioni e capire dove sta l’inghippo. Oppure la discrepanza tra le previsioni e la realtà di ciò che è stato trovato all’interno dell’LHC potrebbe significare che c’è di più nella storia del bosone di Higgs.

Il grande Higgs

Insomma, potrebbe esserci un’intera pletora di bosoni di Higgs troppo pesanti per poterli individuare con l’attuale generazione di collisori di particelle. (La faccenda dell’energia di massa risale alla famosa equazione di E = mc^2 di Einstein, che mostra che l’energia è massa e la massa è energia. Più alta è la massa di una particella, più energia ha e più energia ci vuole per creare quella pesante cosa.)

In effetti, alcune teorie speculative che spingono la nostra conoscenza della fisica oltre il Modello Standard predicono l’esistenza di questi bosoni pesanti di Higgs. La natura esatta di queste identità aggiuntive di Higgs dipende dalla teoria, naturalmente, che va da uno o due campi Higgs extra-pesanti a, persino, strutture composite con più tipi di bosoni di Higgs attaccati insieme.

I teorici stanno lavorando per trovare ogni modo possibile per testare queste teorie, poiché la maggior parte di esse sono semplicemente inaccessibili alla tecnologia attuale. In un recente articolo presentato al Journal of High Energy Physics e pubblicato online nella rivista di preprint arXiv, una squadra di fisici ha avanzato una proposta per individuare l’esistenza di più bosoni di Higgs, in base al modo particolare in cui le particelle potrebbero decadere in particelle più leggere, più facilmente riconoscibili, come elettroni, neutrini e fotoni. Tuttavia, questi decadimenti sono estremamente rari, quindi, sebbene in linea di principio potremmo trovarli con LHC, ci vorranno ancora molti anni di ricerca per raccogliere dati sufficienti.

Quando si tratta di Higgs, occorre sempre avere molta pazienza.

Fonte: Live Science.