Sebbene il mondo ci sembri immutabile e solido, nulla in questo universo durerà in eterno. Si calcola che tra circa 5 miliardi di anni il Sole non sarà più in grado di sostenere le reazioni di fusione nucleare, a quel punto, espellerà una parte della sua massa prima che il suo nucleo collassi in una nana bianca.
Quando arriverà a questa fase della sua evoluzione, ciò che resterà del Sole perderà lentamente il suo calore fino a diventare, dopo mille miliardi di anni, una nana oscura e fredda.
Quella nana oscura sarà probabilmente l’ultimo relitto solitario del Sistema Solare che conosciamo, mentre i pianeti, secondo nuove simulazioni, impiegheranno “solo” 100 miliardi di anni per sfuggire al Sole e perdersi nella galassia. Il risultato delle simulazioni è una parziale risposta che astronomi e fisici cercano da oltre un secolo nel tentativo di svelare il destino ultimo del Sistema Solare.
Nel loro nuovo articolo gli astronomi Jon Zink dell’Università della California, Los Angeles, Konstantin Batygin del Caltech e Fred Adams dell’Università del Michigan hanno scritto:
“La comprensione della stabilità dinamica a lungo termine del sistema solare costituisce una delle più vecchie attività dell’astrofisica, risalente allo stesso Newton, che ipotizzò che le interazioni reciproche tra i pianeti avrebbero alla fine portato il sistema all’instabilità”.
Capire quale sarà il destino del Sistema Solare è più  complicato di quanto possa sembrare. Maggiore è il numero di corpi che interagiscono tra loro in un sistema dinamico, più complicato è il sistema e più difficile sarà fare previsioni. Questo è chiamato problema N-corpi. A causa di questa complessità, è impossibile fare previsioni sulle orbite dei corpi del Sistema Solare oltre determinate scale temporali. Dopo circa 5-10 milioni di anni, la certezza previsionale viene meno.
Se gli scienziati riusciranno a stabilire il futuro del Sistema Solare, impareranno qualcosa sull’evoluzione dell’universo su scale temporali centinaia di volte più estese dell’età attuale, che è pari a circa 13,8 miliardi di anni. Nel 1999, gli astronomi predissero che il Sistema Solare sarebbe andato in pezzi dopo almeno 10 ^ 18 anni (un miliardo di miliardi di anni). Calcolarono inoltre il tempo necessario alle risonanze orbitali tra Giove e Saturno di scalzare Urano.
Secondo il team di Zink, tuttavia, questo calcolo non tenne conto di alcune importanti influenze che potrebbero anticipare la fine del Sistema Solare. Entro circa 5 miliardi di anni il Sole diventerà in una gigante rossa, e vaporizzerà Mercurio, Venere e forse anche la Terra. Quindi espellerà quasi metà della sua massa; la nana bianca restante avrà solo il 54 percento dell’attuale massa del Sole.
La perdita di massa allenterà la presa gravitazionale del Sole sul pianeta Marte e sui giganti di ghiaccio, Giove, Saturno, Urano e Nettuno. Ma non è finita, il Sistema Solare, che orbita attorno al centro della Via Lattea in 220 milioni di anni, sarà influenzato ogni 23 milioni di anni da stelle che si avvicineranno abbastanza da perturbare le orbite dei pianeti. Come hanno scritto i ricercatori:
“Tenendo conto della perdita di massa stellare e dell’inflazione delle orbite dei pianeti esterni, questi incontri diventeranno più influenti. Dato abbastanza tempo, alcuni di questi flyby si avvicineranno abbastanza da dissociare  o destabilizzare  i pianeti rimanenti”.
Aggiungendo queste influenze ai calcoli, il team ha eseguito 10 simulazioni del problema dei corpi N applicandole ai pianeti esterni (tralasciando Marte per risparmiare sui costi di calcolo, poiché la sua influenza dovrebbe essere trascurabile), utilizzando il potente Shared Hoffman2 Cluster.  Le simulazioni sono state suddivise in due fasi: dalla fine della perdita di massa del Sole e dalla fase successiva alla perdita di massa.
Sebbene 10 simulazioni non sono un campione statistico forte, il team ha scoperto che a ogni simulazione si verificava uno scenario simile. Quando il Sole evolverà in una nana bianca, i pianeti esterni avranno un’orbita più ampia, pur restando stabili. Giove e Saturno però entreranno in risonanza 5:2 – per ogni 5 orbite completate da Giove, Saturno ne completerà 2. Questa risonanza venne proposta dallo stesso Isaac Newton. Le orbite allargate, così come le caratteristiche della risonanza tra i pianeti, renderanno il sistema suscettibile alle perturbazioni delle stelle di passaggio.

Fonte: https://www.sciencealert.com/our-solar-system-is-going-to-totally-disintegrate-sooner-than-we-thought

Un team di ricercatori ha studiato diverse proprietà fondamentali di una nuova tipologia di gamma ray burst (Grb)  chiamati “Platinum sample”. La ricerca include alcuni casi di Grb associati alle kilonove analizzati per la prima volta.

I cacciatori di gamma ray burst (Grb), guidati da Maria Giovanna Dainotti dell’Istituto nazionale di Astrofisica (INAF), dopo aver scoperto un campione d’oro, hanno scoperto il cosiddetto “piano fondamentale“: una relazione a tre parametri sulla quale si posizionano Grb di diversa natura ma con una caratteristica comune, appartenere alla classe “dorata”. I ricercatori, dopo aver trovato l’oro hanno trovato anche il platino: un nuovo campione di Grb, di simile natura e durata, ma con curve di luce caratterizzate da una lunga fase di plateau senza improvvisi flares. Questo campione, assieme alle kilonove, ha consentito di cesellare al meglio il legame fra i parametri fisici che determinano il piano fondamentale, come mezzo per discriminare varie categorie di Grb, e utilizzarle come strumenti cosmologici per misurare l’espansione dell’universo.
I Grb sono i corpi celesti più energetici dell’universo, in pochi secondi rilasciano l’energia prodotta dal Sole nell’arco di tutta la sua vita. L’articolo è stato pubblicato il 25 novembre 2020 su The Astrophysical Journal, la prima autrice è Maria Giovanna Dainotti, assistant professor dell’Osservatorio astronomico presso la Jagiellonian University, a Cracovia, ricercatrice senior dell’Interdisciplinary Theoretical & Mathematical Science Program a Riken, in Giappone, e affiliated research scientist del Science space istitute a Boulder, in Colorado.
“Il lavoro che abbiamo pubblicato” spiega la Dainotti in un’intervista su Media Inaf “è il risultato di più di 12 anni di studi, cominciati al termine del mio dottorato, quando ho iniziato a interessarmi alla correlazione fra gli osservabili di questi misteriosi e potentissimi oggetti astrofisici. Anno dopo anno – e in questo articolo, in collaborazione con i giovani ricercatori Giuseppe Sarracino e Aleksander Lenart, e i colleghi professori Salvatore Capozziello, Shigeiro Nagataki e Nissim Fraja – siamo riusciti ad aggiungere tutti i tasselli necessari a comporre la nostra relazione a tre parametri – che abbiamo chiamato piano fondamentale dei Grb”
Gli astronomi sono in grado di misurare direttamente solo le distanze dagli oggetti che sono vicini alla Terra e devono invece calcolare le distanze dagli oggetti più lontani. Tutti gli oggetti utilizzati per ricavare le misure di distanze cosmologiche hanno luminosità note e sono detti “candele standard”. Una volta nota la luminosità assoluta della candela standard, la distanza dell’oggetto può essere dedotta in base alla misura della sua luminosità. Le supernovae di tipo Ia, ad esempio, vengono osservate fino a 11 miliardi di anni luce. L’uso dei GRB come nuovo tipo di candele standard permetterà agli astronomi di guardare più lontano e comprendere l’universo, ampliando i modelli che ne svelano l’evoluzione.
Nonostante decenni di studi, non è ancora disponibile un modello completo in grado di spiegare i meccanismi fisici e le proprietà di questi oggetti. Sono state proposte molte spiegazioni per i GRB, l’esplosione di una stella estremamente massiccia (i GRB di lunga durata) o la fusione di due oggetti compatti (i GRB di breve durata).
Le Kilonovae (KNe) sono oggetti legati ai GRB della durata inferiore ai due secondi. Questi GRB derivano da esplosioni dovute alla fusione di due stelle di neutroni. Il rilevamento dell’emissione di raggi X in un punto coincidente con il transitorio KN può fornire il collegamento osservazionale mancante tra GRB brevi e onde gravitazionali prodotte dalle fusioni di stelle di neutroni. La prima rilevazione di KN associata alle onde gravitazionali e il GRB corto 170817 ha inaugurato una nuova era di osservazioni e di indagini teoriche. Il pezzo mancante di questa lunga storia è la connessione tra KNe e le correlazioni osservazionali GRB che Dainotti e il suo team ora forniscono.
Seppur osservati con lo stesso satellite, in questo caso l’Osservatorio rapido di Neil Gehrels della NASA, i GRB mostrano caratteristiche che variano notevolmente anche di diversi ordini di grandezza, sia nell’emissione immediata (l’evento principale nei raggi gamma), che per nella fase di afterglow estesa (che segue l’emissione immediata e si vede su una vasta gamma di lunghezze d’onda). Nello studio, il punto chiave è la caccia alle caratteristiche che rimangono invarianti secondo le classi peculiari dei GRB.
Il team ha trovato una correlazione tra le seguenti tre variabili che identifica un piano: la durata della fase di plateau dei raggi X, la sua luminosità, e la luminosità della caratteristica dei raggi gamma di picco prompt. Le distanze dei GRB dal piano di una data classe hanno permesso agli autori di determinare se i GRB appartengono a quella particolare classe, mostrando diverse caratteristiche relative a questa correlazione 3-D. il team della Dainotti mostra anche che, sebbene gli eventi GRBs-KNe siano un sottocampione della classe più grande di GRB di breve durata, essi mostrano alcune peculiarità osservazionali: infatti, essi si trovano tutti al di sotto del piano fondamentale.
In questa analisi, i pregiudizi di selezione e gli effetti evolutivi sono stati presi in considerazione e hanno dimostrato che il piano fondamentale individuato dalle kilonovae è affidabile ed è indipendente dagli effetti di selezione; quindi, sarà possibile applicare in futuro questo piano come strumento cosmologico. Infatti, il piano GRBs-KNe ha la più piccola distanza osservata dal suo piano, chiamata dispersione intrinseca. Qui questa dispersione è del 29% più piccola di un’analisi precedente che proveniva da un comunicato stampa della NASA nel 2016. Questo risultato è stato raggiunto senza assumere alcun criterio di osservazione, come era stato fatto in studi precedenti eseguiti da alcuni degli autori di questa ricerca. Questo nuovo risultato è quindi un passo avanti rispetto alle analisi precedenti.
Tutti i KN-SGRB  cadono al di sotto del piano di montaggio migliore. Inoltre, i GRB associati al piano KNe hanno ancora una distanza molto piccola dal rispettivo piano delle kilonovae quando si tiene conto dell’evoluzione. Più piccola è la distanza dal piano, più utile è l’utilizzo del piano come strumento cosmologico. Un grande vantaggio dell’uso dei GRB associati alle kilonovae è che gli eventi GRB-KNe hanno un processo di emissione fisica più chiaro rispetto ad altre classi di GRB osservazionali.
I risultati ottenuti indicano che questi GRB “speciali” prendono posto nel “piano fondamentale” con una dispersione molto inferiore rispetto agli studi svolti in precedenza, tanto da poter essere utilizzati come candele standard per stimare i parametri cosmologici e misurare con una precisione maggiore l’espansione dell’universo.
Fonte: https://gaetaniumberto.wordpress.com/2020/11/26/kilonovae-saranno-le-nuove-candele-standard/
Fonte: https://www.media.inaf.it/2020/11/27/grb-kilonove-platinum-sample/

Lo spaziotempo è pervaso da un bagliore estremamente debole, una reliquia che risale all’alba dell’universo. Questa reliquia è il fondo cosmico a microonde (CMB), la prima luce che ha iniziato il suo viaggio quando 380 mila anni dopo il Big Bang l’universo si è espanso e raffreddato a sufficienza da consentire a ioni ed elettroni di combinarsi in atomi neutri.
Ma ora gli scienziati hanno scoperto qualcosa di peculiari nella radiazione cosmica di fondo. Una nuova tecnica di misurazione ha rivelato indizi sulla luce, qualcosa che potrebbe essere un segno della violazione della simmetria di parità, suggerendo una fisica oltre il Modello Standard.
Secondo il modello standard della fisica, se dovessimo osservare l’universo come se fosse un riflesso speculare di se stesso, le leggi della fisica non dovrebbero cambiare. Le interazioni subatomiche dovrebbero avvenire nell’universo speculare esattamente come avvengono nell’universo reale. Questa è chiamata “simmetria di parità”.
Per quanto osservato finora, c’è solo un’interazione fondamentale che rompe la simmetria di parità; l’interazione debole tra le particelle subatomiche responsabile del decadimento radioattivo. Trovare un altro punto in cui la simmetria di parità si rompe potrebbe portarci verso una nuova fisica, oltre il modello standard.
Due fisici, Yuto Minami del High Energy Accelerator Research Organisation in Giappone e Eiichiro Komatsu del Max Planck Institute for Astrophysics in Germania e Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe in Giappone, credono di aver trovato indizi nell’angolo di polarizzazione della radiazione cosmica di fondo (CBM).
La polarizzazione si verifica quando la luce viene diffusa, provocando la propagazione delle sue onde con un certo orientamento. Superfici riflettenti come il vetro e l’acqua polarizzano la luce. Anche gli occhiali da sole polarizzati, progettati per bloccare determinati orientamenti attenuano la quantità di luce che raggiunge i nostri occhi.
Anche l’acqua e le particelle nell’atmosfera possono diffondere e polarizzare la luce; un arcobaleno ne è un esempio eccellente. L’Universo primordiale, per circa 380.000 anni, era così caldo e denso che gli atomi non potevano esistere. Protoni ed elettroni esistevano sotto forma di plasma ionizzato e l’universo era opaco, come una densa nebbia.
Appena l’universo si è raffreddato abbastanza da consentire a protoni ed elettroni di combinarsi in un gas neutro, i fotoni hanno iniziato a viaggiare liberamente. Quando il plasma ionizzato è passato allo stato di gas neutro, i fotoni hanno disperso gli elettroni, causando la polarizzazione del CMB. La polarizzazione del CMB può dirci molto sull’Universo. Soprattutto se è ruotato di un angolo.
Questo angolo, descritto come β, potrebbe indicare un’interazione CMB con la materia oscura o l’energia oscura, le misteriose forze che sembrano dominare l’universo, ma che non siamo in grado di rilevare direttamente.
“Se la materia oscura o l’energia oscura interagiscono con la luce del fondo cosmico a microonde in un modo che viola la simmetria di parità, possiamo trovare la sua firma nei dati di polarizzazione”, ha spiegato Minami.
Il problema con l’identificazione di β con una certa precisione è nella tecnologia che utilizziamo per rilevare la polarizzazione del CMB. Il satellite Planck dell’Agenzia spaziale europea, che ha rilasciato le sue osservazioni più aggiornate della CMB nel 2018, è dotato di rilevatori sensibili alla polarizzazione.

 
“Abbiamo sviluppato un nuovo metodo per determinare la rotazione artificiale utilizzando la luce polarizzata emessa dalla polvere nella nostra Via Lattea”, ha spiegato Minami. “Con questo metodo, abbiamo ottenuto una precisione doppia rispetto a quella del lavoro precedente e siamo finalmente in grado di misurare β”.
Le sorgenti di radiazioni della Via Lattea provengono da molto più vicina della radiazione cosmica di fondo, quindi non sono influenzate dalla materia oscura o dall’energia oscura. Qualsiasi rotazione nella polarizzazione dovrebbe, quindi, essere solo il risultato di una rotazione nel rivelatore.
Il CMB è influenzato sia da β che dalla rotazione del rivelatore, quindi se si sottrae la rotazione artificiale osservata nelle sorgenti della Via Lattea dalle osservazioni CMB, dovrebbe rimanere solo con il segnale β.
Usando questa tecnica, il team ha determinato che β è diverso da zero, con una certezza del 99,2%. Sembra un valore piuttosto alto, ma non è ancora abbastanza per rivendicare una scoperta di una nuova fisica. Per questo, è richiesto un livello di confidenza del 99,99995%.
Ma la scoperta dimostra certamente che vale la pena studiare più da vicino il CMB.
“È chiaro che non abbiamo ancora trovato prove definitive di una nuova fisica; è necessaria una maggiore significatività statistica per confermare questo segnale”, ha spiegato l’astrofisico Eiichiro Komatsu del Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe.
Gli scienziati si dicono entusiasti del nuovo metodo che ha consentito di effettuare la misurazione definita “impossibile” che potrebbe portare verso una nuova fisica oltre il Modello Standard.
Fonte: https://www.sciencealert.com/a-twist-in-the-background-radiation-of-the-universe-hints-at-new-physics?

I buchi neri sono dei corpi celesti con un campo gravitazionale così forte, da inghiottire al suo interno materia, radiazioni elettromagnetiche e persino la luce, e talmente “famelici” da far sparire tutto ciò che li circonda mettendo definitivamente fine alla vita della galassia che li ospita. Un evento davvero violento e intenso, da cui prende vita un oggetto caratterizzato da una gigantesca quantità di energia, tra i più luminosi dell’universo, ossia la quasar, mentre la materia viene interamente risucchiata nel buco nero.

Oggi però i ricercatori hanno scoperto l’esistenza di una galassia capace di sopravvivere alla “voracità” del buco nero, continuando a generare stelle, addirittura 100 l’anno, più o meno della dimensione del nostro Sole. Questa affascinante scoperta è stata possibile per i ricercatori dell’Università del Kansas, grazie all’utilizzo di SOFIA (Stratospheric Observatoryfor Infrared Astronomy), ovvero un telescopio di proprietà della NASA, e i risultati dello studio sono stati pubblicati su The Astrophysical Journal.

“Tutto ciò mostra che la crescita di buchi neri attivi non ferma istantaneamente la nascita di nuove stelle, e ciò va contro ogni previsione scientifica”, ha detto Allison Kirkpatrick, Assistente Professoressa all’Università del Kansas, nonché coautrice dello studio: “Quanto scoperto ci obbliga ora a ripensare le nostre teorie sull’evoluzione delle galassie”.

SOFIA, un progetto della NASA e del German Aerospace Center, è stata utilizzata per studiare una galassia lontana da noi circa 5.25 miliardi di anni luce e ribattezzata CQ4479, una specie di quasar scoperta dalla professoressa Kirkpatrick che l’ha chiamata “quasar fredda”: qui il buco nero sta ancora divorando materiale della galassia che lo ospita, ma l’intensa energia della quasar non ha distrutto tutto il gas freddo, e quindi le stelle possono continuare a formarsi e la galassia a vivere. Si tratta di una scoperta affascinante e inaspettata, perché per la prima volta che gli scienziati hanno avuto modo di vedere così bene una quasar fredda, misurare direttamente la crescita del buco nero, la nascita delle stelle e quanto gas freddo rimane a fare da carburante alla galassia.

“Se questa crescita a due continua”, ha dichiarato Kevin Cooke, ricercatore a capo dello studio in esame, “ sia il buco nero che le stelle che lo circondano, triplicheranno la loro massa prima che la galassia giunga alla fine della sua esistenza”.

Osservare una quasar è davvero un’impresa impossibile a volte, poiché sono tra gli oggetti più distanti e più luminosi dell’universo, tanto da mettere in ombra tutto ciò che li circonda. Nascono quando un buco nero particolarmente attivo, consuma enormi quantità di materiale dalla galassia che lo circonda, creando forze gravitazionali eccezionali. Il materiale man mano che gira sempre più velocemente verso il centro del buco nero, si scalda e splende sempre di più: una quasar produce infatti talmente tanta energia da oscurare ciò che la circonda, non permettendo di vedere la galassia che la ospita.

Stando alle teorie correnti, questa energia si scalda ed espelle il gas freddo necessario a creare le stelle, fermando così la nascita della stella e sferrando un colpo mortale alla crescita della galassia. Grazie a SOFIA invece, gli scienziati hanno scoperto che c’è un tempo relativamente breve in cui la nascita della stella nella galassia possa continuare, mentre il “banchetto” del buco nero va avanti rafforzando sempre di più le forze della quasar.

SOFIA è stata utilizzata, non tanto per osservare le neonate stelle, quanto per rintracciare la luce a infrarossi che si irradia dalla polvere incandescente a causa del loro processo di formazione; grazie ai dati raccolti gli scienziati hanno potuto fare una stima del numero di stelle formatesi negli ultimi 100 milioni di anni.

“SOFIA ci permette di vedere dentro questa piccola finestra di tempo in cui i due processi possono coesistere” ha detto Cooke, “E’ l’unico telescopio capace di studiare la nascita delle stelle in questa galassia, senza essere accecato dalla gigantesca lumionosità della quasar”.

La breve finestra di coesistenza tra buco nero e crescita di una stella, rappresenta la fase iniziale della morte di una galassia, quando quest’ultima non si è ancora arresa agli effetti devastanti della quasar. Si ha bisogno di continuare questi studi con SOFIA affinchè possiamo imparare se molte altre galassie attraversano un processo simile prima di giungere a fine vita, ed è quanto gli scienziati auspicano di scoprire con il lancio, nel 2021, del Telescopio Spaziale James Webb.