Grazie al telescopio spaziale Hubble e ad alcune intelligenti analisi spettrali a luce visibile, gli scienziati hanno individuato la presenza di ciò che assomiglia molto al cloruro di sodio – il buon vecchio sale da cucina – sulla luna di Giove Europa.

Ciò significa che l’oceano salato nascosto appena sotto la superficie di questa luna potrebbe essere più simile agli oceani della Terra di quanto pensassimo in precedenza; inoltre mette in discussione la nostra attuale comprensione della composizione geologica di Europa.

In precedenza, la NASA aveva esaminato con le sonde Voyager e Galileo questa interessante luna di Giove e vi aveva colto i segnali suggestivi per la presenza di un oceano liquido salato sotto un guscio di superficie ghiacciata, ma si pensava che il sale in questione fosse a base di solfato di magnesio.

Un cambiamento nelle tecniche di analisi ha portato alla nuova scoperta. In questo caso, gli scienziati hanno utilizzato uno spettrometro concentrandosi sullo spettro visibile della luce piuttosto che sullo spettro dell’infrarosso, insieme alle immagini ad alta risoluzione di Hubble.

“Nessuno ha preso spettri di lunghezze d’onda visibili di Europa prima che fosse disponibile questa risoluzione spaziale e spettrale“, sostiene l’autrice principale del nuovo studio, lo scienziato planetario Samantha Trumbo del California Institute of Technology (Caltech).

“La navicella Galileo non aveva uno spettrometro nel visibile, aveva solo uno spettrometro nel vicino infrarosso, e nel vicino infrarosso i cloruri sono privi di caratteristiche.”

Le immagini di alta qualità prese dall’Osservatorio WM Keck avevano già in precedenza fornito indizi circa la possibile presenza del cloruro di sodio, ma ottenere altre prove per confermare l’ipotesi non è stato un processo semplice.

I ricercatori, in studi precedenti, avevano messo in laboratorio il cloruro di sodio in condizioni simili a quelle di Europa per studiare i cambiamenti chimici rilevabili su uno spettrometro a luce visibile.

Armato di queste informazioni, il team ha utilizzato lo Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) a bordo dell’Hubble che è stato in grado di individuare i segni di composti di sale da tavola irradiati nello spettro del visibile a 450 nanometri; questo corrispondeva ai risultati dei test di laboratorio.

Le condizioni dell’Europa vengono simulate in laboratorio. (NASA / JPL-Caltech)

“Il cloruro di sodio è un po ‘come inchiostro invisibile sulla superficie di Europa“, afferma l’astrobiologo Kevin Hand del Jet Propulsion Laboratory della NASA, che ha lavorato sia sugli esperimenti del 2017 sia su questo nuovo studio. “Prima dell’irraggiamento non puoi dire che è lì, ma dopo l’irradiazione l’evidenza ti salta addosso.”

Le scoperte non bastano come garanzia definitiva che l’oceano sotterraneo di Europa sia pieno di sale da cucina, ma i ricercatori sono stati in grado di individuarlo nelle regioni in cui il ghiaccio superficiale era frantumato, con probabile risalita di materiale dalle profondità sottostanti e, quindi, dall’oceano liquido nascosto sotto la coltre ghiacciata.

Tutto questo, però, secondo gli scienziati, è sufficiente per rivalutare l’oceano nascosto di Europa e il tipo di vita che potrebbe potenzialmente ospitare. “Il solfato di magnesio sarebbe semplicemente scivolato nell’oceano dalle rocce sul fondo dell’oceano, ma il cloruro di sodio potrebbe indicare che il fondo oceanico è idrotermicamente attivo“,  afferma Trumbo. “Ciò significherebbe che Europa è un corpo planetario geologicamente più interessante di quanto si credesse in precedenza“.

La buona notizia è che la sonda della NASA Europa Clipper sarà lanciata nel 2020 e farà 45 flyby su Europa. Dovrebbe essere in grado di rivelarci rivelarsi un tesoro completamente nuovo di informazioni per gli scienziati.

Siamo anche di fronte ad una ulteriore prova di come la raccolta di nuovi dati e l’utilizzo di nuove tecniche possano migliorare la nostra comprensione dell’universo, persino anni o decenni dopo le prime osservazioni.

La ricerca è stata pubblicata su Science Advances.

di Oliver Melis

Nel 1964 Murray Gell-Mann del “California Institute of Technology”  e George Zweig, all’epoca al CERN di Ginevra, cercarono di spiegare l’esistenza di un piccolo numero di costituenti fondamentali della materia, che chiamarono “quark” (il nome è tratto da un passo del Finnegans Wake di James Joyce, e sarebbe la contrazione di question mark, ovvero punto interrogativo) e che consideravano i costituenti ultimi dei protoni e dei neutroni.

Per avere un quadro chiaro di cosa sono i quark immaginati dai due fisici oltre 50 anni fa dobbiamo soffermarci sulle forze fondamentali che agiscono nell’universo: la forza nucleare forte, che consente a protoni di restare uniti e formare cosi i vari nuclei atomici più pesanti dell’idrogeno, la sua azione è quella più forte tra le quattro. La seconda forza è quella chiamata nucleare debole, responsabile del decadimento radioattivo, infatti, alcuni atomi, essendo instabili perdono delle particelle sprigionando energia o creando altre particelle. La terza forza è quella eletromagnetica che fa si che gli elettroni stiano attorno al nucleo e la quarta, quella che oggi è preponderante nell’universo, in grado di agire su lunghissime distanze, la forza di gravità, la più debole tra le quattro forze.

Le particelle subnucleari soggette alla forza forte vengono dette adroni, i protoni, i neutroni e i mesoni con massa intermedia tra quelle dell’elettrone e del protone. Ci sono altre particelle meno conosciute, più instabili e ottenute come prodotto di collisioni ad alta energia.

Gli adroni non sono particelle elementari, perché sono formati da una diversa combinazione di un numero piccolo di costituenti fondamentali: i quark, appunto.
Verso la fine degli anni Sessanta vennero sparati elettroni ad alta energia contro protoni e neutroni e l’esperimento confermò dell’esistenza dei quark.

Oggi sono stati classificati sei tipi diversi di quark: su (u), giù (d), incanto (c), strano (s), basso (b) e alto (t), che si distinguono per massa e carica elettrica.
Queste, in breve, le loro caratteristiche:
1. quark Up (quark su), detto anche quark-u. Ha massa di 910^(?30) kg; 
2. quark Down (quark giù), detto anche quark-d. Ha massa di 1,810^(?29) kg;
3. quark Strange (quark strano), detto anche quark-s. Ha massa di 3,5 * 10^(?28) kg;
4. quark Charm (quark incanto), detto ache quark-c. Ha massa di 2,3 * 10^(?27) kg;
5. quark Bottom (quark sotto), detto anche quark-b. Ha massa di 7,7 * 10^(?27) kg;
6. quark Top (quark sopra), detto anche quark-t. Ha massa di 3,1 * 10^(?25) kg.

Oltre a questi il fisico e premio Nobel Murray Gell-Mann aveva teorizzato l’esistenza di una particella che chiamò ”pentaquark”, composta da cinque quark. Murray è da poco venuto a mancare ma la sua particella è stata individuata dall’esperimento Lhcb, uno dei quattro grandi esperimenti installati presso l’anello di 27 chilometri del Large Hadron Collider chiamato anche Lhc, al Cern di Ginevra, che ha annunciato di aver osservato con maggiore precisione un nuovo pentaquark, già rilevato nel 2015, e di averne studiato meglio la struttura.

L’esperimento Lhcb ha confermato la struttura del pentaquark, composta da cinque quark, così come era stata pensata, i risultati dell’esperimento sono consultabili su Physical Review Letters.

La nuova particella, chiamata Pc(4312)+, non è stabile e decade in un protone e una particolare particella composta da due quark. Questa osservazione ha una significatività statistica di 7,3 sigma (cioè precisissima), superiore alla soglia dei 5 sigma (soglia famosa per chi ha seguito la vicenda del bosone di Higgs). Questa stima indica un’accuratezza della misura davvero elevata – in pratica la probabilità di ottenere questo risultato in assenza della particella è pressoché pari a zero.

I ricercatori hanno scoperto che il pentaquark è composto da due set di quark legati tra di loro. La prima coppia forma un mesone, una particella subatomica composta da un quark e un antiquark, e il secondo è un barione, composto da tre quark – un esempio di barione è il protone o il neutrone che compongono la materia detta “barionica” cioè pesante.

In particolare, ci sono due interpretazioni. “I quark potrebbero essere saldamente legati”, ha sottolineato il fisico Liming Zhang dell’università Tsinghua a Pechino, “oppure potrebbero essere legati debolmente come in una molecola composta da un mesone e un barione. In questo stato il mesone e il barione sono tenuti insieme da una forza residua forte simile a quella che lega i protoni e i neutroni per formare il nucleo di un atomo”.

L’ultimo studio conferma che il pentaquark non è solo la somma di questi cinque quark, riuniti in modo casuale, ma che la struttura potrebbe somigliare ed essere organizzata come quella che si osserva nel nucleo di un atomo, che vede i protoni e i neutroni legati saldamente insieme, ma la conferma delle teorie deve arrivare da altri studi che verranno in seguito effettuati dai ricercatori.

Per finire, il gruppo di ricerca del Lhcb conferma la composizione dei quark, ovvero quali tipologie di quark costituiscono la nuova particella. I quark, come abbiamo visto in apertura dell’articolo non sono tutti uguali e i cinque quark che compongono il pentaquark sono: due quark up, un quark down, un quark charm e un quark anti-charm.

Fonte: www.galileonet.it

Il nostro universo è stato formato dal Big Bang, 13,8 miliardi di anni fa, e da allora si sta espandendo. La prova chiave per questa espansione è la legge di Hubble, sulla base delle osservazioni di galassie, in cui si afferma che, in media, la velocità con cui una galassia si allontana da noi è proporzionale alla sua distanza.

Gli astronomi misurano la velocità di allontanamento, cercando le linee nello spettro di una galassia, che si spostano più verso il rosso – e cioè che la galassia velocemente si sta allontanando. Dal 1920, la mappatura delle velocità delle galassie ha portato gli scienziati a concludere che l’intero universo è in espansione, e che ha iniziato la sua vita come un infinitesimale piccolo punto.

Nella seconda metà del ventesimo secolo, gli astronomi hanno trovato prove per l’invisibile materia oscura osservando che era necessario qualcosa in più per spiegare il moto delle stelle all’interno di galassie. Ora si pensa che la materia oscura costituisca il 27% del contenuto dell’universo (in contrasto  la quantità di materia  ‘normale’  è solo il 5%).

L’osservazione di esplosioni di sistemi binari di nane bianche, le cosiddette supernovae di tipo Ia, ha portato gli scienziati, nel 1990, a concludere che una terza componente – l’energia oscura, appunto – costituisca il 68% del cosmo, ed è responsabile per l’accelerazione nell’espansione dell’universo.

Una breve animazione che mostra l’espansione dell’universo nella cosmologia standard ‘Lambda Cold Dark Matter’, che comprende l’energia oscura (pannello in alto a sinistra rosso), il nuovo modello di Avera, che considera la struttura dell’universo ed elimina la necessità di energia oscura (pannello centrale in alto, blu), e la cosmologia di Einstein-de Sitter, il modello originale senza energia oscura (in alto a destra, verde). Il pannello in basso mostra l’aumento del ‘fattore di scala’ (indicazione delle dimensioni) in funzione del tempo. La crescita della struttura può anche essere vista nei pannelli superiori. Un punto rappresenta circa un intero ammasso di galassie. Le unità di scala sono in Mpc (Mpc), dove 1 Mpc è di circa 3 milioni di milioni di milioni di km. Credit: István Csabai et al.

Nel nuovo lavoro, i ricercatori, guidati da dottorando Gábor Rácz della Eötvös Loránd University in Ungheria, hanno messo in discussione l’esistenza dell’energia oscura, suggerendo una spiegazione alternativa. Essi sostengono che i modelli convenzionali cosmologici (lo studio dell’origine ed evoluzione dell’universo), si basano su approssimazioni che ignorano la sua struttura, dove si assume che la materia abbia una densità uniforme.

“Le equazioni di Einstein della relatività generale che descrivono l’espansione dell’universo  sono così complesse matematicamente, che per un centinaio di anni non è stata trovata alcuna soluzione per contabilizzare l’effetto delle strutture cosmiche. Sappiamo, da osservazioni molto precise di supernove, che l’universo sta accelerando, ma allo stesso tempo ci affidiamo ad approssimazioni grossolane delle equazioni di Einstein che potrebbero introdurre gravi effetti collaterali, come ad esempio la necessità di introdurre l’energia oscura nei modelli progettati, per adattarsi ai dati osservativi.” spiega il dottor László Dobos, co-autore del documento, anche lui della Eötvös Loránd University.

In pratica, materia normale e oscura sembrano riempire l’universo con una struttura simile a schiuma, dove le galassie si trovano sulle pareti sottili tra le bolle, e sono raggruppate in superammassi.

Utilizzando una simulazione al computer per modellare l’effetto della gravità sulla distribuzione di milioni di particelle di materia oscura, gli scienziati hanno ricostruito l’evoluzione dell’universo, compresa la precoce aggregazione della materia, e la formazione della struttura su larga scala.

Diversamente dalle simulazioni convenzionali con un universo in espansione uniforme, tenendo in considerazione la struttura, si arriva ad un modello in cui diverse regioni del cosmo si espandono a velocità diverse. Il tasso di espansione medio è però coerente con le osservazioni attuali, che suggeriscono un’accelerazione complessiva.

Il dott Dobos aggiunge: “La teoria della relatività generale è fondamentale per la comprensione del modo in cui l’universo si evolve. Non mettiamo in discussione la sua validità, mettiamo in discussione la validità delle soluzioni approssimate. I nostri risultati si basano su una congettura matematica che permette la dilatazione differenziale dello spazio, in linea con la relatività generale, e mostrano come la formazione di strutture complesse di materia influiscano sull’espansione. Questi problemi sono stati in precedenza spazzati sotto il tappeto, ma tenendoli in considerazione siamo in grado di spiegare l’accelerazione senza la necessità di energia oscura.”

Se questa constatazione dovesse essere confermata, potrebbe avere un impatto significativo sui modelli dell’universo e la direzione della ricerca in fisica.

Negli ultimi 20 anni, gli astronomi e i fisici teorici hanno speculato sulla natura dell’energia oscura, che rimane, però, un mistero irrisolto. Con il nuovo modello, Csabai e i suoi collaboratori si aspettano per lo meno di avviare un dibattito vivace.

ArXiv: [Concordance cosmology without dark energy – Gábor Rácz, László Dobos, Róbert Beck, István Szapudi, István Csabai, 2017]

Fonte: Phys.org – Explaining the accelerating expansion of the universe without dark energy

Uno sciame di meteore verso cui la Terra si sta dirigendo potrebbe essere lo stesso che provocò l’incidente di Tunguska nel 1908.

Secondo un nuovo studio dell’Università dell’Ontario Occidentale, l’incontro con la cosiddetta scia delle Tauridi è un evento ricorrente che alcuni scienziati ritengono possa aver avuto un ruolo nel più grande impatto subito dalla Terra dei tempi moderni, nel 1908, quando una roccia spaziale si schiantò nei pressi di Tunguska, in Siberia, con una forza sufficiente a distruggere un’intera foresta.

L’episodio è diventato noto come l’evento di Tunguska del 1908 e fu così potente che l’esplosione livellò 80 milioni di alberi su un’area di oltre 2000 chilometri quadrati. Le possibilità che un evento simile possa ripetersi sono calcolate in una ogni mille anni, secondo la Western Ontario University. Eppure i ricercatori stanno focalizzando la loro attenzione sulle sciame delle Tauridi.

Lo sciame delle Tauridi è un denso ammasso di meteore all’interno del torrente meteorico Tauride. La Terra attraversa periodicamente lo sciame delle Tauridi che è considerato uno dei tre fenomeni spaziali che potrebbero provocare una collisione catastrofica. Gli oggetti prossimi alla Terra (NEO) come asteroidi e meteoroidi, così come le comete sono le altre due cause potenziali.

Lo sciame delle Tauridi è composto dai detriti lasciati dalla Cometa Encke, secondo la NASA. La polvere della cometa attraversa l’atmosfera terrestre a oltre 90 mila chilometri orari, brucia e crea una pioggia di meteoriti. La pioggia di meteoriti delle tauridi è solitamente debole, ma ci sono alcuni anni in cui è più visibile, dice la NASA.

Lo sciame delle Tauridi aumenta la possibilità che possa verificarsi una grande collisione, ipotizzano i ricercatori della Western Ontario University.

Questa estate, la Terra si avvicinerà a 30.000.000 km dal centro dello sciame delle Tauridi, secondo lo studio. Sarà il passaggio più ravvicinato della Terra allo sciame dal 1975 e la migliore opportunità di osservazione che avremo fino all’inizio degli anni ’30.

“Vi sono forti prove, meteorologiche e NEO, a sostegno dello sciame delle Tauridi e dei suoi potenziali rischi, e questa estate offre un’opportunità unica per osservare e quantificare questi oggetti“, ha affermato David Clark, studente universitario dell’Ontario Occidentale e primo autore dello studio.

Lo sciame delle Tauridi non dovrebbe causare alcun danno ed i ricercatori della Western Ontario University approfitteranno dell’occasione per studiarlo da vicino utilizzando il telescopio Canada-Francia-Hawaii presso l’Università delle Hawaii  in agosto. In quel momento otterranno una visualizzazione ottimale per raccogliere informazioni.

Fu nel 2000 che gli astronomi presentarono raccolte di dati che provavano l’osservazione di “superflares” su stelle lontane, ampi di esplosioni solari molte migliaia di volte più potenti e cariche di energia dei tipici brillamenti solari.

Come i ricercatori osservarono negli studi successivi, queste intense eruzioni sono più comuni nelle stelle giovani a rotazione rapida e su stelle che presentano alti livelli di attività magnetica. C’è un discreto consenso sul fatto che il nostro Sole, una stella ormai di mezza età, non dovrebbe presentare manifestazioni così violente.

“Pensavamo che stelle  a rotazione lenta come il nostro Sole non abbiano eventi di alta attività magnetica come i superflares“, spiega Yuta Notsu dell’Università del Colorado, il quale, però, ritiene che questa convinzione sul Sole sia errata.

Dopo una nuova analisi degli eventi superflare osservati dal telescopio spaziale Kepler, i ricercatori riferiscono che anche stelle simili al Sole possono produrre superflares, anche se molto meno frequentemente rispetto a stelle più giovani e più magneticamente attive.

“Il nostro studio dimostra che i superflares sono eventi rari“, afferma Notsu. “Ma c’è qualche possibilità che potremmo vivere un evento del genere nei prossimi 100 anni o giù di lì.”

Prima di oggi, gli scienziati hanno già osservato stelle della sequenza principale di tipo G, stelle come il Sole, quindi, produrre superflares, ma ancora non è chiaro come si scatenino questi eventi ad alta energia, in parte a causa della mancanza di analisi.

Per capire qualcosa di più, il team di Notsu ha eseguito nuove osservazioni spettroscopiche con i dati di Kepler, utilizzando anche i dati della sonda Gaia dell’Agenzia Spaziale Europea e dell’Osservatorio di Apache Point nel Nuovo Messico.

In tutto, hanno individuato di 43 stelle simili al Sole che avevano prodotto superflares in passato – e l’analisi statistica ha offerto informazioni più chiare sulle caratteristiche di queste esplosioni energetiche. in definitiva i ricercatori sostengono di necessitare di molti più dati per capire quanto sia probabile che il nostro Sole produca un superflare.

“Abbiamo bisogno di più studi per chiarire le proprietà delle stelle simili al Sole che generano superflare, il tutto allo scopo di rispondere alla domanda più importante: ‘Può il nostro sole avere superflares?’” Scrive Notsu.

“Il numero di stelle simili al Sole che hanno generato superflares finora osservate è molto piccolo e le attuali informazioni non sono sufficienti per costruire una statistica.”

Comunque sia, Notsu sostiene che dobbiamo imparare il più possibile sui superflares. Sembra ormai chiaro che i superflares siano un fenomeno abbastanza comune nelle stelle giovani, sembra però che anche stelle simili al Sole possano generare, sebbene di più raramente, questo potente e potenzialmente pericoloso fenomeno stellare.

“Le stelle giovani emettono superflares una volta ogni settimana o giù di lì,“, dice Notsu. “Per una stelle dell’età del Sole la media sembra essere di una volta ogni qualche migliaio di anni“.

Questa informazione è tutto ciò che abbiamo per ora, ma è imperativo che cerchiamo di affinare la nostra conoscenza del fenomeno, non solo sulla probabilità che il Sole emetta un superflare, ma anche su cosa potrebbe accadere se dovesse accadere.

Le ricerche esistenti suggeriscono che un brillamento solare abbastanza potente potrebbe spazzare via tutti i sistemi di comunicazione e la tecnologia elettronica, causando potenzialmente migliaia di miliardi di danni in tutto il mondo e innescando ogni genere di strane e imprevedibili catastrofi.

“Valutazioni più accurate degli effetti dei superflares devono essere fatte al più presto“, ha spiegato Notsu ad astronomia.com.

Lo studio è stato pubblicato su The Astrophysical Journal.